Sensitométrie et Zone System

Résumé

C'est en 1890 que le Suisse Ferdinand Hurter et l'Anglais Vero Charles Driffield mirent au point les bases de la sensitométrie, introduisant une réponse scientifique à la relation exposition-noircissement. En 1939, après les travaux de Rockwell et Davenport, Ansel Adams et Fred Archer mirent au point le Zone System pour l'enseignement de la photographie. De nombreux adeptes du Zone System l'ont modifié depuis. Dans le Zone System il est défini 10 (±1) gris qui correspondent à des différences d'1 IL, et caractérisés par une série de termes qu'il convient de rappeler ici :

Zone 0	Zone I	Zone II	Zone III	Zone IV	Zone V	Zone VI	Zone VII	Zone VIII	Zone IX
Noir total.	Gris très sombre sans texture.	Gris très sombre avec de légères traces de texture.	Gris foncé où la texture est visible.	Gris soutenu laissant apparaître toutes les matières.	Gris moyen.	Peau d'un européen.	Gris très clair laissant apparaître toutes les matières.	Blanc avec de légères traces de texture.	Blanc total.

Ces zones permettent au praticien d'imaginer avant la prise de vue dans quel gris sera reproduite telle partie du sujet grâce à une série de mesures photométriques des luminances du sujet. Par une modification normalisée du développement standard du négatif, on parvient à déplacer un rendu imaginé dans une zone n dans une autre zone, plus foncée ou plus claire. Les adaptations d'exposition et de développement empiriques auxquelles presque tous les photographes de l'époque se livraient pour obtenir des négatifs tirables – il n'exista pendant longtemps qu'une seule gradation de papier – devenaient ainsi raisonnées.

Introduction

La méthodologie du Zone System impose d'effectuer un grand nombre de tests pour déterminer le développement standard et normaliser les développements modifiés. D'autre part, le changement d'un seul paramètre dans la chaîne de production de l'image entraîne une nouvelle série de tests pour en re-normaliser les étapes. Enfin il est pris en compte dans les tests de phénomènes non discutés, et dont les effets peuvent varier pour chaque prise de vue, et qu'il convient de maîtriser aussi. Si le Zone System tel qu'il est décrit (1) a pour but de libérer le praticien de toutes notions trop théoriques et mathématiques, nous nous proposons de faire le chemin inverse et de réunir la sensitométrie et les normes établies par les fabricants ou l'ISO. Nous ne doutons pas que les auteurs de cette méthode connaissaient parfaitement la sensitométrie, mais les rapports qu'elle a avec le Zone System sont occultés, à tel point que certains opposent sensitométrie et Zone System, alors que ce ne sont que deux moyens d'obtenir une même maîtrise de la reproduction des valeurs.

Choix des matériaux

La méthode nécessitant un traitement différencié pour chaque négatif convient essentiellement au travail en plans films, et donc avec des caméras techniques dont les facteurs de flare sont faibles (5). D'autre part, comme l'adaptation du traitement aux sujets n'est nécessaire que dans les cas où il n'est pas possible d'adapter l'éclairage, une telle méthode se prête spécialement aux prises de vues en extérieur, en lumière naturelle (lumière du jour). Notre choix s'est donc porté sur un film panchromatique de sensibilité moyenne (6). Nous avons utilisé le révélateur proposé par le fabricant dans une dilution 1+1 améliorant l'acutance. Le choix du papier s'est porté sur un support conventionnel baryté donnant des noirs profonds. La gradation 3 a été retenue à cause de la forme de sa courbe caractéristique proche de l'idéal. Enfin le révélateur positif a été sélectionné pour les hautes densités qu'il confère au papier choisi.

Matériaux

Film: Ilford FP-4 Plus 4 × 5" (2).
Révélateur film: Ilford ID-11 dilué 1+1 (3).
Papier: Ilford Multigrade FB (7).
Révélateur papier: Tetenal Neutraltyp (8).

Appareils

Appareil d'exposition: Caméra technique Sinar F1 avec obturateur Copal derrière l'objectif. Objectif Sinaron S 210 mm ƒ/ 5,6 MC.
Densitomètres: Mac Beth TD 903 Densités diffuses en statut M sous filtre bleu pour les négatifs. Mac Beth TR 927 Densités réfléchies sans filtre pour les positifs.
Agrandisseur: Omega D4 avec tête couleur Chromega D6 (lumière diffuse). Objectif Wollensak Graphic Raptar 138 mm ƒ/ 4,5.
Gammes de gris: Kodak Photographic Step Tablet N° 2.
Luxmètres: Minolta Auto-meter IV F avec Sinar Booster 1 sur la caméra, Gossen Panlux électronique et Gossen Lunasix 3 S avec dispositif Lab pour les tirages.
Thermocolorimètre: Broncolor FCC.

