Indice de rendu de couleur

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir IRC.
Le spectre émis détermine la couleur des objets et donc l'indice de rendu de couleur de la lampe.
Le spectre d'émission: Spectre de le lampe à incandescence de 60 watts en continu (en haut) et spectre de la lampe fluorescente compacte 11 watts (en bas).
Le spectre d'émission: Spectre continu de le lampe à incandescence de 60 watts en continu (en haut) et spectre discontinu de la lampe fluorescente compacte 11 watts (en bas).
Diagramme de chromaticité

L'indice de rendu de couleur, ou IRC, est un nombre compris entre 0 et 100, qui a pour objectif de rendre compte de l’aptitude d’une source de lumière à restituer les couleurs d’un objet par rapport à celles produites avec une source de référence de même température de couleur. Ces deux facteurs, température de couleur et indice de rendu des couleurs, permettent de qualifier sommairement une source de lumière.

L'indice de rendu des couleurs ne dépend pas de l'évaluation de la lumière par un groupe d'observateurs, mais de la colorimétrie d'échantillons normalisés éclairés par la source. L'indice maximum Ra = 100 correspond, selon la température de couleur, soit à la lumière du jour, soit à une lumière blanche « idéale » celle du corps noir, dont s'approche une lampe à incandescence. L'indice minimum Ra = 0 correspondrait à une lumière qui ne permettrait aucune distinction des couleurs entre elles. L'indice étant établi pour des sources « approximativement blanches » n'a aucune signification en dessous de 20 et pour des températures de couleur inférieures à 2 300 K.

L'indice de rendu des couleurs n'est pas complètement représentatif de la qualité d'un éclairage. Des utilisateurs peuvent juger différents, l'un étant de meilleure qualité que l'autre, deux luminaires de même IRC et température de couleur. Toutefois, pour un éclairage de bonne qualité, il est conseillé d'utiliser des lampes dont l'IRC est supérieur à 90.

Principe[modifier | modifier le code]

L'aspect coloré d'une surface éclairée dépend de ses caractéristiques physiques, de celles de la lumière qui l'éclaire, et de la lumière principale du point de vue de l'observateur. L'éclairagiste et le décorateur jouent de tous ces effets : la lumière d'une lampe à incandescence est dorée dans la lumière du jour qui vient d'une fenêtre ; sur une scène, une surface grise se teinte avec un projecteur de couleur. Il est donc difficile de comparer absolument deux sources de lumière.

Pour simplifier le problème, on convient que les sources sont les lumières principales. Une surface colorée par un pigment peut se décrire par son spectre d'absorption, qui indique, pour chaque longueur d'onde, la proportion de lumière qu'elle renvoie. Ainsi, une surface qui absorbe beaucoup plus de bleu et de vert que de rouge apparaît rougeâtre, en comparaison d'une surface blanche, ou gris neutre, qui renvoie également toutes les longueurs d'onde. Cette sensation rougeâtre persiste même si la lumière qui l'éclaire est renforcée en bleu et en vert, du moment que la surface rougeâtre n'occupe qu'une petite partie du champ de vision. De ce fait, la couleur semble s'attacher aux objets, alors que la lumière qui arrive à l'œil est différente.

La capacité à distinguer deux couleurs dépend de la quantité de lumière qui l'éclaire dans les régions du spectre visible qui la caractérisent. Ainsi, un bleu pâle constitué avec un mélange d'outremer et de blanc apparaît-il gris à la lumière d'une bougie. La lumière de la bougie contient une quantité négligeable de lumière bleue. L'outremer ne renvoie que du bleu. Il se comporte donc comme du noir dans la lumière de la bougie. Cet effet constitue la principale différence entre deux sources de lumière. Plus la température de couleur s'approche de celle de la lumière du jour, plus on peut distinguer de nuances dans le bleu.

