Les Couleurs

La couleur est la perception visuelle de la répartition spectrale de la lumière visible, prend son origine dans la stimulation de cellules nerveuses spécialisées nommées cônes situées sur la rétine, peut se décrire dans une approche artistique qui recherche des indications capables de guider les praticiens dans leur perception de la couleur et de l’emploi des pigments pour reproduire ou évoquer la sensation de couleur, dans une approche chimique qui établit et classe des répertoires de pigments, dans une approche physique par l’analyse spectrale dans une approche physiologique qui relie la perception au système visuel, dans une approche psychophysique débouchant sur la colorimétrie et sur la décomposition en composantes permettant une synthèse des couleurs, permet de coder une information, un nombre réduit de nuances évite l’ambiguïté et l’usage des drapeaux a fait qu’à la mer et ailleurs, les couleurs désignent par métonymie le pavillon maritime national comme en milieu urbain celui des livrées et uniformes colorés peuvent faire appeler couleurs les vêtements ou accessoires caractéristiques d’un club ou groupe et les associations mentales des couleurs leur donnent une symbolique, qui peut varier quelque peu selon les cultures et les individus.

Approches de la couleur

Selon les circonstances, la couleur peut désigner des caractères plus ou moins variés, la couleur d’une surface peut inclure l’aspect brillant ou mat et dans d’autre cas, elle peut au contraire n’indiquer que ce qui éloigne la perception du noir, du gris et du blanc, qu’on dit « sans couleur » et selon l’approche, la description de la couleur utilise des termes et des méthodes différentes.

Approche artistique

L’approche des artistes tire parti des approches physiologique et chimique qu’elle a souvent inspiré, se basent sur la perception et l’éducation visuelles et l’approche artistique ne donne aucune règle ni mesure mais seulement les indications susceptible d’organiser la perception en catégories et de faciliter la mise en œuvre des pigments et implique la reconnaissance de la nature cognitive de la perception des couleurs, raffinée par l’entraînement et la pratique.

Approche chimique

La couleur est une combinaison de pigments dont l’existence cause la perception colorée et l’approche chimique produit des nomenclatures de produits et de teintes, et note les possibilités de mélange.

Approche physique

La lumière est un rayonnement électromagnétique définie par son analyse spectrale, c’est-à-dire la répartition de l’intensité en fonction de la longueur d’onde et un rayonnement monochromatique se définit comme ayant toute son énergie dans une seule longueur d’onde, et on peut lui faire correspondre une couleur.

Approche physiologique

La couleur dérive de l’existence de récepteurs nerveux spécifiques dans l’œil, les cônes dont il existe, chez l’humain, 3 types, on définit la couleur par les trois intensités résultant du filtrage de la lumière par les trois filtres correspondant à ces trois types de cône, une infinité de lumières physiquement différentes peuvent résulter dans la même couleur et les couleurs perçues par l’œil humain peuvent être représentées par un modèle colorimétrique à trois dimensions.

Approche psychophysique

La couleur est une perception répondant à des stimulus lumineux, 2 lumières, dont le spectre physique est différent mais que les sujets ne peuvent distinguer sont dites métamères, l‘étude des métamères permet, avec la définition d’un blanc arbitraire, d’établir la notion de couleurs complémentaires, de définir les pourpres comme les complémentaires des couleurs qui n’en ont pas, et une lumière colorée en général par une intensité, une longueur d’onde dominante et une pureté d’excitation.

Approche cognitive

La couleur est une sensation que l’on associe mentalement aux objets qui en produisent l’expression la plus marquée, l’identification des sensations colorées à des catégories est un apprentissage plus ou moins poussé selon les personnes et permet l’usage conscient des couleurs dans des signes, et implique leur participation inconsciente à des symboles.

Comparaison des approches

S’il est parfois difficile de mettre en relation ces concepts, c’est que chacune des approches utilise des approximations convenables pour sa spécialité, mais qui ne s’appliquent pas ailleurs, l’approche physique ne se soucie pas de la perception, n’entre pas dans son champ de préoccupations que la radiation soit visible ou non lui est indifférent, du moment que l’ordre de grandeur des longueurs d’onde rend nécessaire l’étude des rayonnements par leur puissance, ils relèvent de la radiométrie, peu importe qu’ils soient visibles ou non.

Les stimulus de la colorimétrie sont de deux sortes :

  • les couleurs d’ouverture, présentées isolées, de sorte qu’elles ne semblent appartenir à aucun objet
  • les couleurs de surface, présentées avec une autre teinte de référence ou de comparaison.

Tout le système colorimétrique se fonde sur la réponse à ses stimulus mais les artistes et praticiens de la couleur savent parfaitement qu’une teinte se perçoit différemment selon celles qui l’entourent, en 1960, l’artiste Josef Albers introduit son Interaction des couleurs par « une couleur n’est presque jamais vue telle qu’elle est réellement, telle qu’elle est physiquement ».

Couleurs des coloristes

Les principales notions sur la couleur ont été développées par les teinturiers et les artistes qui les emploient, sont accessibles à l’expérience de chacun bien que l’apprentissage et l’expérience donnent aux praticiens une finesse et une sûreté de vision supérieures et les recherches scientifiques ont recherché les moyens de baser les mêmes notions sur une mesure physique.

Principales notions

Ces expériences se fondent sur les résultats obtenus par le mélange des pigments et est entendu qu’on part d’un support blanc.

Valeur

On distingue d’abord les valeurs entre blanc et noir, bien que les valeurs se distinguent des couleurs proprement dites, l’estimation des valeurs d’un sujet représenté est la première tâche de la représentation en couleurs, par opposition au dessin, préoccupé surtout des contours et la méthode traditionnelle pour évaluer la valeur consiste à cligner des yeux, pour s’approcher de la vision nocturne, qui ne perçoit pas les couleurs.