Exposition des films

Source lumineuse: Lampe halogène. Tc 3000 K.
Filtrage: Filtre de conversion Kodak Wratten 80A et filtres neutres Kodak Wratten série 96.
Luminations: Les sensitogrammes ont été obtenus par reproduction (m = 0.24) d'une gamme de gris constituée d'un carton noir percé de 4 ouvertures de 8 × 8 cm disposées en carré derrière lesquelles sont placés des filtres gris neutres et un papier calque. La première fenêtre ne contient pas de filtre, la seconde un filtre ND 0.3, la troisième un filtre ND 0.6, et la quatrième un filtre ND 0.9. Ce carton est éclairé par 1 lampe halogène placée 2 mètres derrière. Le film est exposé en deux moitiés pour obtenir une étendue des luminations de 7 IL. La première exposition se fait avec le filtre de conversion et avec des filtres neutres d'une densité de 1.2 derrière l'objectif, la seconde exposition se fait sans les filtres neutres. La mesure de la lumination est contrôlée et ajustée pour chaque exposition. La moitié du film qui n'est pas exposée est masquée par un carton noir placé juste devant le film. Après évaluation des résultats, l'éclairement mesurée dans la fenêtre sans filtre neutre était de 48 lux, la durée de la pose étant de 1/15 de seconde (LogH = 0.5). Le sensitogramme témoin a été obtenu par copie contact sur le film de la gamme de gris Kodak N°2 (tous deux placés dans le châssis) dans les mêmes conditions que précédemment en ayant remplacé le carton noir percé des 4 fenêtres par le seul papier calque. (LogH = 0.5).

Traitement des films

Durées: Mesurées depuis l'immersion dans la solution jusqu'à l'immersion dans le bain suivant.
Agitation: Continue pendant les 15 premières secondes. Puis toutes les 30 secondes un côté de la cuvette est soulevé de un centimètre et reposé, en tout 1 seconde. Les quatre côtés de la cuvette sont soulevés successivement. A la fin, le film est égoutté pendant les 10 dernières sec. du temps de traitement avant d'être immergé dans le bain suivant et agité comme précédemment.
Révélateur: Solution de travail préparée conformément aux instructions du fabricant (3) au moins six heures avant utilisation, puis dilué 1+1 juste avant usage; 20°C ± 0.25°.
Bain d'arrêt: Acide acétique à 4%; 20°C ±2°; 30 sec.
Fixage: Tetenal Rapid Fixiersalt; 20°C ±2°; double du temps de clarification, mais au max. 15 min.
Lavage: Eau courante à 20°C ±2°; 30 min. Quelques gouttes d'agent mouillant Kodak Photo-Flo sont ajoutées à la dernière eau de lavage.
Séchage: Circulation d'air à température ambiante.

Exposition des papiers

Luminations: La durée de tirage standard a été déterminée en mettant en contact le papier avec un film vierge développé et en exposant à l'aide de l'agrandisseur. Après évaluation des résultats, l'exposition retenue pour le tirage standard était de 6 secondes à 34 lux. (LogH = 2.3). Le sensitogramme témoin a été obtenu dans les mêmes conditions par copie contact de la gamme de gris Kodak N°2 sur le papier (sans film vierge développé). Le temps d'exposition a été fixé à 60 secondes. L'éclairement de 34 lux a été mesuré sur le plan du papier sans la gamme de gris. (LogH = 3.3).

Traitement des papiers

Eclairage inactinique: Vérification (annexe 1).
Durées: Mesurées depuis l'immersion dans la solution jusqu'à l'immersion dans le bain suivant.
Révélateur: Solution de travail préparée conformément aux instructions du fabricant juste avant emploi (8); 21°C ± 1°; 3 min.; agitation continue pendant les 15 premières secondes puis un retournement toutes les 30 sec. environ. A la fin, le tirage est égoutté pendant les 10 dernières sec. du temps de traitement avant d'être immergé dans le bain suivant.
Bain d'arrêt: Acide acétique à 4% ; 20°C ±2°; 15 sec; agitation constante.
Fixage: Tetenal Rapid Fixiersalt ; 20°C ±2°; 2 min. agitation constante.
Lavage: Eau courante à 20°C ±2°; 60 min.
Séchage: A l'air libre.
Aplatissage: En presse à chaud à 80°C ; 30 sec.

