Photographie couleur, approche théorique et pratique
Perception, analyse et synthèse des couleurs
Thomas Young expose en 1801 sa "Théorie de la vision trichromatique" selon laquelle il devait suffire de trois couleurs pour recréer toutes les couleurs. En 1807, il décrit ces trois couleurs comme violet, vert et rouge. Maxwell dans sa "Théorie de la vision colorée" (1859) a démontré qu'il est possible, à l'aide du mélange des faisceaux lumineux de trois sources dont les couleurs sont convenablement choisies dans le spectre, de faire apparaître à un observateur toutes les autres couleurs, selon la proportion entre les couleurs projetées.
Depuis les années soixante on sait que la rétine, la surface photosensible de l'œil, est composée d'une multitude de cellules réceptrices chacune sensible à l'une ou l'autre des trois couleurs principales du spectre visible (bleu, vert, rouge). Ces cellules sont appelées cônes. Leur maximum de sensibilité spectrale se situe respectivement à 425 nm pour le bleu, 535 nm pour le vert et 570 nm pour le rouge. Une autre famille de cellules photosensibles, les bâtonnets, est responsable de la vision en faible lumière, mais sans perception des couleurs.
L'analyse des couleurs d'un sujet, dans tous les procédés qui tentent de les reproduire, est basée sur la séparation -ou sélection- des couleurs du sujet en ses trois composantes de base : le bleu, le vert et le rouge :
| Couleur du sujet | BLEU | VERT | ROUGE |
|---|---|---|---|
| Noir | 0 | 0 | 0 |
| Blanc | 1 | 1 | 1 |
| Bleu | 1 | 0 | 0 |
| Vert | 0 | 1 | 0 |
| Rouge | 0 | 0 | 1 |
| Jaune | 0 | 1 | 1 |
| Magenta | 1 | 0 | 1 |
| Cyan | 1 | 1 | 0 |
| Orange | 0 | 0.5 | 1 |
| Bleu ciel | 1 | 0.6 | 0.4 |
La synthèse des couleurs est la recomposition de toutes les couleurs à l'aide des trois couleurs de sélection seulement :
La synthèse additive des couleurs met en œuvre le mélange de lumières colorées en bleu, vert et rouge qui, par leur mélange en parts égales, donnent le blanc. Comme chaque couleur représente un tiers du spectre visible, lorsqu'on superpose des lumières colorées deux à deux on obtient les couleurs secondaires (le bleu avec le vert donne le cyan, le bleu avec le rouge donne le magenta, le vert avec le rouge donne le jaune et les trois ensemble donnent le blanc). C'est le cas de la télévision projetée qui superpose trois images colorées sur un écran de projection.
Un écran de télévison ou d'ordinateur forme une image par la juxtaposition d'une multitude de minuscules points lumineux bleus, verts et rouges. L'intensité lumineuse relative entre des points bleus, verts et rouges contigus détermine la couleur locale; c'est une synthèse partitive. Il s'agit bien de mélange de lumières colorées, le mélange ayant lieu dans l'œil.
Synthèse additive
Projection de faisceaux lumineux colorés
bleu + vert = cyan ; bleu + rouge = magenta ; vert + rouge = jaune ; bleu + vert + rouge = blanc
La synthèse soustractive des couleurs met en œuvre des colorants jaune, magenta et cyan qui, par leur mélange en parts égales, donnent le noir. Chaque couleur absorbe une des trois couleurs principale du spectre visible (le jaune absorbe le bleu, le magenta absorbe le vert, et le cyan absorbe la rouge). C'est le cas dans les images photographiques en couleur ou lorsqu'on superpose des filtres colorés sur une table lumineuse.
La peinture ou l'impression tramée est à nouveau la juxtaposition de points colorés, mais cette fois-ci jaune, magenta et cyan, dont le rapport du mélange en un point donné définit la couleur locale; il s'agit aussi d'une synthèse partitive. Les couleurs ré-émises par différents pigments juxtaposés donnent lieu à un mélange à l'intérieur de notre œil qui fait apparaître les couleurs.