Vivacité

La vivacité d’une couleur est le degré de ce qui la différencie d’un gris et une couleur vive se distingue nettement d’une autre de même valeur, au contraire d’une couleur terne ou pâle.

Ton

Le ton ou tonalité désigne la couleur qu’on voit alors que la couleur peut aussi désigner la peinture qui sert à la créer et les tons se regroupent en champs chromatiques qui se reflètent dans le langage.

Nuance

Les nuances d’une couleur sont les petites différences entre des tons de même désignation dont on peut dire que le bleu outremer est une nuance de bleu, et l’outremer véritable et le bleu Guimet, légèrement plus violacé, sont des nuances d’outremer.

Teintes élémentaires

Beaucoup de tons se rattachent à la fois à plusieurs champs chromatiques, il y a des jaunes rougeâtres et des bleus tirant sur le vert mais il n’y a pas de jaune tirant sur le bleu, ni de rouge tirant sur le vert.

Couleurs primaires

Lorsqu’on mélange deux pigments, on obtient une troisième couleur, qui peut être celle d’un autre pigment, les couleurs qui ne peuvent s’obtenir par mélange sont dites primaires et avec les pigments modernes, la plupart des couleurs peuvent s’obtenir avec trois primaires, un jaune, un bleu et un rouge.

Couleurs complémentaires

Lorsqu’on mélange deux pigments, le ton qui en résulte peut sembler entièrement dépourvu de couleur, d’un gris généralement sombre et quand c’est le cas, on dit que les couleurs sont complémentaires.

Cycle des couleurs

En mélangeant les pigments, on peut passer insensiblement d’un ton vif à un autre, en parcourant un cycle qui passe par toutes les couleurs primaires et, du rouge au jaune, on parcourt les orangés, puis ajoutant du bleu au jaune, on reconstitue une série de verts, enfin, ajoutant au bleu du rouge, on obtient la série des pourpres, on dispose en général ces tons sur un disque, de sorte que les couleurs complémentaires se trouvent opposées sur un même diamètre et les tons obtenus par mélange se trouvent sur la ligne reliant leur composantes, de la sorte, les tons ternes se trouvent à l’intérieur, et le noir est au centre dont le cercle chromatique organise les couleurs vives par proximité.

Tons purs

Les tons purs sont ceux de la périphérie du disque chromatique.

Tons chauds et froids

Dans le disque chromatique, les tons proches du pôle orangé sont dits chauds et ceux proches du pôle bleu sont dits froids, les tons situés à mi-chemin, gris, pourpres et verts, n’ont pas de « chaleur » en eux-mêmes ; mais on peut dire de n’importe quel couple de tons que l’un est plus chaud que l’autre et on « réchauffe » et on « refroidit » des tons en y ajoutant une couleur proche qui les rapproche des pôles orange et bleu.

Tons dégradés

Un ton dégradé est une couleur à laquelle a été rajouté du blanc et est plus lumineux que le ton pur mais perd de sa vivacité.

Tons rabattus

Un ton rabattu est une couleur à laquelle a été rajouté du noir et c’est donc une couleur plus foncée, pour les orangés, jaunes et vert-jaunâtres, rabattre un ton change la perception de sa couleur et du point de vue colorimétrique, un orange est très proche d’un ton chocolat, et pourtant, nul ne dirait que c’est la même couleur.

Tons rompus

Un ton rompu est une couleur à laquelle a été rajouté une proportion de sa couleur complémentaire, l’usage de la complémentaire, plutôt que du noir, pour assombrir une couleur, n’aurait pas d’intérêt spécial, si en décalant légèrement le choix de la complémentaire, il ne permettait pas de donner une teinte aux ombres, correspondant effectivement à ce qu’on cherche à représenter, où, la plupart du temps, les parties qui ne sont pas directement atteintes par la lumière sont éclairées par des reflets légèrement colorés, autrement dit, on définit la complémentaire en tenant compte de ce que le blanc n’est pas le même pour les ombres et pour la lumière principale.

Les Pigments

La profession de marchand de couleurs a engendré une activité de production industrielle de colorants qui a systématisé le catalogue des pigments utilisables pour produire les sensations colorées.

Les pigments produisent des couleurs singulières et on les classe selon les catégories utilisées par tous les professionnels qui traitent des couleurs, artistes, teinturiers, imprimeurs, fabricants de meubles et autres.

La distinction des couleurs est une capacité professionnelle, une différence qui ne paraît pas évidente pour la majorité des gens pourra paraître considérable pour quelqu’un qui est habitué à composer des couleurs tous les jours, comme un peintre ou un imprimeur.

Si les spécialistes connaissent bien la couleur produite par les pigments qu’ils utilisent, il n’y a aucun moyen de connaître précisément leur ton avant de les avoir vus, de plus, celui-ci est susceptible de varier dans le temps.

  • Parfois, le mélange de plusieurs pigments, ou d’un pigment et d’un liant, produit un composé d’une couleur différente, altérant le résultat et la cinétique de la réaction chimique peut empêcher de se rendre compte immédiatement du problème : par exemple, on peut mélanger du blanc et du rouge pour obtenir un rose, et les deux pigments réagissent en quelques mois pour former un composé noir.
  • L’exposition à la lumière ou à l’air tend souvent à diminuer ou à modifier la coloration des pigments.

Les noms commerciaux des couleurs artistiques ou de décoration dépendent de traditions nationales, de procédés commerciaux ou de la volonté des fabricants et pour éviter les ambiguïtés, un index international des substances colorantes les répertorie suivant un code unique.