Le problème se complique avec les sources de lumière basées sur la fluorescence. Éclairant une surface blanche, qui renvoie également la lumière de toutes les longueurs d'onde visible, elles équilibrent les zones bleue, verte et rouge du spectre, de sorte que cette surface paraisse blanche en comparaison avec celle éclairée par le jour. Mais le détail de leur spectre est différent, de sorte que deux couleurs qui seraient semblables sous la même lumière apparaissent désormais différente. C'est ce que les spécialistes appellent un problème de métamérisme.

Exemple[1] :

On peut peindre une surface en bleu ciel de deux façons différentes, de telle façon qu'à la lumière d'une lampe à incandescence professionnelle dont la température de couleur est 3 200 K, leur couleur est identique.

  • On peint le premier échantillon en mélangeant du blanc, du bleu outremer et un peu de jaune azoïque ;
  • On peint le second échantillon en mélangeant du blanc, du bleu phtalo et un peu de terre d'ombre.

On présente les échantillons sur un fond blanc, à la lumière d'un tube fluorescent : les couleurs sont distinctes, alors même que le blanc ne se distingue pas d'un blanc éclairé par une lampe à incandescence à 3 200 K. Si on ajuste les mélanges pour obtenir des échantillons identiques dans la lumière du tube fluorescent, ils sont différents à celle de la lampe à incandescence.

La comparaison des performances de deux éclairages pour permettre le travail avec les couleurs implique donc la comparaison du rendu de plusieurs surfaces colorées. Le choix des caractéristiques d'absoption est déterminant. Deux spectres différents pouvant produire la même couleur, il faut définir leur spectre, et non simplement leur colorimétrie. Certains pigments donnent des spectres avec des zones d'absorption plus marquées, mais plus étroites que d'autre donnant la même couleur. Le choix des spectres des échantillons devait faire l'objet de nombreuses expériences, afin que l'indice ne contredise pas trop l'expérience des utilisateurs.

La température de couleur étant l'aspect principal des différences entre éclairants, on calcule l'indice par rapport à une source idéale de même température de couleur.

Pour chaque bande de fréquence, on multiplie le coefficient d'émission de la lumière par le complément à un du coefficient d'absorption de la plage colorée, et on multiplie le résultat au coefficient de la fonction colorimétrique. La colorimétrie résultante est la somme de tous les résultats obtenus pour chaque fonction colorimétrique. On répète cette opération avec la lumière de référence.

L'indice représente la moyenne arithmétique des écarts de couleur calculés pour chaque échantillon entre le résultat avec la lumière à coter et avec la lumière de référence, corrigée par la transformation de von Kries, qui représente l'adaptation visuelle chromatique à la différence de couleur entre l'éclairant idéal et l'éclairant à coter.

Historique[modifier | modifier le code]

Les recherches sur les méthodes de comparaison des éclairants remontent aux années 1930[2].

La Commission internationale de l'éclairage a défini une première procédure de comparaison du rendu des couleurs, basée sur des échantillons normalisés, en 1965. Une mise à jour de 1974 a pris en compte l'adaptation visuelle chromatique ; l'édition définitive de la méthode date de 1995[3]. Il s'agissait de fournir aux professionnels une méthode de comparaison objective entre les éclairages basés sur la fluorescence et ceux basés sur l'incandescence, dont la lumière du jour, du point de vue de leur effet sur les couleurs des objets éclairés.

Définition physique[modifier | modifier le code]

L'indice général de rendu des couleurs Ra, normalisé par la Commission internationale de l'éclairage (CIE), est défini en comparant la source à tester à une source de référence ayant la même température de couleur et rayonnant comme un corps noir[4]. On affecte à cette dernière la valeur 100, qui caractérise un spectre considéré comme idéal.

Mesure de l'indice de rendu de couleur[modifier | modifier le code]

Détection des couleurs par l'œil humain, CIE 1931

On utilise ces deux sources pour éclairer plusieurs échantillons standards. Les couleurs perçues avec la référence et la source à tester (mesurées selon la norme CIE 1931) sont comparées à l'aide d'une formule classique[5] et on fait une moyenne sur tous les échantillons pour obtenir l'IRC de la source à quantifier. Comme on utilise souvent huit échantillons, les fabricants utilisent généralement le préfixe "octo-" pour leurs lampe à haut IRC.