Synthèse soustrative
Filres colorés posés sur une table lumineuse p.ex.
jaune + magenta = rouge ; jaune + cyan = vert ; cyan + magenta = bleu; jaune + magenta + cyan = noir.
L'étoile des couleurs
Les trois couleurs primaires de chaque synthèse sont placées aux trois sommets d'un même triangle, les deux triangles étant disposés de telle sorte que deux couleurs diamétralement opposées soient complémentaires. Deux couleurs sont dites complémentaires lorsque leur mélange donne un gris neutre. Dans le schéma de la fig. 1, chaque couleur est le résultat, dans une synthèse ou dans une autre, du mélange de deux couleurs adjacentes.
Fig. 1) Etoile des couleurs
Structure élémentaire des surfaces photosensibles destinées à la reproduction des couleurs
La structure de tous les produits photographiques sensibles courants destinés à la reproduction des couleurs -à l'exception du procédé Polachrome déjà mentionné- répond élégamment à cette double exigence d'analyse puis de synthèse des couleurs :
Chaque support est constitué de 3 couches photosensibles distinctes superposées, respectivement sensibles au bleu au vert et au rouge. Cette structure simple permet la séparation des couleurs dans les trois couleurs de base. Toutefois, une des caractéristique inhérente aux couches photosensibles argentiques étant d'être sensible à l'ultraviolet proche et au bleu, il est nécessaire d'intercaler un filtre jaune entre la couche sensible au bleu, placée en surface, et les deux autres couches ne devant être exposées qu'au vert ou au rouge, filtre qui disparaîtra lors du traitement (Fig. 2).
Dans les traitements chromogènes, les produits d'oxydation du révélateur chromogène (formés uniquement aux endroits où a lieu le développement) agissent sur des molécules (appelées coupleurs) incorporées dans les couches sensibles, pour les transformer en colorants. C'est un coupleur formant le colorant jaune qui est intégré dans la couche sensible au bleu, un coupleur formant le magenta dans la couche sensible au vert, et un coupleur formant le cyan dans la couche sensible au rouge, conformément à la complémentarité des couleurs.
La coloration orangée des films négatifs couleur est due à la présence de coupleurs colorés qui formeront des masques lors du développement, masques qui visent à atténuer les absorptions parasites des colorants.
Dans le procédé Ilfochrome, les colorants sont intégrés dans les couches à la fabrication, puis détruits lors du traitement. Il s'agit du seul procédé chromolytique qui a été commercialisé.
Pour le détail des différents procédés, voir plus loin.
Les papiers couleur ont une structure légèrement différente qui ne modifie toutefois pas le principe général de la formation des couleurs.
| Couche sensible au bleu colorée en jaune après traitement | |
| Filtre jaune décoloré après traitement | |
| Couche sensible au vert colorée en magenta après traitement | |
| Couche sensible au rouge colorée en cyan après traitement | |
| Support |
Fig. 2) Coupe schématisée d'un film couleur
Notion de température de couleur
Newton à montré que la lumière blanche est le résultat du mélange de toutes les couleurs du spectre visible. Toutefois la notion de lumière "blanche" est relative, car apparaît blanche à notre œil toute lumière contenant les trois couleurs primaires bleu, vert et rouge dans un rapport non trop déséquilibré (E.H. Land "Théorie Rétinex"). Les films photographiques n'ayant pas cette propriété, il est nécessaire de compenser l'équilibre chromatique des diverses sources de lumière en ajustant la sensibilité chromatique des films.