Méthode

Nous avons d'abord réalisé la méthode du Zone System comme décrite (1) jusqu'à l'obtention des conditions de travail présentant un résultat supposé correct, à savoir : Le temps de tirage standard c'est à dire lumination minimum du papier pour obtenir la Dmax. Le papier a été exposé (au travers d'un film vierge développé posé sur la feuille de papier afin de tenir compte de la densité optique du support et du voile chimique) par bandes successives recevant chaque fois le double d'exposition donnant les durées suivantes : 2; 4; 8; 16; 32 secondes, l'éclairement étant de 34 lux. Après interprétation des premiers résultats dans des conditions d'observation normalisées (annexe 2), une nouvelle série d'expositions de 4; 5; 6; 7; 8 secondes a été effectuée dans les mêmes conditions pour affiner le premier résultat. Dans les mêmes conditions d'observation on rechercha visuellement sur ce dernier échantillon la plage ayant reçu la plus faible exposition mais présentant la densité maximale en comparant cette gamme de gris à un échantillon du papier voilé et développé. C'est la plage ayant été exposée 6 secondes qui fut retenue. (LogH = 2.3). La sensibilité personnelle du film est la sensibilité à laquelle il faut utiliser le film pour qu'une mesure en zone I soit traduite par le premier gris différent du noir sur le papier lorsqu'on utilise le temps de tirage standard. Elle est déterminée par une succession d'essais où l'on fait varier l'exposition jusqu'à l'obtention du résultat souhaité lorsqu'on utilise le temps de tirage standard déterminé plus haut pour l'exposition du papier, dans les conditions d'observation normalisées mentionnées. (EI = 40). La durée de développement N est celle qui permet à une mesure en zone VIII d'être traduite par un blanc avec de légères traces de texture. Elle est aussi déterminée par une succession d'essais de durées de développement variées jusqu'à l'obtention du résultat souhaité lorsqu'on utilise la sensibilité personnelle du film et le temps de tirage standard déterminé plus haut, dans les conditions d'observation normalisées mentionnées (N = 8 min).
Dans un second temps, nous avons exploité les sensitogrammes obtenus à l'aide de la gamme de gris Kodak n°2 dans les mêmes conditions d'exposition et de traitement que celle trouvées plus haut pour :

Tracer la courbe caractéristique du papier (Fig. 1) et déterminer ainsi la densité maximum (Dmax = 2.20), la densité du support plus celle du voile chimique (Dmin = 0.02) et la densité maximum nette (Dmax-Dmin = 2.18); la lumination nécessaire pour obtenir une densité de 0.04 sur voile (logHa = 0.965); la lumination nécessaire pour obtenir une densité de 90% de la Dmax nette (LogHb = 1.94) et ainsi calculer l'étendue utile des luminations selon la norme ISO 6846-1983 (9) (E.U.L. = 0.97); l'étendue utile des densités (E.U.D. = 1.90); et enfin la lumination minimum pour obtenir la Dmax du papier (LogHc = 2.5).
Tracer la courbe caractéristique du film (Fig. 2) et déterminer la densité du support plus celle du voile chimique (Dmin = 0.08) et son gamma γ = 0.46).Nous avons ensuite localisé les 10 zones sur nos courbes caractéristiques film et papier. Il ressort de ces comparaisons ce qui est décrit au paragraphe résultats. Le facteur Callier pour notre agrandisseur a été mesuré au densitomètre d'agrandissement pour les films obtenus. La valeur de Q est très proche de 1.00 et ne modifie donc pas l'E.U.L. du papier. Si Q s'était écarté de 1.00, l'E.U.L. du papier aurait dû être multipliée par l'inverse de ce facteur en cas d'agrandissement. Les lumières diffuses (Flare Factor FF) n'ayant pas été prises en compte à dessein, il convient dans la pratique d'effectuer toutes les mesures avec un système TTL sélectif. C'est la seule méthode qui puisse tenir compte réellement des effets imprévisibles, variables et parfois localisés de la lumière diffuse lors de la prise de vue.Nous avons aussi développé une série de sensitogrammes exposés comme décrit plus haut à des durées égales à 40%; 50%; 70% 100%; 130%; 150%; 190%; 250% de la durée de développement standard N. Ainsi nous pouvions tracer une courbe gamma/temps pour mettre en relation et quantifier les modifications des durées de développement engendrant un déplacement d'une zone mesurée dans une autre zone souhaitée pour le résultat final.

