Notions sur la couleur

Historiquement, c'est un génie, Newton Isaac en 1666, qui découvrit la décomposition de la lumière blanche (celle du Soleil) en ses différentes radiations qui vont pour le visible du bleu au rouge. Pour effectuer son expérience, Newton n'a du à se procurer que d'un prisme en verre et à soumettre les rayons de lumière à celui-ci.

                                           

En fait, ces radiations colorées, visibles de l'oeil humain, ne représente qu'une infime partie de tout le spectre de radiations de la lumière blanche.

                                                      


    

L'expérience précédente peut même être pousuivie en supposant la recomposition des radiations issues du prisme à l'aide d'un système de deux prismes et d'une lentille. Le résultat final est la re-formation de la lumière blanche incidente.


 

Actuellement, les couleurs sont définies à partir de trois caractéristiques : teinte, valeur et saturation. L'ensemble des fréquences des ondes lumineuses forme le spectre des teintes (souvent appelé spectre des couleurs) allant des infrarouges aux ultraviolets.

On nomme donc teinte, la (ou les) fréquence(s) engendrant la couleur. On nomme valeur, l'amplitude lumineuse définissant la couleur (plus elle est proche du noir, plus la valeur est basse). On nomme saturation, la vivacité (ou la pureté) d'une couleur, et par opposition, on appelle désaturation, son mélange, plus ou moins important, avec un gris de même valeur. On nomme gris les couleurs intermédiaires entre le blanc et le noir : il s'agit toujours d'un mélange (en synthèse additive) en égales proportions et avec la même valeur des trois couleurs primaires rouge, vert et bleu. Chacun des gris peut être considéré comme une teinte dépourvue de couleur ; le noir et le blanc sont des gris extrêmes. Le noir est un gris de valeur nulle (000000 en héxadécimal) et correspond à l'absence de toute lumière (aucune lumière n'est reçue par l'œil). Le blanc est un gris de valeur maximale (FFFFFF) et peut être considéré comme une plénitude de couleurs (l'ensemble des fréquences d'onde lumineuse est reçu par l'œil avec une valeur maximale). Notons qu'en toute rigueur, il n'existe pas un blanc, mais une infinité de blancs, dont chacun se caractérise par sa « température » de couleur : en photographie-couleurs et en vidéo, on distingue couramment le blanc à environ 2 800 K [degrés kelvins] d'une lampe à incandescence typique, le 3 200 K d'une lampe photoflood au tungstène, le 5 200 K d'une lampe à arc et le 6000 K d'un flash électronique ou du Soleil.

Lumières de couleur primaire et synthèse additive (addition de lumières colorées)

Le principe de la synthèse additive des couleurs consiste à s'efforcer de reconstituer, pour un œil humain, l'équivalent (en apparence) de toute couleur visible, par l'addition, selon des proportions bien choisies, de lumières provenant de trois sources monochromatiques (par exemple des spots) dont les longueurs d'onde sont choisies une fois pour toutes pour répondre au mieux à cet objectif. En théorie, ces trois longueurs d'onde optimales, que l'on appelle couleurs primaires, sont celles, complètement saturées, dont les teintes correspondent aux maxima de sensibilité des trois types de cellules en forme de cône qui tapissent la rétine d'un œil humain normal (donc non atteint de daltonisme ou autre dyschromatopsie). Il s’agit du système français RVB ou en anglais RGB (Red, Green, Blue).

                                                     

 

 

Animation pour le Fun...
                                                       
                                    Synthèse additive des trois couleurs primaires de la lumière.

Ainsi, en additionnant à part égales les trois couleurs primaires de la lumière (R,V,B), il est possible d'obtenir la lumière dite "blanche" comme le propose l'animation suivante. La juxtapositon des trois couleurs ainsi que la mise en rotation de plus en plus rapide du système laisse apparaître l'impression de blanc. Cet effet est d'autant plus marqué que la durée de déplacement de l'image devient plus faible que la durée propre de persistence rétinienne.

                                          

L'animation doit tourner rapidement, il faut que l'image soit complétement chargée !!

On nomme lumières de couleurs fondamentales (parfois appelées couleurs secondaires) les lumières de couleurs saturées obtenues en mélangeant deux à deux et en parts égales les lumières de couleurs primaires ; cela en fait également les lumières des couleurs complémentaires des lumières de couleurs primaires comme par exemple :

cyan (lumières verte et bleue, complémentaire de la rouge) ;

magenta (lumières rouge et bleue, complémentaire de la verte) ;

jaune (lumières verte et rouge, complémentaire de la bleue).

Cela donne le système CMJ (en anglais CMY ou YMC ).

Lorsqu'on mélange plus de deux primaires, on désature la couleur, elle perd donc en teinte et gagne en valeur, pour se rapprocher du blanc.

La synthèse dite soustractive

En imprimerie-couleurs, en peinture et dans l'art du vitrail, il ne peut être question d'additionner des couleurs, car la seule source de lumière dont on dispose est le blanc de l'éclairage ambiant. Il faudra donc lui soustraire des teintes pour créer la sensation de couleur voulue. Il s’agit là de la synthèse soustractive qui se fait généralement par mélange de pigments, mais aussi par filtrage ou encore par absorption (en peinture, les fondamentales restent souvent nommées couleurs primaires pour des raisons historiques ; mais c'est aujourd'hui un abus de langage).