Nomenclature des pigments

Les pigments référencés selon le Colour Index international, une base de données constituée aux États-Unis et en Angleterre, sont codés par la lettre N, s’ils sont naturels, ou P, s’ils sont synthétiques, suivie d’une lettre correspondant au champ chromatique.

Un numéro de classement suit ces lettres

Exemple  : PO73 correspond au Pigment Orange no 73, une nuance de vermillon ( rouge vermillon ), proche du vermillon véritable.

Ce numéro représente l’ordre d’inscription dans la base de données, il ne code que la composition chimique et deux numéros différents désignent deux substances chimiquement distinctes, mais ces pigments peuvent donner la même couleur.

Nuanciers

Les nuanciers constituent des collections de couleurs de pigments associées à un nom ou une autre référence et imprimés, ils présentent une couleur qui se rapproche, quand ils sont encore neufs, du ton obtenu avec ces pigments dont leur classement peut être arbitraire tant que les couleurs sont peu nombreuses, il parcourt en général le disque chromatique tel que conçu par les artistes et en systématisant, on arrive au nuancier de Michel-Eugène Chevreul ( 1838 ).

Pantone

Parmi les collections de couleur, le nuancier Pantone, d’un millier de couleurs, se distingue par son principe, chacun des tons présentés correspond à un mélange, dans des proportions spécifiées, de dix encres de couleur mélangées avant l’impression.

Cube de Hicketier

Le cube de Hickethier représenta une tentative de coder, en mille couleurs, les résultats de l’impression en trichromie, ne représente pas les couleurs mais les moyens de les obtenir, la technique d’impression qui affectent la constitution des encres, et le support blanc, qui les absorbe plus ou moins, peuvent amener à des résultats sensiblement différents.

Système Munsell

Le système colorimétrique de Munsell définit des paramètres TVC : teinte, valeur, chromaticité dans lequel la chromaticité ou niveau de coloration rejoint la définition de la saturation dont le système repose sur l’idée de constituer des différences perceptives aussi constantes que possible, les échelles pour les trois grandeurs sont donc différentes de celles utilisées en photométrie et en psychophysique , utilise cinq teintes primaires, le bleu, le vert, le jaune, le rouge et le pourpre, donnant cinq autres teintes secondaires, entre lesquelles se trouvent neuf intermédiaires, arrivant ainsi à un total de cent teintes et les valeurs et la chromaticité se repèrent sur des échelles donnant des écarts égaux pour des écarts de valeur perceptuellement identiques et l’identification des couleurs dans le système Munsell se fait par référence à un atlas, contenant les couleurs réalisées avec des pigments, sous illuminant normalisé.

Physique des couleurs

Spectre lumineux

La lumière visible est la partie du spectre électromagnétique visible par l’œil humain, les limites du spectre visible ne se définissent que par convention, la sensibilité est maximale autour d’une longueur d’onde de 540 nanomètres et diminue progressivement de part et d’autre de cette valeur, se réduisant à environ 0,1 % quand on l’augmente ou qu’on la diminue d’un tiers, dépendent des méthodes de mesure de la sensibilité et varient en fonction des individus et la spectroscopie étudie la répartition de l’énergie lumineuse entre les longueurs d’onde.

Une lumière dont une seule longueur d’onde porte toute l’énergie est dite monochromatique, les longueurs d’ondes des lumières monochromatiques s’associent chacune à une perception colorée et les couleurs des lumières monochromatiques sont celles de l’arc-en-ciel.

Les lumières monochromatiques donnent lieu à une sensation colorée mais la réciproque n’est pas vraie car toutes les teintes qui donnent une sensation colorée ne sont pas monochromatiques.

Production des couleurs

L’émission de lumière peut être produite selon deux phénomènes :

  • L’incandescence est une émission de lumière par un objet due à la chaleur : la flamme d’une bougie, le métal en fusion, un charbon ardent, le Soleil…, l’objet idéal dont l’émission électromagnétique est due exclusivement à la chaleur s’appelle le corps noir, son spectre est continu et sa répartition entre les longueurs d’onde, y compris infra-rouges et ultraviolets, dépend de la température et plus la température est élevée, et plus l’énergie se distribue sur les courtes longueurs d’onde .
  • La luminescence est la propriété de certains corps d’émettre des photons sans changement de température : diodes électroluminescentes, tubes fluorescents, lucioles, écran cathodique…et le spectre peut être discontinu ou présenter des pics importants pour certaines longueurs d’onde.

L’interaction entre la lumière et la matière produit des couleurs selon plusieurs mécanismes : absorption, diffusion, réfraction (ou dispersion), interférence et diffraction.

Absorption

L’absorption de la lumière produit la plupart des couleurs que l’on observe dans la vie courante.

La plupart des substances, en particulier les pigments et colorants, absorbent certaines longueurs d’ondes plus que d’autres.

Exemple – La couleur des carottes  : Les carottes contiennent une molécule appelée β-carotène qui absorbe les longueurs d’onde entre le violet et le vert et réfléchissent ce qui reste, la partie du spectre du rouge au vert, donnant la couleur orangée, lorsque la carotte contient aussi des anthocyanes, elle absorbe en plus les longueurs d’onde de la région du vert, et elle apparaît violette

L’énergie absorbée est généralement restituée sous forme de chaleur en rayonnement infrarouge invisible à l’œil, ceci explique par exemple qu’un objet noir sera plus chaud au soleil qu’un objet blanc et cependant, certaines substances restituent l’énergie du rayonnement absorbé dans une longueur d’onde différente, c’est ainsi que les pigments fluo absorbent des rayonnements divers et les réémettent sous forme d’une lumière visible unique donnant ainsi une couleur qui semble plus lumineuse que les couleurs environnantes, c’est le cas également des nanoparticules d’or dans le verre rubis.