Résultats

La relation entre les plages du Zone System et les courbes caractéristiques des films et des papiers donne ce qui suit : Dans la zone 0 c'est le noir total : C'est le 97% de la Dmax du papier. Sur le film, ce sont les densités comprises entre la densité du support + voile (0.08) jusqu'à 0.22 sur voile, soit une densité brute de 0.3.Dans la zone I on distingue une légère différence d'avec le noir total : Ce sont sur le film les densités autour de la densité 0.3. La lumination de ce point (LogHs = -1.6) permet de calculer la sensibilité du film (0.8/Hs = 35.7; EI = 40) selon la norme ISO 6-1974 (4). Pour le papier cette zone se trouve sur l'épaule de la courbe caractéristique, autour du 90% de la Dmax nette (D = 1.96), valeur justement fixée dans la norme ISO 6846-1983 (9) pour déterminer l'étendue utile des luminations d'un papier. Dans la zone V le gris moyen de densité 0.7 correspondant sur le film à une densité de 0.8. Dans la zone VIII une légère densité est encore perceptible. Sur le papier ce sont les densités autour de 0.04 sur la densité du support + voile, valeur justement fixée dans la norme citée pour déterminer l'étendue utile des luminations d'un papier, correspondant sur le film à une densité de 1.28. Dans la zone IX le blanc total, elle correspond au papier non exposé développé et fixé. Autrement dit c'est la densité du support + voile. Sur le film, la densité (D = 1.44) est trop élevée pour permettre un noircissement du papier lorsque l'exposition est suffisante pour les autres zones.

Fig. 1 : Courbe caractéristique du papier Ilford Multigrade FB gradation 3 (ISO R 100) développé 3 minutes dans Tetenal Neutraltyp 1+9.

Le point a correspond à la lumination au point de densité 0.04 sur la densité du support plus celle du voile chimique. LogHa = 0.965.
Le point b correspond à la lumination pour obtenir le 90% de la Dmax nette. LogHb = 1.94.
La différence entre les luminations des points a et b correspond à l'étendue utile des luminations Δ LogHb-a = 0.97.
Le point c correspond à la lumination minimum pour obtenir la Dmax. LogHc = 2.5.

Fig. 2 : Courbe caractéristique du film Ilford FP-4 Plus développé 8 minutes dans Ilford ID-11 dilué 1+1 et correspondance avec les zones.

La différence de densité ∆D = 0.98 correspond à l'étendue utile des densités du film. Cette différence permet de calculer l'étendue utile des luminations du papier (gradation) à l'aide du facteur Q.
La différence de densité ∆D = 0.24 représente l'écart de lumination entre le 90% et le 97% de la Dmax du papier (entre la fin de la zone 0 et la zone I). La lumination du film en ce point permet de calculer sa sensibilité utile pour ce papier. (LogHs = -1.6).

Discussion

Le choix des densités dans les zones I et VIII ont une importance décisive sur l'étendue utile du papier et par conséquent sur la reproduction des valeurs et sur la sensibilité utile du film. Par conséquent, les conditions d'observation du produit final doivent être bien normalisées (annexe 2). La différence entre les luminations produisant le 97% de la Dmax et le 90% de la Dmax nette du papier (∆D = 0.24) correspond à la densité nette du point qu'il faut utiliser pour calculer la sensibilité du film. La lumination nécessaire pour obtenir cette densité est plus élevée que celle fixée dans la norme pour obtenir la densité minimum exploitable (La densité nette du point de sensibilité est fixé à 0.1, alors que la différence de lumination à l'épaule se situe entre 0.2 et 0.7 LogH pour un grand nombre de papiers, ce qui implique une perte de sensibilité utile de 0.3 à 2 IL selon le papier utilisé et les conditions d'observation). La forme de l'épaule de la courbe caractéristique du papier a donc une influence décisive sur la sensibilité utile du film. Afin de pouvoir exploiter l'étendue totale des densités du papier, il faut généralement obtenir des négatifs dont les densités sont sensiblement plus élevées, donc plus fortement exposés qu'à l'accoutumée, ce qui revient à dire que la sensibilité utile d'un film donné est généralement diminuée par rapport à sa sensibilité nominale. Le contraste des négatifs reste normal, mais parfaitement adapté à l'étendue utile du papier, les temps de développement des films sont donc assez proches de ceux préconisés par les fabricants. L'étendue utile du papier correspond à celle que l'on trouve selon le calcul proposé par la norme ISO concernée. Le temps de tirage standard correspond à la lumination minimum pour obtenir le 97% de la Dmax dans les parties claires du négatif. Un papier dont l'épaule de la courbe caractéristique est courte autorise une sensibilité de film plus élevée, permettant de placer les ombres sur le pied de la courbe caractéristique du film assurant un bon échelonnement des valeurs, alors qu'un papier à épaule longue diminue la sensibilité utile du film et déplace les valeurs vers des densités trop élevées (ombres bouchées). La température de couleur de la source de lumière et plus encore la durée de l'exposition ont un effet déterminant et marqué sur le contraste et la sensibilité du film. Il faut donc porter une attention toute particulière à ces deux points.