Le soleil et les lampes à incandescence étant des corps noirs, leurs IRC valent donc 100.

L'indice de rendu des couleurs a été créé pour permettre une comparaison des luminaires « approximativement blancs », c'est-à-dire, à l'époque de sa définition, des tubes fluorescents, qui s'applique aussi à leur variante fluocompacte. Dès son introduction, les professionnels de la couleur ont noté son insuffisance pour qualifier un éclairage et des cas de métamérisme faisant apparaître deux surfaces colorées comme identiques ou comme différentes sous des éclairages pourtant de même température de couleur et d'indice de rendu de couleurs élevé[6]. Le développement de l'éclairage à diodes éléctroluminescentes a amené la CIE a définir un index de fidélité de couleur, qui inclut un espace colorimétrique basé sur les écarts de couleur où sont mieux répartis 99 échantillons colorés et leurs spectres d'absorption au lieu de 15 généralement réduits à 8 pour l'IRC de 1995. Cependant, la Commission remarque que, même plus précis, l'indice de fidélité des couleurs ne peut toujours pas servir d'indice de qualité de l'éclairage, et que des groupes d'utilisateurs peuvent juger différents des luminaires dont les résultats sont identiques pour l'indice[7].

Valeurs-types pour les lampes usuelles[modifier | modifier le code]

Tube fluorescent avec un marquage 840 indiquant un IRC de 80 à 89 et une température de couleur de 4000k (Blanc neutre)
  • Les tubes fluorescents ont un IRC de 60 à 90. Les tubes fluorescents dits « blanc industrie » ou « blanc universel » ont un IRC médiocre et donnent parfois ces teints « blafards » ou « verdâtres » qui ont donné une mauvaise réputation aux tubes fluorescents[8].
  • Certaines lampes utilisées dans le secteur routier ou autoroutier sont de type lampe à vapeur de sodium basse pression. C'est leur IRC particulièrement bas inférieur à 15 (même si la plupart des fabricants n'applique même pas l'IRC à ces lampes), et non leur température de couleur d'environ 1800K à 2000K (rouge orangée), qui explique la modification des couleurs de carrosserie des voitures. On pourrait dire en simplifiant grossièrement qu'un IRC de 25 ne restitue qu'un quart des nuances du spectre[9].
  • Les lampes au sodium haute pression ont un IRC un peu plus élevé (~ Ra22), sauf les lampes SHP blanches qui, elles, ont un bien meilleur IRC (65-80), avec une lumière plus blanche convenant à un usage commercial, mais un rendement et une durée de vie insuffisants pour l'éclairage urbain.
  • Les lampes aux halogénures métalliques ont un IRC compris entre 60 et 95, donc un très bon rendu des couleurs, comparé au sodium basse pression. Les lampes à mercure ont un IRC variable, autour de 15 pour les claires. Avec un revêtement fluorescent, elles ont un IRC d'environ 50, mais un spectre pauvre en couleurs.
  • En France, les voitures possédaient auparavant des phares jaunes, peu éblouissants, mais de faible IRC. Ils sont maintenant blancs, par harmonisation avec l'Union européenne, pour en augmenter l'IRC.
  • Les premières DEL (diodes électroluminescentes) blanches étaient dominées par leur DEL bleue utilisée pour pomper leurs luminophores émettant dans le jaune et n'avaient qu'un IRC de 70 à 80. Depuis 2009, des DEL blanches atteignent l'IRC de 85 et deviennent ainsi mieux adaptées à l'éclairage. En 2013, des DEL de haut de gamme peuvent avoir un IRC de 98.

Références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Color rendering index » (voir la liste des auteurs).

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Nicolas Pousset, Caractérisation du rendu des couleurs des nouvelles sources : les diodes électroluminescentes : Thèse doctorale, Paris, Conservatoire national des arts et métiers (Cnam), (lire en ligne)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]