Diffusion

La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement comme la lumière est dévié dans de multiples directions par une interaction avec des objets, la diffusion Rayleigh intervient quand la taille des particules est petite, inférieure à quelques dizaines de nanomètres, l’intensité diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d’onde : le violet-bleu à 400 nm est dix fois plus diffusé que le rouge à 700 nm et l’effet des molécules de diazote et dioxygène de l’atmosphère terrestre provoque ainsi la couleur du ciel et celle du coucher de soleil et quand les particules sont plus grandes elles provoquent une diffusion de Mie qui touche de manière uniforme toutes les fréquences lumineuses, c’est ainsi que les gouttelettes d’eau provoquent la couleur blanc-gris des nuages ou du brouillard.

Réfraction

La réfraction dévie une onde lorsque sa vitesse change en passant d’un milieu à un autre, généralement l’indice de réfraction augmente quand la longueur d’onde diminue, les violets sont donc plus déviés que les rouges et ce phénomène décompose une lumière blanche dans ses différentes composantes pour former par exemple les arc-en-ciel que l’on voit dans la nature ou à travers un prisme.

Diffraction et interférences

Les irisations d’une bulle de savon ou d’un film d’huile à la surface d’une flaque proviennent d’un phénomène d’interférence entre les longueurs d’ondes réfléchies par les deux surfaces très proches l’une de l’autre, lorsque les ondes rencontrent un obstacle, elles se dispersent dans toutes les directions, le bord de l’obstacle apparaît comme une source secondaire et ce phénomène appelé diffraction permet de construire, avec des réseaux d’obstacles espacés d’une distance comparable aux longueurs d’onde de la lumière, des dispositifs permettant d’analyser, par interférences, la lumière, en situant avec précision les longueurs d’ondes présentes, ce procédé est à la base de la spectroscopie, la surface d’un disque compact est un tel réseau de diffraction, ce qui explique les irisations de la lumière qui s’y reflète et la couleur structurelle est provoquée par des phénomènes d’interférence liés à la structure microscopique de l’objet qui diffracte la lumière reçue, comme les ailes de papillon.

Physiologie de l’appareil visuel

Œil

L’œil comporte deux types de récepteurs : les bâtonnets permettent la vision scotopique, à des faibles niveaux d’éclairement et les cônes, moins sensibles, permettent de distinguer les couleurs, avec une lumière plus intense permettant la vision photopique, est sensible à une gamme de radiations électromagnétiques dont la longueur d’onde est comprise au plus de 380-450 nm à 700-1 000 nm et ce spectre est le moins dommageable pour les êtres voyants, des longueurs d’ondes plus courtes que 380 nm endommageraient la structure moléculaire de l’œil tandis que celles plus longues que 720 nm pourraient provoquer des lésions structurelles.

Œil humain

Les bâtonnets de l’œil humain, sensibles dans une gamme allant de 415 à 555 nm ( gamme de violet à vert ) avec un maximum à 498 nm qui est un vert légèrement bleuté, permettent la vision en faible luminosité, sont saturés à partir de 500 photons par seconde, et ne sont donc actifs que dans la pénombre et les cônes ne commencent à s’activer qu’à partir de 10 photons par seconde, ce qui explique pourquoi on voit en noir et blanc quand la lumière est faible.

L’œil humain comporte 3 types de cônes situés principalement sur la fovéa d’un millimètre de diamètre, dépression de la macula ( tache jaune ) près du centre de la rétine, à quelques degrés de l’axe optique et ont un maximum d’absorption correspondant à trois longueurs d’ondes différentes correspondant à des lumières de couleur rouge-orangé, verte et bleue.

  • les cônes L (long), sensibles aux lumières de longueur d’onde dans le vide de 470 à 630 nm ( de bleu-vert à rouge ), avec un maximum à 555 nm qui est un vert-jaune.
  • les cônes M (medium), sensibles aux ondes de longueur moyenne, de 440 à 595 nm ( gamme de bleu à orange ), avec un maximum à 525 nm donc dans le vert.
  • les cônes S (short), sensibles aux ondes courtes, d’environ 290 à 470 nm ( gamme de violet à bleu-vert ), avec un maximum à 420 nm, un violet-bleu.

Les photorécepteurs humains sont sensibles à une bande de longueurs d’ondes correspondant approximativement à un intervalle de 400-700 nm et, individuellement, à ces valeurs.

Voies nerveuses

L’influx nerveux issu des cônes et bâtonnets, regroupé par aires dans les cellules ganglionaires et les cellules bipolaires, passe, par le nerf optique, dans le corps genouillé latéral, est traité dans une région du cerveau appelée cortex visuel primaire, relié par de nombreuses voies spécialisées à plusieurs aires visuelles cervicales et les cônes ne génèrent pas des sensations de rouge, vert et bleu, c’est l’appareil visuel dans son ensemble qui, par des processus complexes, relie les signaux différenciés qui en sont issus à des perceptions de couleur et l’opposition entre les récepteurs M et les récepteurs L situe la couleur sur l’axe vert-rouge, tandis que le contraste entre leur somme et l’influx issu des récepteurs S situe la perception sur l’axe bleu-jaune.

Altérations de la perception des couleurs

La vision des couleurs s’altère avec l’âge, en raison notamment des modifications de l’absorption des différentes parties optiques de l’œil et les problèmes de vision des couleurs, ou dyschromatopsies, sont souvent regroupés sous le terme de daltonisme et l’absence totale de vision des couleurs est appelée achromatopsie.