La "coloration" d'une source lumineuse peut être exprimée par la température de couleur, qui est la température thermodynamique, exprimée en kelvin, à laquelle il faudrait élever le corps noir pour qu'il produise une lumière dont la répartition énergétique spectrale soit la même. Une température basse produit une lumière chaude, plus riche en longueurs d'ondes longues (rouge), alors qu'une température élevée produit une lumière plus froide, plus riche en longueurs d'ondes courtes (bleue) (Fig. 3).
| E% | |||||
| 100 |
|
||||
| 50 | |||||
| 0 | |||||
| 400 | 500 | 600 | 700 | nm | |
Fig. 3) Répartition spectrale de la lumière du jour (en blanc) et de la lumière artificielle (en orange)
L'équilibre de sensibilité chromatique des films destinés à la photographie en couleur est réalisé pour un nombre limité de températures de couleur, correspondant aux sources les plus fréquemment rencontrées dans la pratique. Pour ce qui est de la photographie, ces températures de couleur sont celles de la lumière du jour moyenne (5500 K) et la lumière artificielle des lampes tungstène (3200 K) (Fig. 4). Des filtres colorés, appelés Light Balancing Filters permettent de modifier l'équilibre chromatique des sources pour l'ajuster à celui du film utilisé.
| S% | |||||
| 100 |
|
||||
| 50 | |||||
| 0 | |||||
| 400 | 500 | 600 | 700 | nm | |
Fig. 4) Relation typique des sensibilités spectrales des trois couches d'un film couleur équilibré pour la lumière artificielle
L'effet de non-réciprocité
L'effet photographique relativement complexe résultant d'une exposition lumineuse H ne satisfait pas au simple produit de l'éclairement E par le temps t (H = E · t). Le niveau d'éclairement influence également l'efficacité de l'opération, donc le résultat photographique lui-même, quand bien même la lumination reste constante. Cet effet de non-réciprocité produit, sur un film noir et blanc, une modification de la sensibilité et du contraste. Dans le cas d'un film couleur, chaque couche a sa propre réponse à l'effet de non-réciprocité, ce qui induit des distorsions dans la reproduction des couleurs qui ne peuvent être compensées que dans une faible mesure par un filtrage au moment de la prise de vue. On trouve donc sur le marché des films couleur adaptés à des niveaux d'éclairements faibles ou forts selon les impératifs rencontrés au moment de la prise de vue.
Choix d'un film couleur
Le choix d'un film couleur, diapositif ou négatif, doit être guidé en premier lieu par le niveau d'éclairement, puis par la température de couleur, celle-ci pouvant-être corrigée, le cas échéant, à l'aide de filtres de conversion. Les films négatifs couleur pour niveaux d'éclairements faibles sont appelés films "type L" (Long) et les films négatifs couleur pour niveaux d'éclairements normaux sont appelés films "type S" (Short) en rapport avec les durées d'exposition correspondant à ces niveaux d'éclairements. Les films type L sont équilibrés pour une température de couleur de 3200 K, alors que les films type S sont équilibrés pour une température de couleur de 5500 K. Les films diapositifs couleur sont d'abord caractérisés par la température de couleur pour laquelle ils sont équilibrés : Films type A (lumière du jour ou "Daylight") pour la lumière du jour moyenne (5500 K) et film "type B" (parfois "T" pour "Tungsten") pour la lumière artificielle (3200 K). Les films type B sont adaptés à des niveaux d'éclairements faibles, alors que les films type A sont adaptés à des niveaux d'éclairements normaux (Fig. 5).
| Pose | Film | Lumière du jour (5500 K) | Lumière artificielle (3200 K) |
|---|---|---|---|
| t < 0.1 s | nég. | Type S | Type S (+ filtre 80A) |
| dia | Lumière du jour | Lumière du jour+ filtre 80A | |
| t > 0.1 s | nég. | Type L (+ filtre 85B) | Type L |
| dia | Type B+ filtre 85B | Type B |
Fig. 5) Tableau récapitulatif pour le choix d'un film en fonction de la durée d'exposition et de la température de couleur
(Les durées d'exposition sont données à titre indicatif, et les filtrages correspondent aux dénominations de Kodak)
Les tubes fluorescents constituent une famille de sources de lumière dont le spectre combiné ne permet pas une reproduction optimale des couleurs. Un allumage des lampes une dizaine de minutes avant la prise de vue permet d'en stabiliser l'équilibre chromatique. Des tests de filtrage de compensation (filtres CC, Color Compensator) sont recommandés lorsque la lumière de tubes fluorescents constitue une part prépondérante de l'éclairage de prise de vue et qu'une restitution correcte des couleurs est souhaitable (Fig. 6). Pour annuler l'effet de la variation de la luminance et du rendu chromatique pendant une période du courant alternatif, il est nécessaire d'adopter une durée d'exposition supérieure à 1/50ème de seconde. L'âge, la température de la pièce et les luminaires utilisés modifient également le rendu chromatique de la lumière émise par les tubes fluorescents (cf. l'article néon).
