L'observateur

standard). Pour éviter ce phénomène, il est admis qu’il faut utiliser le moins possible de colorants pour réaliser une teinte donnée.

 

10.4 L’observateur

Dans les études sur la couleur, l’observateur a été longtemps négligé : jusqu’au

XIXème siècle, la couleur est considérée comme une donnée objective, indépendante de l’observateur et les théories physiques de la couleur ignorent l’observateur. Les physiologistes, au XIXème siècle, ont contribué à une meilleure compréhension de la couleur en étudiant le mécanisme de sa perception.

On appelle sensation la réaction immédiate (environ 50 ms) à un stimulus visuel, et

perception l’interprétation de l’information sensorielle (durée variable, environ 500 ms). L’œil est le siège de la sensation et le cerveau le siège de la perception.

 

10.4.1 Comment l’œil voit-il les couleurs ?

La figure 10.23 représente l’anatomie de l’œil, récepteur sensoriel dont le rôle est

de convertir l’énergie lumineuse en activité neuronale. La rétine est le siège de cette conversion énergétique, et donc la partie de l’œil responsable de la sensation colorée.

 

Figure 10.23 – Anatomie de l’œil

Les récepteurs de lumière de la rétine

La rétine est notamment trois types de cellules :

• cellules ganglionnaires (1 million) ; • cellules bipolaires (4 millions) ;

• cellules photoréceptrices (125 millions) ou photorécepteurs : cônes et bâtonnets.

Les photorécepteurs reçoivent la lumière, les cellules bipolaires relaient les informa-

tions vers les cellules ganglionnaires dont l’axone constitue les fibres nerveuses du nerf optique et qui envoient l’information au cerveau. Curieusement, la lumière doit traverser 10.4 L’observateur 153

successivement les différentes couches cellulaires de la rétine avant d’atteindre les cellules photoréceptrices (photorécepteurs). On distingue deux types de photorécepteurs :

• bâtonnets (120 millions) : cellules sensibles à l’intensité lumineuse. Ils traduisent

pour notre cerveau le degré de luminosité d’une lumière. Mais ils ne différencient pas deux couleurs différentes. Par ailleurs, les bâtonnets sont 1000 fois plus sensibles que les cônes.

• cônes (5 millions) : peu sensibles en lumière faible ; permettent de distinguer les

couleurs, 3 types de cônes, chacun sensible à une certaine plage de longueurs d’onde : cônes verts (60 %), rouges (30 %) et bleus (10 %).

 

R Lorsque nous sommes dans un endroit faiblement éclairé, nous avons du mal à

distinguer les couleurs et les objets paraissent grisâtres. Dans une telle situation, la lumière est suffisante pour exciter les bâtonnets, mais plus les cônes : seuls les bâtonnets contribuent à la vision. C’est le principe de la « nuit américaine » : il est possible, pour des raisons techniques, lorsque l’on tourne un film, de réaliser les scènes de nuit en plein jour puis de diminuer la saturation des couleurs pour donner au spectateur l’impression de pénombre.

 

R On a découvert que chez certaines personnes (majoritairement des femmes), il

existe un quatrième type de cônes sensibles aux oranges. De telles personnes ont une meilleure perception des nuances de couleurs dans les jaunes, oranges et rouges (personnes dites tétrachromates).

La partie centrale de la rétine, appelée fovea, est celle qui possède la plus grande concentration de cônes. Elle est donc la plus sensible à la couleur. Les couleurs sont donc

beaucoup moins précises en vision périphérique qu’en vision centrale (voir figure 10.24).

 

Figure 10.24 – Comparaison entre la vision périphérique et la vision centrale

Théorie de Young

Thomas Young (1773-1829) a proposé en 1807 la théorie trichromatique, qui permet d’expliquer de manière simple la sensation colorée. Cette explication ne tient pas compte 154 Chapitre 10. Comprendre la couleur

des cellules bipolaires (alors inconnues), et ne fait intervenir que les cônes. Dans ce cas, la couleur est simplement codée dans le système RVB.