Perception des couleurs

La psychophysique s’est donné pour tâche de relier les phénomènes physiques aux perceptions humaines, en étudiant la réponse d’une personne à un stimulus physique bien défini, et en répétant les expériences avec un nombre suffisant de sujets pour arriver à une réponse moyenne, pour la détermination de la perception des couleurs, on dispose de stimulus approximativement monochromatiques, obtenus par la dispersion de la lumière blanche et on peut mélanger ces faisceaux de lumière colorée, dans des proportions contrôlables, et demander au sujet d’en ajuster les proportions afin que les couleurs perçues, soit dans deux parties du champ visuel, soit en succession, soient identiques.

Concepts de base

Couleurs métamères

En utilisant ce dispositif, on vérifie tout d’abord que l’œil humain est incapable de distinguer la teinte d’une lumière monochromatique quelconque de l’addition de deux autres lumières monochromatiques de longueur d’onde et intensité choisies.

Exemple – Perception du jaune  : Le sujet peut trouver un réglage d’intensité pour deux lumières monochromatiques, l’une rouge (longueur d’onde, 650 nm), l’autre verte (longueur d’onde 500 nm), tel que leur mélange ne puisse se distinguer d’une lumière monochromatique jaune (longueur d’onde 580 nm), complémentée d’une faible quantité de lumière blanche.

On appelle métamères deux couleurs de lumière de spectre physique différent qui produisent la même sensation colorée.

  • Cette identité se maintient si on multiplie les luminosités de toutes ces lumières par la même quantité.

Lumière blanche

Le spectre de la lumière existant dans la nature est variable dont les sources en sont généralement incandescentes, qu’il s’agisse du soleil ou d’éclairage artificiel, mais leur lumière est souvent transformée par des phénomènes physiques, comme ceux qui font que la couleur du ciel est bleue et on peut définir, à partir du corps noir, un objet idéal dont le spectre d’émission ne dépend que de la température, une lumière à spectre continu déterminée entièrement par sa température de couleur dont la Commission internationale de l’éclairage a défini cinq illuminants, qui peuvent se caractériser par leur température de couleur, dont les plus courants sont le A ( 2 858 K représentant l’éclairage à incandescence domestique) et le C (6 774 K, lumière du jour moyenne) et l’illuminant choisi pour une série de mesures colorimétriques est le blanc.

Couleurs complémentaires

Ayant défini une lumière comme blanche, on appelle complémentaires les couleurs de deux lumières monochromatiques dont la combinaison en proportions convenables produit une lumière de couleur métamère à la lumière définie comme blanche.

  • Les couples de complémentaires varient si la lumière définie comme blanche change.
  • Avec le blanc de la source normalisée C, les lumières monochromatiques de longueur d’onde inférieure à 492 nm (correspondant à des couleurs de rouge à vert jaunâtre) ont des complémentaires de longueur d’onde supérieure à 567 nm. Les lumières monochromatiques dans l’intervalle 492 nm à 567 nm n’ont pas de complémentaire monochromatique.
  • Si l’écart entre les longueurs d’onde de deux lumières monochromatiques est inférieur à celui qui les sépare de leurs complémentaire, une lumière composée de ces deux lumières a une couleur métamère à celle d’une lumière monochromatique de longueur d’onde intermédiaire ajoutée à de la lumière blanche.

Pourpres

L’addition, en proportion variable, des lumières monochromatiques situées aux extrémités du spectre, donne la série des couleurs pourpres.

  • Une lumière composée de deux longueurs d’onde plus éloignées que celles des complémentaires a une couleur métamère pourpre.

Longueur d’onde dominante et saturation

Du fait des propriétés d’addition et de multiplication, on peut dire que toute couleur perçue est métamère de l’addition d’une couleur de lumière monochromatique et de lumière blanche, on en déduit qu’elle est également métamère de la soustraction de sa couleur complémentaire à la lumière blanche et ce calcul permet de définir les pourpres comme des lumières d’intensité négative, et de les placer ainsi dans l’espace des couleurs, toute couleur peut ainsi se définir par une longueur d’onde, une intensité, et la proportion de lumière monochromatique par rapport à l’ensemble dont ces trois grandeurs s’appellent l’intensité, la longueur d’onde dominante et la pureté d’excitation et définissent entièrement la lumière.

La couleur étant le caractère qui différencie des lumières de même intensité, la longueur d’onde dominante et la saturation caractérisent la couleur qui, par abstraction faite de sa luminosité, étant entièrement définie par deux paramètres, on peut représenter l’espace des couleurs sur un graphique.

Trichromie

En prenant, pour chaque longueur d’onde, une unité appropriée, qui tient compte de l’efficacité lumineuse relative de chaque lumière monochromatique, on peut calculer, à partir des propriétés d’additivité et de multiplicativité de la sensibilité lumineuse humaine, une lumière métamère de n’importe quelle couleur à partir de trois lumières monochromatiques arbitrairement choisies.

les trois lumières monochromatiques choisies sont les trois primaires pour cette représentation.

  • Il faut que les primaires soient perçues comme des couleurs bien différentes.
  • On peut construire la trichromie à partir de lumières quelconques, au prix d’une complication des calculs, à condition qu’aucune des trois primaires ne soit métamère d’une combinaison quelconque des deux autres.
  • Ce calcul se différencie d’une synthèse lumineuse en ce que les coefficients monochromatiques peuvent être négatifs, en particulier, quelles que soient les lumières monochromatiques de base choisies, un des coefficients est négatif pour toutes les autres lumières monochromatiques.

Coordonnées trichromatiques

Ayant défini la couleur comme le caractère qui différencie deux lumières de même intensité, on peut réduire les coefficients trichromiques de façon que leur somme soit toujours égale à 1 et il reste deux valeurs, qui peuvent servir à l’établissement d’un diagramme colorimétrique.

