La composition de la lumière

Pour une meilleure approche de la photographie, commençons par comprendre les caractéristiques de notre matière première...

La lumière est une onde électromagnétique qui se propage à la vitesse de 299 792 458 mètres par seconde, en trajectoire rectiligne.

La lumière du soleil est une lumière est polychromatique (contrairement à la lumière d'un LASER qui est monochromatique) : on peut se rendre compte facilement de cette spécificité lorsque l'on observe un arc-en-ciel ou la surface d'un CD (comme sur la vignette de cette rubrique) .

En effet, le spectre lumineux se compose de plusieurs longueurs d'ondes dont chacune correspond à une couleur bien précise. L'oeil humain peut observer les longueurs d'ondes allant de 380 nanomètres (violet) à 780 nanomètres (rouge).

spectre

La lumière solaire est dite "blanche", c'est à dire qu'elle se compose en égale proportion de toutes les longueurs d'ondes. Ceci est valable lorsque la lumière se propage dans le vide... En réalité, notre atmosphère modifie sensiblement l'équilibre chromatique de la lumière solaire, en fonction de l'incidence des rayons qui la frappent et de la couverture nuageuse qu'elle contient. Pour quantifier cette modification d'équilibre colorimétrique, William Thomson - aussi appelé Lord Kevin - a défini une échelle de températures de couleur modélisant la variation de dominante chromatique.

Cette échelle se base sur le rayonnement lumineux qu'émet un corps noir (corps parfait absorbant tout rayonnement électromagnétique) en le chauffant de plus en plus fort : les premières émissions de ce corps noir contiennent une dominante de rouge. En augmentant la température de chauffe du corps noir, les émissions deviennent orangées, puis jaune, atteignent l'équilibre en produisant une lumière blanche et enfin prennent un dominante de plus en plus bleutée. Pour trouver une analogie plus familière, c'est le même phénomène qui se passe lorsqu'on chauffe un métal : celui-ci devient rouge puis vire à l'orangé et au blanc si on le chauffe suffisamment fort.

A chaque température de chauffe correspond donc une couleur dominante du spectre émis par le corps noir : une lumière avec une dominante de rouge aura dès lors une température de couleur faible (lumière produite par une bougie : 1850 Kelvin) , une lumière avec une dominante bleutée aura une température de couleur élevée (lumière LED : jusqu'à 6500 Kelvin). Une lumière "neutre" aura une température de couleur d'environ 5500 K.

Quelques repères de températures de couleur émises par différentes sources de lumières artificielles:

En ce qui concerne la lumière solaire, sa température de couleur varie comme cité précédemment:

Particularité de notre perception sensorielle :

Notre cerveau corrige naturellement ces variations de teinte, c'est pour cela que lorsque vous observez une feuille blanche de papier que ce soit sous une ampoule, un néon ou bien à la lumière du jour, celle-ci vous apparaît toujours blanche. Ce même traitement de correction être fait pour les images brutes saisies par les capteurs de nos appareils numériques afin de conserver des rendus colorimétriques justes : cela nous conduit à la notion de "balance des blancs" qui sera développée dans le chapitre "post-traitement".

 

 

Les règles de propagation de la lumière

Si la propagation de la lumière se fait en ligne droite, sa transmission et sa réflexion sont régies par des règles optiques que je vais vous présenter ci-dessous.

Réflexion :

Quand un rayon frappe une surface en un point, celui-ci est réfléchi (complétement ou en partie selon la nature du matériau et son état de surface) selon un angle identique à celui formé par le rayon incident et la perpendiculaire à la surface du point concerné. Un petit schéma valant mieux qu'un long discours, voici l'illustration de mes propos pour une surface plane et une surface courbe :

reflexion

C'est ce phénomène qui conduit à faire des reflets sur les surfaces vitrées, les plans d'eau et toutes les surfaces brillantes d'une manière générale.

Effet de réflexion :

effet reflexion

 

 

Réfraction :

La réfraction se produit lorque la lumière passe d'un milieu transmissif à un autre, par exemple de l'air à l'eau ou de l'air au verre. Le changement de nature du matériau induit une modification de l'angle de transmission à travers ce dernier.

refraction

C'est ce phénomène qui fait que lorsqu'on observe une paille plongée dans un verre d'eau , celle-ci semble "cassée".

Effet de réfraction :

effet refraction

 

 

Diffraction :

La diffraction est la réaction de la lumière lorsque celle-ci est forcée à passer à travers une ouverture ou lorsqu'elle rencontre un obstacle.

Une partie de la lumière continue sa trajectoire rectiligne, une autre partie se disperse de part et d'autre de l'orifice ou de l'obstacle.

diffraction

Ce phénomène se produit à l'intérieur des objectifs lorsque le diaphragme est fermé à partir d'un certain point et nuit à la qulité de l'image en provoquant une dispersion de la lumière (perte de netteté).

Effet de diffraction :

effet diffraction

 

 

Les grandeurs photométriques :

Le flux lumineux émis par une source :

mesuré en lumen (lm), il indique la quantité totale de lumière émise par unité de temps par une source.

Une ampoule à incandescence de 60W émet un rayonnement total d'environ 700 lumen, diffusé dans toutes les directions.

flux lumen

 

L'intensité lumineuse d'une source :

mesurée en Candela (cd), elle définit le flux lumineux émis par une source dans une direction donnée (mesurée par un angle solide en stéradian, noté sr ).

Il peut s'agir physiquement d'un faisceau de lumière provoqué par un système destiné à canaliser le flux d'une source ou d'une manière plus abstraite et mathématique de calculer un flux émis dans une direction donnée par une source.

flux candela

 

L'éclairement :

mesuré en Lux (lx), c'est la quantité de lumière reçue par la surface d'un objet éclairé. 1 Lux équivaut à 1 Lumen/m². C'est cette valeur qui est mesurée à l'aide de flashmètres en photo de studio.

Si vous placez une source lumineuse 600 lumen au centre d'un cube d'un mètre de côté (dont la surface totale développée représente 6 m²), la valeur d'éclairement de chaque surface sera de 100 lux (600 lm / 6m²).

 

lux

 

 

La luminance :

mesurée en Candela par mètre carré (Cd/m²), elle représente l'intensité lumineuse d'une source ou d'un objet éclairé sur un angle donné et par unité de surface apparente de cette source. La luminance correspond à la sensation visuelle de luminosité d'une source ou d'un objet éclairé. C'est valeur qui est prise en compte par les posemètres des appareils photographiques.

luminance

 

Et voici la synthèse de l'ensemble des grandeurs photométriques :

synthese photometrie

 

 

Le rapport entre ces grandeurs photométriques : la loi du carré inverse

D'une manière simplifiée, la valeur d'éclairement varie selon le carré de la distance à laquelle se trouve la source lumineuse : si vous doublez la distance entre la source et le sujet éclairé, il faudra quadrupler la puissance de la source. Si vous triplez la distance, il faudra multiplier par 9 la puissance de la source !

carre inverse

 

Cette loi régissant la valeur d'éclairement a une grande importance, notamment pour le choix des torches et flashes et la distance de positionnement de ceux-ci par rapport au sujet.