En théorie, et si nous disposions de pigments parfaits, l'utilisation des trois fondamentales cyan, magenta et jaune, permettrait d'obtenir :

le bleu comme cyan + magenta ;

le vert comme cyan + jaune ;

et le rouge comme magenta + jaune.

                       Synthèse soustractive des trois couleurs primaires pour la peinture.


Dans la pratique, la synthèse soustractive à partir des colorants courants ne permet pas d'obtenir l'ensemble des couleurs visibles par l'œil humain. De plus, même des colorants parfaits continueraient à poser problème. En effet lorsque l'on mélange deux matériaux colorés, on en obtient bien la teinte désirée, mais celle-ci perd en vivacité, et l'ajout de blanc pour compenser cette perte n'est pas satisfaisant car le blanc désature la teinte et ne permet donc pas d'obtenir la valeur recherchée. C'est pour cette raison que plusieurs imprimantes à jet d'encre ajoutent deux teintes pastel aux trois fondamentales afin d'obtenir un meilleur rendu. Enfin, un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait à la fois coûteux (mélange de trois encres chères) et de qualité douteuse (car la superposition n'en est jamais parfaite, ni l'opacité). En imprimerie, on utilise donc toujours au moins le noir comme quatrième couleur, ce qui correspond donc à la quadrichromie, utilisée pour tout ce qui s'imprime en couleur.

En peinture, on préférera prendre plus de couleurs de base, car même si les cyans, magentas et jaunes utilisés sont très vifs (valeur très importante), ils perdent de leur vivacité en se mélangeant, ce qui pourrait limiter la palette de l'artiste.

Retenons qu'en synthèse soustractive (utilisant des pigments), contrairement à la synthèse additive, le mélange de plus de 2 couleurs ne désature pas celle-ci, et le mélange de plusieurs couleurs lui fait systématiquement perdre en valeur.

Principe physiologique de la couleur

    La décomposition de couleur par les systèmes humains rouge, vert et bleu, est surtout due au fait que ce sont les 3 couleurs auxquelles sont le mieux adaptés les 3 types de cônes qui servent à la réception de la couleur dans l'œil humain (les bâtonnets sont plutôt sensibles à l'intensité de la lumière) :

Les cônes L, sensibles aux ondes longues (580 nm), donc les rouges

Les cônes M, sensibles aux ondes moyennes (545 nm), donc les verts

Les cônes S, sensibles aux ondes courtes (440 nm), donc les bleus

 

Méthodes soustractive et additive

Le calcul soustractif des couleurs (ou synthèse soustractive) est le calcul fait par retrait de certaines longueurs d'onde de la lumière, et donc sur ce qui n'est pas source de lumière. Par exemple, les herbes ou les feuilles des arbres nous paraissent vertes parce qu’elles absorbent la complémentaire du vert, c'est-à-dire les violets et ultraviolets. Ce sont ces ondes qu'elles utilisent dans la photosynthèse.

A contrario, Le calcul additif des couleurs (ou synthèse additive) est le calcul fait par addition des longueurs d'onde de sources lumineuses. Par exemple, Si les deux composantes verte et rouge d'un moniteur d'ordinateur sont allumées, les couleurs des phosphores associés (juxtaposés) se superposent en raison de la mauvaise résolution de l'oeil, et on obtient une couleur jaune, qui se résout à nouveau en vert et rouge si on regarde cette zone de l'écran à travers un compte-fils (ou loupe) ou par réflexion sur un cédérom.

                                                         

                              Luminophores tricolores de l'écran de télévision.

Tableau de teintes

 

Différences de couleurs

La différence entre deux couleurs pour l'œil humain, peut varier en fonction des gens, et parfois même très légèrement entre les deux yeux d'une même personne (on peut alors s'en rendre compte par clignement). Une différence, qui ne paraît pas évidente pour la majorité des gens pourra paraître nulle pour quelqu'un atteint de daltonisme ou au contraire énorme pour quelqu'un qui est habitué à composer des couleurs tous les jours, comme un peintre ou un imprimeur. À titre indicatif, les tapissiers distinguent cinq cents nuances de rouge. En synthèse soustractive, des couleurs paraissant identiques à deux personnes sous un blanc d'une température donnée (par exemple lumière du jour) pourront leur paraître différentes sous un blanc d'une autre température.

    Le langage de la couleur est également important. Dans certaines langues on donnera plusieurs noms à une même couleur en fonction du contexte, dans d'autres, comme en français, on symbolisera couramment un ensemble de couleurs par un nom générique.

Par exemples :

Le rouge est-il rouge, est-il orangé, vermillon, carmin ou magenta ?

Le bleu est-il bleu marine, outremer, de cobalt, clair ou cyan ?

D’un point de vue symbolique des couleurs varient selon les cultures : le blanc représente la pureté en Occident et le deuil en Asie.