  • Quand on peut obtenir, par mélange des trois lumières monochromatiques primaires, une couleur métamère de celle qu’on cherche à situer dans le diagramme, les coefficients se déduisent immédiatement.
  • Quand on ne peut obtenir de métamère à partir des lumières monochromatiques primaires, comme c’est le cas pour les autres lumières monochromatiques, on détermine les coefficients indirectement, en recherchant les coordonnées d’une métamère d’une lumière composée de la lumière inconnue et d’une lumière monochromatique connue, on obtient ainsi des coefficients négatifs.

Diagrammes CIE

En 1931, la Commission internationale de l’éclairage a proposé un diagramme basé sur les lumières monochromatiques de longueurs d’onde 700 nm ( rouge ), 546,1 nm ( vert ), 435,8 nm ( bleu-violet ) et a amélioré la représentation, en séparant mieux les sensations de luminance et de chrominance avec les diagrammes CIE XYZ, puis CIE UVW (1960), CIE U’V’W’ ( 1976 ) et surtout les systèmes chromatiques uniformes non-linéaires CIE Lab et CIE LUV.

Observateur de référence

À partir des résultats obtenus avec les sujets ayant participé aux expériences, la CIE a établi les courbes conventionnelles caractéristiques de la réponse d’un observateur de référence aux stimuli visuels colorés qui servent désormais pour définir les couleurs par des opérations de calcul à partir de leur spectre physique, sans nécessité de comparaison visuelle par un groupe de sujets.

Détermination de la sensibilité à la couleur

La détermination de la sensibilité visuelle, et notamment des seuils de différenciation des couleurs, a fait l’objet de nombreuses études psychophysiques, entreprise en particulier pour déterminer les conditions les plus économiques de l’éclairage et de la transmission d’une image de télévision en couleurs.

Mesure et paramètres des couleurs

La colorimétrie est l’ensemble des méthodes et conventions qui permettent de déterminer une couleur indépendamment de l’observateur, à l’image de la détermination d’une grandeur physique, se base sur la statistique des réponses de sujets à des stimulus visuels colorés, suivant les principes de la psychophysique et est nécessaire aux relations industrielles, qui requièrent des agents humains substituables.

Exemple – Numérisation et retouche digitale  : Pouvoir mesurer et coder les valeurs d’une couleur permet d’assurer la fidélité des couleurs pendant une numérisation ou une retouche digitale. Le profil ICC d’un périphérique informatique permet aux logiciels d’effectuer automatiquement la transposition de la couleur selon ses caractéristiques, sans avoir besoin d’un essai vérifié par un spécialiste.

L’expérience industrielle de la couleur a progressivement créé des modèles d’une complexité croissante et un organisme international créé en 1913, la Commission internationale de l’éclairage, publie des méthodes et tables qui servent de référence pour la colorimétrie.

Actuellement l’ensemble des couleurs est plus souvent défini par ses 3 caractéristiques de teinte, saturation et valeur ou luminosité, le système CIE Lab qui en est proche mais construit plus mathématiquement a de plus en plus tendance à le remplacer dans les systèmes colorimétriques avancés.

Les couleurs décrites par ces systèmes sont des lumières et quand les teintes sont dues à des pigments, leur couleur dépend de l’éclairage.

Des couleurs qui se confondent sous un éclairage d’une température de couleur donnée pourront paraître différentes sous un blanc d’une autre température.

Exemple  : Un pigment bleu de phtalocyanine ( pigment synthétique employé dans l’industrie ) peut se confondre avec un pigment bleu de Prusse à la lumière d’une bougie, température de couleur 1 850 K, leur couleur est différente sous un éclairage du type lumière du jour température de couleur 5 500 K

Des éclairages luminescents, basés sur les tubes fluorescents ou les LED, peuvent éclairer avec une couleur métamère d’un blanc de corps noir, alors que leur spectre ne présente que des raies, peuvent ainsi rendre indistincts des tons qui apparaissent différents sous d’autres lumières, et différents d’autres qui ne se distingueraient pas autrementnote .

Connaissance des couleurs

La divergence persistante entre les modèles basés sur la réflexion sur la perception éduquée des artistes, tels que ceux de Goethe et de Hering, et un modèle trichrome basé sur la réponse à des stimulus aussi simplifiés que possible, n’était pas satisfaisante, et des recherches ont poussé l’étude de l’appareil visuel.

L’analyse trichrome rend compte de l’action de la lumière sur les capteurs la rétine, permet la synthèse de la couleur, mais elle ne rend pas compte du traitement de l’influx nerveux et, avant même de passer dans le nerf optique, les décharges nerveuses des cônes sont regroupées et converties en signaux de somme et de différence situant la perception sur les axes de clarté, d’opposition rouge-vert et d’opposition bleu-jaune.

Helmholtz formait l’hypothèse que le cerveau formait, à partir des influx nerveux représentant imparfaitement les objets du monde environnant, des hypothèses basées sur l’expérience, qu’il cherche ensuite activement à confirmer et cette activité de recherche inconsciente repose sur des hypothèses habituelles, par exemple, que la couleur d’un objet ne change pas, ou bien que la structure régulière d’un carrelage se répète invariablement, quel que soit l’éclairage.

Constance de couleur

Les procédures de la colorimétrie permettent d’affirmer que, dans un environnement bien défini, une couleur est perçue comme identique à une autre, hors du laboratoire, le rapport entre le rayonnement lumineux qui arrive à l’œil et la vision des couleurs est bien plus distendu, l’ être humain attribue une couleur à un objet, et la reconnaît dans des conditions d’éclairage très variées, un objet beige reste beige au soleil et à l’ombre et du soir au matin, comme à celle de la bougie à celle la lumière du néon pourtant la lumière qu’il renvoie vers la rétine varie considérablement et ce phénomène de constance de la couleur d’un objet montre que le système visuel reconnaît l’influence de la lumière et en déduit le spectre d’absoption de l’objet dont l’approche écologique de la perception visuelle reconnaît dans cette capacité un avantage dans l’interaction de l’être humain avec son environnement ( Thompson 1995 ).