| Type de lampe fluorescente | Filtres CC | Correction d'exposition |
|---|---|---|
| Lumière du jour | 40 R | +2/3 de diaphragme |
| Blanc | 20 C + 30 M | +1 diaphragme |
| Blanc chaud | 40 B | +1 diaphragme 1/3 |
| Blanc chaud de luxe | 60 C + 30 M | +2 diaphragmes |
| Blanc froid | 30 M | +2/3 de diaphragme |
| Blanc froid de luxe | 20 C + 10 M | +2/3 de diaphragme |
| Non identifié | 10 C + 20 M | +2/3 de diaphragme |
Fig. 6) Tableau de filtrage pour divers types de lampes fluorescentes. (Ces valeurs sont données à titre indicatif)
Description des séquences du traitement des films couleur et rôles principaux des bains
Pour tous les films couleur, il n'existe que deux traitements, l'un pour les films diapositifs, l'autre pour les films négatifs. Les durées de traitements ne varient pas suivant le type de film, leur sensibilité ou leurs marques, au contraire, ils sont standardisés d'une marque à l'autre. Les traitements des films couleur sont extrêmement sensibles à de petites variations de durée, de température, d'agitation, ou de contamination. Il importe donc d'apporter une attention toute particulière à ces points afin d'assurer des résultats corrects et constants. Voir l'article approche chimique du développement chromogène pour plus de détails.
La séquence de traitement des négatifs couleurs (C-41)
- Révélateur chromogène : Développement des images argentiques négatives dans les couches du film (sélections) et, simultanément, formation des colorants aux endroits où a lieu un développement.
- Blanchiment : Réhalogénation de l'image argentique et du filtre jaune (CLS).
- Lavage : Elimination des substances contenues dans le blanchiment qui nuiraient au fixage.
- Fixage : Solubilisation des halogénures d'argent.
- Lavage : Elimination de l'argent solubilisé par le fixage et des substances contenues dans le fixage.
- Stabilisateur : Agent mouillant, tannage de la gélatine, stabilisation des colorants et des coupleurs.
La séquence de traitement des diapositives couleurs (E-6)
- Révélateur noir-blanc : Développement des images argentiques négatives dans les couches du film (sélections), mais aucune formation de colorants.
- Lavage : Elimination des agents développateurs noir et blanc.
- Inversion : Exposition (chimique) de l'argent non développé précédemment (images latentes positives).
- Révélateur chromogène : Développement des images argentiques positives précédemment exposées et formation des colorants aux endroits où a lieu un développement (images positives).
- Pré-blanchiment : Achèvement du développement chromogène, rinçage et préparation à l'action du bain suivant.
- Blanchiment : Réhalogénation de l'image argentique et du filtre jaune (CLS).
- Fixage : Solubilisation des halogénures d'argent.
- Lavage : Elimination de l'argent solubilisé par le fixage et des substances contenues dans le fixage.
- Rinçage final : Agent mouillant, tannage de la gélatine, stabilisation des colorants et des coupleurs.
Le traitement des diapositives couleur Kodachrome (K-14)
Ce traitement, destiné uniquement aux films Kodak Kodachrome, n'était effectué que par les laboratoires Kodak ou des laboratoires agréés. La particularité du procédé consistait en deux inversions physiques successives en lumière colorée, couleur correspondant à la sensibilité spectrale de la couche à inverser, chaque inversion étant immédiatement suivie par le développement chromogène de la couche dans un révélateur contenant le coupleur correspondant. Pour la troisième couche, celle sensible au vert, l'inversion était réalisée chimiquement pendant le développement chromogène lui-même. Haute saturation des couleurs et netteté élevée caractérisaient ce film.