 

Figure 10.25 – Codage de la couleur dans la théorie de Young

 

Efficacité lumineuse de l’œil

Étant donnée la répartition hétérogène des différents cônes dans la rétine, l’œil

est plus sensible à certaines couleurs qu’à d’autres. La Compagnie Internationale de l’Eclairage (CIE) a mis en place une expérience sur la sensibilité spectrale de l’œil humain à partir de rayonnements monochromatiques : avec quelle intensité lumineuse l’œil perçoit-il séparement chacune des couleurs monochromatiques ? On obtient la courbe

de « sensibilité spectrale » de l’œil ou courbe d’efficacité spectrale (figure 10.26).

Il résulte de l’expérimentation de la CIE que le résultat varie en fonction de l’ambiance

lumineuse :

• lumière du jour : vision photopique (les cônes et les bâtonnets participent à la

vision)

• obscurité : vision scotopique (seuls les bâtonnets participent à la vision). 10.4 L’observateur 155

 

Figure 10.26 – Efficacité lumineuse de l’œil en vision scotopique et photophique

 

R La différence de sensibilité de l’œil selon l’ambiance visuelle est responsable de

plusieurs effets de modification des couleurs en fonction de la luminosité :

• Effet Purkinje : décalage des couleurs vers les tons bleus en vision scotopique.

La sensiblité de l’œil se déplace vers les longueurs d’ondes courtes.

• Effet Bezold Brück : Inversement, lorsque l’intensité s’accroît considérable-

ment, la sensation colorée se restreint ; le rouge et le vert se confondent avec le jaune, le cyan et le violet avec le bleu ; de plus, les teintes résiduelles perdent leur saturation.

 

10.4.2 Comment percevons-nous les couleurs ?

Dans la section précédente, nous avons étudié les mécanismes de la sensation colorée (trichromatisme). Or, notre manière d’intérioriser les couleurs fait intervenir un codage plus complexe. Vers le milieu du XIXe siècle, le physiologiste prussien Ewald Hering (1834-1918) a proposé une théorie alternative à celle de Young et que l’on peut résumer comme suit :

• Il y a 4 couleurs fondamentales dans la vision des couleurs : rouge, vert, bleu,

jaune.

• On ne perçoit pas des couleurs dans l’absolu, mais des oppositions entre paires de

couleurs.

La théorie des paires antagonistes

Pour comprendre la perception des couleurs, il faut prendre en compte le rôle important joué par les celules bipolaires : ce sont elles qui génèrent le signal reçu 156 Chapitre 10. Comprendre la couleur

par le cerveau (signal positif, nul ou négatif). Les cellules bipolaires se chargent soit d’additionner soit de soustraire les signaux reçus par les photorécepteurs. En gros, le cerveau compare des signaux entre différents groupes de photorécepteurs (comparaison entre les cônes R, V et B, comparaison de différentes zones, etc.).

L’observation des couleurs n’est pas absolue, mais relative : le cerveau compare en

permanence les couleurs entre différentes zones.

Il résulte de ces comparaisons que la perception se fait sur 3 canaux (2 canaux

chromatiques et un canal achromatique) :

• canal bleu-jaune ;

• canal vert-rouge ;

• canal achromatique (blanc-noir).

 

R De nombreux effets et illusions sont dus au fait que la perception est relative :

contrastes simultanés, effets de bord, influence de la taille des objets sur la perception des couleurs, etc.

 

10.4.3 L’observateur standard

L’observateur standard est beaucoup plus complexe à définir que les illuminants

standard. Il a fallu pour cela réaliser de nombreuses expériences sur des observateurs humains pour définir un « observateur moyen ». Les résultats obtenus ont constitué la base des grands systèmes colorimétriques.

On demande à un observateur de réaliser des égalisations de couleur à partir d’une

synthèse additive de trois sources de lumières primaires, par rapport à une lumière test

(voir figure 10.27).

 

Figure 10.27 – Expérience d’appariement 10.4 L’observateur 157

Des ajustements sont réalisés pour des lumières tests à chaque longueur d’onde :

détermination des courbes d’appariement R(λ), G(λ), B(λ) (voir figure 10.28). L’espace RGB défini par la CIE présente quelques inconvénients comme l’existence d’une partie négative dans les courbes d’appariement et par conséquent, l’impossibilité de reproduire un certain nombre de couleurs par superposition des trois spectres. Afin de pallier ces inconvénients, la CIE a défini un espace de représentation de la couleur basé sur trois primaires non visibles X, Y et Z, ce qui a conduit à définir l’observateur standard CIE 1931.

 

Figure 10.28 – Courbes d’appariement