Adaptation

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Traitées par le cerveau, les influx nerveux visuels participent à un système cognitif, se comparent aux traces laissées dans la mémoire, provoquent une série de réactions et se condensent en l’identification d’une couleur à une structure, pour former un tableau cohérent, c’est ce qui permet par exemple d’attribuer la même teinte à deux parties d’un même objet, l’une à l’ombre et l’autre à la lumière, alors que, du point de vue de la colorimétrie, elles ne sont pas de la même couleur.

Interaction des couleurs

Chevreul, expérimentant avec des cartons échantillons de couleurs au XIXéme siècle avait mis en évidence la loi du contraste simultané des couleurs et les expériences pédagogiques décrites par Albers dans son Interaction des couleurs montrent que dans une image complexe, la perception de la couleur, y compris sa clarté, dépend des teintes environnantes et ne comportent pas d’éléments qui orientent le système visuel vers la compréhension des variations de couleur comme des variations d’éclairage.

Variations de la perception

D’après l’hypothèse Sapir-Whorf, le lexique des couleurs organise la perception des couleurs, le langage et la culture sont à l’origine des notions de couleur et des ethnologues comme Roger Brown ont montré une corrélation entre termes de couleur et perception et mémoire de la couleur.

Captation et restitution des couleurs

Reproduction du spectre lumineux

Le seul procédé connu de captation et de restitution du spectre de la lumière, sans référence à la perception visuelle colorée humaine, est la photographie interférentielle de Gabriel Lippmann ( 1891 ), onéreuse et de mise en œuvre contraignante.

Procédés polychromes

Les systèmes de captation et de restitution des couleurs à partir de couleurs fondamentales fonctionnent à partir des principes qui fondent la colorimétrie selon des modalités permettant une reproduction approximative, mais efficace des couleurs, pour la photographie en couleur, la trichromie est universellement utilisée et des filtres séparant le spectre en trois parties précèdent ou se combinent à la partie sensible.

La restitution exige au moins trois couleurs fondamentales non complémentaires entre elles mais il n’est pas nécessaire qu’elles soient celles de la captation, et souvent ce n’est pas le cas car les limites de la reproduction sont celles, combinées, de la captation et de la restitution, si toutefois des traitements ne sont pas intervenus entre les deux, déplaçant par exemple le point de compromis entre bruit de fond et saturation des couleurs.

Captation d’une image colorée

Le spectre lumineux est divisé en trois zones, une bleue, une verte, et une rouge et pour chaque point lumineux, on crée trois valeurs, correspondant à chacune de ces composantes puis pour décomposer la lumière, deux méthodes sont possibles :

  • La soustraction successive utilisée en photographie argentique couleurs, par des colorants sensibilisateurs, et en vidéo, par des prismes dichroïques et opère en deux étapes, une première séparation utilise la zone de rayonnement bleu et transmet le reste et une seconde séparation utilise la zone de rayonnement verte et transmet le reste rouge.
  • La mosaïque de points utilisée dans la photographie autochrome, en photographie numérique et en vidéo monocapteur, la surface sensible est divisée en éléments, chacun muni d’un filtre correspondant à une zone du spectre.

Synthèse additive

La synthèse additive consiste à produire les couleurs par l’addition, dans des proportions bien choisies, de lumières provenant d’au moins trois sources dont les couleurs sont choisies pour répondre au mieux à cet objectif.

Exemple – écran d’ordinateur  : Les écrans sont constitués d’éléments lumineux trop proches les uns des autres pour qu’on les distingue individuellement, capables d’émettre une couleur primaire avec l’intensité déterminée par les instructions de la machine et si les deux composantes verte et rouge d’un écran électronique sont allumées, les couleurs des éléments associés ( juxtaposés ) se superposent, 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.

Ces lumières, appelées primaires, ne sont pas en général monochromatiques mais elles pourraient l’être, leur composition spectrale exacte dépend des moyens physico-chimiques de les obtenir, doivent être suffisamment saturées, la synthèse ne peut en effet rendre que des couleurs moins saturées que ses primaires, toutes les couleurs possibles se trouvent, dans le diagramme de chromaticité, à l’intérieur du polygone déterminé par la position des primaires, les 3 couleurs primaires sont généralement un rouge, un vert et un bleu et ily a en effet tout intérêt à ce qu’elles soient proches de celles de la photographie, puisque les couleurs situées hors de l’intersection des deux triangles dans le diagramme de chromaticité sont inaccessibles.

Le blanc se compose d’une quantité généralement inégale de ces primaires.

Exemple – Le blanc du modèle YUV  : Dans ce modèle, utilisé en télévision, le blanc est composé de 29,9 % de rouge, 58,7 % de vert et 11,4 % de bleu.

Bichromie

L’un des 500 brevets déposés par Edwin H. Land, créateur de la photographie instantanée Polaroïd concerne un procédé de restitution des couleurs à partir de seulement deux couleurs de base.

Deux vues sont prises de la même scène, la première, prise à travers un filtre laissant passer les longueurs d’ondes inférieures à 590 nm, est projetée en lumière blanche, la seconde, prise avec un filtre laissant passer les longueurs d’ondes supérieures à la même limite, est projetée en lumière rouge, physiquement, les lumières projetées ne contiennent que du rouge plus ou moins mélangé de blanc, pourtant, tous les observateurs croient voir aussi du vert, et certains même du jaune (sur des objets qu’ils savent jaunes), c’est une application de la loi du contraste simultané des couleurs et ce brevet, à la différence de beaucoup d’autres inventions de Land, n’a débouché en pratique sur aucune réalisation.