Description des séquences du traitement des papiers couleur et rôles principaux des bains
Pour les papiers couleur, il existe un traitement pour le tirage des négatifs, et un traitement pour le tirage des diapositives. Ces traitements sont comparables respectivement au traitements C-41 et E-6.
Le procédé Ilfochrome est un procédé unique pour le tirage des diapositives qui est basé sur la destruction de colorants placés dans les couches lors de la fabrication, et non sur leur formation à partir de coupleurs.
La séquence de traitement des papiers couleur négatifs (RA-4)
- Révélateur chromogène : Développement des images argentiques positives dans les couches du papier et, simultanément, formation des colorants aux endroits où a lieu un développement.
- Blanchiment-Fixage : Réhalogénation de l'image argentique et solubilisation des halogénures d'argent.
- Lavage : Elimination des substances nocives et des halogénures d'argent solubilisés.
La séquence de traitement des papiers couleur positifs Ilfochrome (P-3)
- Révélateur noir-blanc : Développement des images argentiques négatives dans les couches du papier (sélections), mais aucune formation de colorants.
- Blanchiment : Réhalogénation des images argentiques et du filtre jaune (CLS) et destruction des colorants aux endroits où a lieu une réhalogénation (images négatives).
- Fixage : Solubilisation des halogénures d'argent.
- Lavage : Elimination des substances nocives et des halogénures d'argent solubilisés.
Technique de filtrage
Lors de la réalisation de tirages couleur, il est nécessaire de corriger les déséquilibres chromatiques introduits par des variations de traitement, de qualité de lumière et par les caractéristiques propres des papiers ou des masquages des films. Pour cela on agit sur l'équilibre chromatique de la source de l'agrandisseur à l'aide de filtres colorés.
Les agrandisseurs couleur sont équipés de trois filtres, jaune magenta et cyan, qui par combinaison, permettent d'obtenir toutes les couleurs en synthèse soustractive selon la règle suivante :
| JAUNE | MAGENTA | CYAN | Couleur obtenue |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | Jaune |
| 0 | 1 | 0 | Magenta |
| 0 | 0 | 1 | Cyan |
| 0 | 1 | 1 | Bleu |
| 1 | 0 | 1 | Vert |
| 1 | 1 | 0 | Rouge |
| 0 | 0 | 0 | Blanc |
| 1 | 1 | 1 | Noir |
La densité des filtres de tirage (filtres CP, Color Printing) étant mesurée dans la couleur complémentaire à celle du filtre, les facteurs de prolongation ne peuvent être déduits directement de la densité des filtres.
CP 30 M = filtre magenta dont la densité en vert est de 0.3, facteur de prolongation = 1.7
CP 30 Y = filtre jaune dont la densité en bleu est de 0.3, facteur de prolongation = 1.1
Les densités des filtres de même couleur s'additionnent, mais les densités de filtres de couleurs différentes ne s'ajoutent pas, c'est la teinte qui change. Le facteur de prolongation est le produit des facteurs de prolongation de tous les filtres :
CP 30 Y + CP 30 M = CP 30 R, facteur de prolongation = 1.87
CP 30 Y + CP 20 M = CP 20 R + CP 10 Y, facteur de prolongation = 1.65
Rappelons que le mélange des trois couleurs donne du gris :
CP 10 Y + CP 10 M + CP 10 C = ND 0.10
Ainsi donc, lorsque l'évaluation de la correction d'un essai a pour résultat la présence des trois couleurs, il faut soustraire la valeur la plus basse à toutes les couleurs pour supprimer la présence de la densité neutre, ce qui n'influence pas l'équilibre chromatique de l'ensemble mais diminue la perte de lumière due à la présence de cette densité neutre :
| Y | M | C | ||
|---|---|---|---|---|
| 40 | 60 | -- | Filtrage de l'agrandisseur | |
| + | -- | -- | 20 | Correction à apporter |
| = | 40 | 60 | 20 | Résultat |
| – | 20 | 20 | 20 | Suppression de la densité neutre (20) |
| = | 20 | 40 | -- | Nouveau filtrage (qui revient à retrancher CP 20 R) |
Lors du tirage à partir de diapositives (tirages directs) il est nécessaire de soustraire au filtrage de l'agrandisseur la couleur dominante sur l'essai -ou d'ajouter la couleur complémentaire-.
