L'objet

10.3 L’objet 147

A = lampe à incandescence (lumière du corps noir à 2856 K) B = lumière directe du soleil (abandonné) C = lumière moyenne du jour, sans UV D65 = lumière moyenne du jour, avec UV (illuminant de référence de la vidéo) F2 = tubes fluorescents

 

10.3 L’objet

Comment un objet produit-il de la couleur à partir d’une lumière blanche ? Quels phénomènes sont responsables de la brillance ? Comment expliquer qu’un objet noir puisse être brillant ? Une grande diversité de phénomènes physiques et chimiques sont à l’origine de l’apparence des objets. Il convient de bien les distinguer.

10.3.1 Les interactions entre la lumière et la matière

 

Figure 10.15 – Interactions de surface et de volume. Une partie de la lumière de la source est réfléchie (reflet, de la même couleur que celle de la source) ; l’autre partie est réfractée puis diffusée par les pigments (cette lumière est colorée selon les pigments utilisés).

L’apparence des objets vient de leur manière de modifier la lumière qui les éclaire, et de nous la renvoyer. Deux types d’interactions sont à bien distinguer :

• Interactions de volume : elles sont responsables de la couleur de l’objet.

• Interactions de surface : elles sont responsables de la brillance de l’objet.

10.3.2 La réflectance : couleur et opacité des objets

Nous nous intéressons ici aux interactions de volume, c’est-à-dire la partie de la lumière de la source qui interagit avec les pigments. Deux caractéristiques dépendent de cette interaction : la couleur et l’opacité des objets (l’objet pouvant être un film comme dans le cas de la peinture ou du maquillage).

148 Chapitre 10. Comprendre la couleur

R Nous n’évoquerons pas ici les phénomènes interférentiels qui peuvent être à l’origine

d’une irisation de certains objets (bulles de savon, ailes de papillons, ou encore peintures nacrées formulées à partir de pigments interférentiels).

 

La diffusion sélective

L’action d’un pigment sur la lumière blanche est appelée diffusion sélective : une

partie des radiations de la lumière blanche est absorbée, l’autre est diffusée, c’est-à-dire renvoyée dans toutes les directions de l’espace.

 

Figure 10.16 – Diffusion sélective de la lumière blanche par un pigment

Pouvoir diffusant des pigments

 

Figure 10.17 – Influence de l’indice de réfraction sur le pouvoir opacifiant

 

La saturation des couleurs, ainsi que l’opacité, dépendent de la quantité de pigments

présents dans la matière, ainsi que de leur pouvoir diffusant. Celui-ci dépend de deux facteurs :

• La taille des particules : le pouvoir diffusant est maximal lorsque les particules

ont un diamètre égal à la moitié de la longueur d’onde du rayonnement. Comme on travaille avec de la lumière blanche (donc plusieurs rayonnements), on choisit généralement un diamètre de l’ordre de 0,25 µm.

• L’indice de réfraction du solide. Pour qu’une poudre soit appelée pigment, il est

nécessaire que son indice de réfraction soit supérieur à 1,7. En deçà, on considère

que le pouvoir opacifiant est quasi-nul. On parle alors de charges (voir figure 10.17).

10.3 L’objet 149

Réflectance des objets

Pour mesurer la couleur d’un objet, on trace sa courbe de réflectance, qui indique la répartition spectrale de la lumière diffusée par cet objet. Pour cela, il suffit de mesurer l’énergie diffusée par l’objet, dans une direction particulière, différente de la direction des rayons réfléchis.

 

Figure 10.18 – L’énergie diffusée doit être mesurée selon une direction différente de celle de la réflexion

 

Définition 10.3.1 — Réflectance. Rapport de l’énergie diffusée à l’énergie incidente :

R λ) = ( E ( dif fλ)

E ( iλ)

La courbe R = f (λ) est appelée courbe de réflectance. Elle permet de caractériser la

couleur d’un objet donné.

 

Figure 10.19 – Courbes de réflectance de différents objets colorés 150 Chapitre 10. Comprendre la couleur

10.3.3 La réflexion : brillance des objets

Il n’y a ici qu’un seul phénomène à considérer : la réflexion de la lumière de la

source en surface du film. Mais suivant la manière dont est réfléchi un faisceau de rayons parallèles, on distingue deux types de réflexion :

• Réflexion spéculaire : réflexion de tous les rayons selon le même angle, prévu par

la loi de Descartes. C’est le cas pour une surface parfaitement plane.

• Réflexion diffuse : réflexion des rayons dans toutes les directions. C’est le cas quand

une surface est rugueuse.

 

Figure 10.20 – Une surface brillante est parfaitement lisse, alors qu’une surface mate est rugueuse.

 

En réalité, toute surface génère de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse : la proportion relative de ces deux grandeurs est liée à la brillance de la surface.

Définition 10.3.2 — Brillant spéculaire. Rapport de l’énergie réfléchie par réflexion

spéculaire à l’énergie réfléchie par une surface étalon, pour une même source :

Espec

Bs =

E0

L’étalon correspond à du verre noir d’indice de réfraction n=1,567.

 

10.3.4 Mélange des matières colorées

En mélangeant un colorant bleu avec un colorant jaune on obtient du vert. Ce

phénomène est dû à la synthèse soustractive des matières colorées. En effet, chaque matière absorbe, donc soustrait, une part du rayonnement incident.

10.3 L’objet 151

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont les couleurs cyan, magenta et

jaune.

 

Figure 10.21 – Synthèse soustractive

La figure 10.21 nous indique les règles de la synthèse soustractive :

Jaune + Cyan = Vert Jaune + Magenta = Rouge Cyan + Magenta = Bleu Jaune + Cyan + Magenta = Noir

 

R Les noirs obtenus par mélange des primaires jaune, cyan et magenta ne sont

pas suffisamment neutres et profonds. C’est pourquoi en imprimerie on utilise généralement quatre primaires, cyan, magenta, jaune et noir (système CMJN).

 

10.3.5 Métamérisme

Quelle différence y a-t-il entre un vert obtenu par mélange de jaune et de bleu, et un vert monochromatique rigoureusement identique ? L’identité de ces deux couleurs n’est pas réelle : elle est le fruit de notre perception, basée sur la trivariance visuelle. La différence entre ces deux couleurs apparaît s’il on modifie la source d’éclairage.

Définition 10.3.3 — Métamérisme. Phénomène par lequel deux surfaces, paraissant de

même couleur sous un certain éclairage ou illuminant, peuvent paraître de couleurs

différentes sous un autre éclairage.

 

Figure 10.22 – Exemple de métamérisme

Le métamérisme est un phénomène que l’on souhaite éviter lorsque l’on réalise du contretypage de teintes (c’est-à-dire la reproduction de teintes appelées teintes cibles ou 152 Chapitre 10. Comprendre la couleur