Un autre procédé, utilisable pour des tons chair, transmet le bleu sous la forme d’une teinte de fond constante, comme les autres couleurs ne sont pas en général saturées, et que le bleu pur est moins lumineux que le vert et le rouge, on arrive, pour des images pas trop contrastées, à une reproduction défendable des couleurs, bien que les ombres soient nécessairement bleuâtres et ce principes a été utilisé pour l’affichage par LEDs avant que celles-ci ne soient disponibles avec la couleur bleue.

Synthèse soustractive

Dans la synthèse soustractive, le spectre lumineux est divisé en trois zones, une bleue, une verte, et une rouge et se fait par retrait d’une proportion de chacune de ces parties du spectre, soit, en transparence, de la lumière blanche par des filtres, soit, en réflexion diffuse, par des pigments sur un support blanc, éclairé par une lumière blanche et plus on ajoute de pigments, plus on absorbe de lumière et plus le mélange s’assombrit

    

Les couleurs constitutives du système de synthèse soustractif sont appelées couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif et contrairement aux couleurs de la synthèse additive, elles doivent laisser passer une large bande de longueurs d’onde.

La synthèse soustractive à partir de colorants ne permet pas d’obtenir l’ensemble des couleurs visibles par l’œil humain, cependant, les spectateurs sont plus sensibles à l’exactitude des teintes peu saturées, comme les tons chair, qu’à celles des couleurs très vives.

On produit du noir par mélange des trois fondamentales en photographie mais en imprimerie, la quadrichromie, avec une encre noire comme quatrième couleur, est préférable.

Une qualité de reproduction supérieure s’obtient en augmentant le nombre de couleurs fondamentales, l’hexachromie en utilise cinq plus le noir, si ces couleurs sont prises en dehors de celles qui peuvent être rendues par les trois premières, elles étendent le champ chromatique possible, on peut aussi choisir des pigments de teintes pâles mais en général l’imprimerie ne mélange pas les pigments mais les juxtapose dans des trames de pointsnote, lorsque les couleurs sont pâles, les points, plus petits, deviennent plus visibles, des pigments plus pâles permettent de grossir les points, avec une trame moins visible et c’est pour cette raison que des imprimantes à jet d’encre ajoutent deux à cinq teintes pastel aux 3 fondamentales.

Signification des couleurs

Codes de couleurs

La perception des couleurs par la plupart des personnes permet leur usage dans des signaux, on restreint le nombre des nuances à un répertoire suffisamment étroit pour permettre une identification sans ambiguïté dans la plupart des circonstances et on distingue 11 champs chromatiques, c’est à peu près le nombre maximal de couleurs qui peuvent servir à un code qui soit accessible à tous.

Les signaux lumineux de circulation et le code de couleurs des alarmes sont réduits à trois teintes, rouge, orange et vert sur les routes, plus le blanc dans la signalisation ferroviaire en France, rouge, vert et blanc pour le feux maritimes, et le code international des signaux maritimes en utilise cinq, le blanc, le noir, le rouge, le bleu, le jaune.

Le code des couleurs des résistances atteint 12 couleurs mais qui ne peuvent pas se trouver dans un ordre quelconque, les valeurs correspondantes étant prises dans une table et cette redondance permet de limiter les ambiguïtés, celui de l’identification des fluides dans les tuyauteries comporte en tout 20 couleurs conventionnelles.

Une carte géographique utilise des couleurs conventionnelles pour indiquer la nature du terrain, de la végétation, du relief, et les entités politiques dont un théorème fameux énonce qu’il suffit de quatre couleurs pour faire en sorte que deux entités qui ont une frontière commune ne soient jamais de la même couleur.

Fausse couleur

Les technologies d’Imagerie satellite et d’imagerie médicale peuvent, en fonction de leur usage, observer des fréquences différentes de celles perçues par l’œil humain, par exemple l’infrarouge, par calcul, les couleurs de ces images peuvent ensuite être retouchées, pour afficher avec une couleur visible les données collectées dans la partie invisible du spectre, on parle alors de fausse couleur ou de pseudocouleur.

Symbolisme de la couleur

Des historiens, sociologues, ethnologues et psychologues ont étudié l’influence des différentes couleurs, en tant que symboles associés, dans les différentes cultures, à des éléments importants de l’activité et de la psyché humaines.

Les couleurs en général, en ce qu’elles s’opposent à la grisaille autant qu’à la lumière et à l’obscurité, et nécessitent des efforts particuliers pour leur obtention, se relient souvent à la dépense, à la fête et au luxe et par opposition, l’écru, le blanc, le noir peuvent se relier au renoncement, comme chez les moines, et au deuil.

Le rouge ou orangé est la couleur par excellence, les civilisations qui ont le moins de termes pour la couleur ne connaissent que trois catégories, le blanc, le noir et le rouge ( ou coloré ) et ces 3 classes archaïques de couleur s’associent respectivement aux fonctions religieuse, productive et guerrière du système de pensée indo-européenne qu’on retrouve dans nombre de drapeaux nationaux de cette région.

On associe généralement les couleurs proches de l’orange à la chaleur, et celles proches du bleu au froid.

Chacune des couleurs principales d’un champ chromatique a des associations plus ou moins généralisées à travers les cultures et dans un débat artistique prolongé, la couleur s’est opposée, du XVéme siècle au XIXéme siècle, au dessin et, dans cette Querelle du coloris, la couleur représente, par synecdoque, la sensualité, tandis que le dessin signifie la rigueur intellectuelle.