Lors du tirage à partir de négatif couleur, il faut ajouter au filtrage la couleur dominante sur l'essai -ou enlever la couleur complémentaire- (ce qui provoquera une diminution de la formation des colorant présent dans la couche de sensibilité spectrale complémentaire).
Glossaire
- Bain machine
- Solution contenue dans la machine ayant déjà été entretenue (par opposition à la solution de travail).
- Carry-over
- Transport de solution d'une cuve dans la suivante par la surface sensible traitée et les installations.
- CLS
- (Colloïdal Silver) Filtre coloré obtenu par dispersion d'argent dans la gélatine.
- Coupleur
- Molécule formant un colorant par réaction avec le produit d'oxydation de l'agent développateur (on dit aussi copulent).
- Cross process
- Développement d'un film dans une chaîne de traitement qui ne lui est habituellement pas destiné (traitement croisé: E-6 → C-41 ou C-41 → E-6).
- Filtres CC
- Filtres compensateurs de couleur dans les 6 couleurs BVRJMC pour neutraliser, lors de la prise de vue, les dominantes chromatiques introduites par les films et/ou les traitements et/ou les sources lumineuses par exemple.
- Filtres CP
- Filtres pour le tirage couleur dans les couleurs JMCR pour la correction des couleurs lors du tirage. Ces filtres n'ont pas les qualités optique requises pour être placés dans le faisceau de l'image optique. Il doivent être placés dans le tiroir à filtre de l'agrandisseur, en amont de l'image.
- Filtres de correction; conversion
- Filtres de couleur orangée ou bleutée pour neutraliser lors de la prise de vue les dominantes chromatiques introduites par le température de couleur des sources lumineuses (on dit aussi Light Balancing filters ou filtres LB).
- Kelvin
- Unité de température thermodynamique définie par le zéro absolu (0 K = -273°C) et le point triple de l'eau (273.16 K = 0.01°C)
- Limites d'action et de travail
- Différences maximum (négative et/ou positive), respectivement admissibles et non admissibles, entre les mesures de densités faites sur le sensitogramme de référence et celles faites sur les sensitogrammes de contrôles. Ces limites étant atteintes, la cause de l'écart doit être déterminée, respectivement, la production peut continuer ou doit être stoppée.
- Masque
- Copie, négative ou positive, d'une image photographique, destinée à lui être superposée en repérage exact pour en modifier les caractéristiques sensitométriques.
- Push/Pull process
- Modification de traitement visant à augmenter, respectivement diminuer, la sensibilité nominale d'un film dans le but de compenser une mauvaise exposition ou de modifier les caractéristiques du film, et en particulier son contraste (traitement poussé/retenu).
- Régénération
- Traitement des bains machines usagés en vue de leur réutilisation en tant que solution d'entretien.
- Sensitogramme de référence et de contrôle
- Bande de film préexposé par le fabricant et développé par lui, respectivement par l'utilisateur, pour contrôler l'état d'une chaîne de traitement par comparaison des résultats (cf. l'article "Limites d'action et de travail").
- Solution d'entretien
- Solution ajoutée au bain machine après qu'elle ait traité des surfaces sensibles, pour compenser la perte d'activité du bain.
- Solution de travail
- C'est une solution d'entretien fraîche, à laquelle on a ajouté du starter pour lui conférer les caractéristiques d'un bain machine (saisonnement).
- Starter
- Produit ajouté à la solution d'entretien pour la saisonner, c-à-d. lui conférer les caractéristiques et l'activité d'un bain machine.
- Turn-over
- Durée nécessaire au renouvellement complet du contenu d'une cuve par l'apport de solution d'entretien.
- Y;M;C;B;G;R
- Initiales des noms des couleurs en anglais (Yellow (jaune); Magenta; Cyan; Blue (bleu); Green (vert); Red (rouge)).