Conclusion

Sensitométrie et Zone System sont en accord. Le vocabulaire et les méthodes changent, les intentions sont les mêmes. Le Zone System affranchit le photographe des connaissances théoriques et exploite au maximum les capacités des matériaux photographiques en prenant en compte les caractéristiques des appareils utilisés (Lumières diffuses ou Flare Factor, effet Callier, imprécisions absolues et relatives des appareils). Elle permet d'autre part de bien connaître son propre matériel et ses ressources, et de visualiser les possibilités des matériaux sensibles. La sensitométrie analyse séparément chaque caractéristique du matériel sensible et des appareils et rationalise les interventions ultérieures, elle permet donc d'arriver rapidement, mais par le calcul, à une efficacité identique. Grâce aux courbes caractéristiques, il est possible de modifier n'importe quel paramètre de la chaîne de reproduction sans devoir refaire tous les essais, mais uniquement ceux qui concernent le matériau modifié, et d'adapter les autres paramètres en fonction des résultats. D'autre part, comme on analyse séparément chaque élément qui influence le résultat, on acquiert une plus grande connaissance de leur rôle respectif.

Annexes

1. Test pour le contrôle de l'éclairage inactinique.

Placer dans l'obscurité un carton épais au milieu d'une feuille du papier à tester.
Allumer l'éclairage de laboratoire et laisser le montage le double du temps qu'il faut pour traiter une feuille (exposition + traitement) à l'emplacement habituel de travail.
Eteindre l'éclairage de laboratoire, puis enlever le carton et masquer la moitié de la feuille.
Exposer brièvement la moitié non masquée afin d'obtenir un gris moyen.
Développer la feuille dans l'obscurité.

Si la feuille présente une différence de densité entre la partie couverte par le carton et le reste, c'est que l'éclairage de laboratoire n'est pas adapté à la sensibilité du papier (puissance et/ou distance des lanternes, couleur ou qualité du filtre, fuites de lumière des lanternes, de l'agrandisseur, de la chambre noire).

2. Conditions normalisées pour l'observation des phototypes.

La perception visuelle d'un échantillon est influencée d'une part par l'état d'adaptation de l'œil, qui lui même dépend de niveau d'éclairement, et d'autre part par le champ environnant l'échantillon (10). Nos conditions d'observation – qui furent inspirées par la moyenne des conditions habituelles d'observation – sont les suivantes :

Eclairement 1'200 lx
Champ environnant D = 0.30 couvrant un angle de vision de plus de 60°, l'échantillon étant placé au centre de ce champ (11).

Remerciements

A Catherine Fumey pour sa patience, son soutien logistique et ses précieux conseils.
Aux maisons Ilford, Kodak S.A. Suisse et Ott & Wyss pour les documents techniques.
Au CEPV pour les appareils de mesures.

Références

P-E Baïda, P. Bertholdy, M. Cégretin; Le Zone Système; Les cahiers de la photographie; 1984.
Ilford; Ilford FP-4 Plus; document technique et notice d'emballage.
Ilford; Ilford ID-11; document technique et notice d'emballage.
ISO 6-1974 (F) Photographie - Détermination de la sensibilité ISO des émulsions photographiques négatives achromes (noir et blanc) à modelé continu pour la photographie picturale.
B. Leblanc; le Flare; Le photographe; mai 1987; pp 98.
P. Kowaliski; Théorie photographique appliquée; Masson et Cie; 1972; pp 46.
Ilford; Multigrade FB; Document technique.
La pratique du positif noir et blanc; Tetenal.
ISO 6846-1983 (F) Photographie - Papiers noir et blanc pour images à tons continus - Détermination de la sensibilité ISO et de l'étendue ISO.
P. Kowaliski; Théorie photographique appliquée; Masson et Cie; 1972; pp 35.
ANSI PH2.23-1961 Lighting Conditions for Viewing Photographic Color Prints and Transparencies.
Gabriel Fauré; Requiem; Carlo Maria Giulini; Philharmonia Chorus & Orchestra; Deutsche Grammophon; Polydor International GmbH, Hamburg 1986.

Bibliographie

ADAMS Ansel Easton: The negative; Boston Toronto London, Little, Brown and Company, 1994.
DOWDEL John J., ZAKIA Richard D.: Zone systemizer™ for creative photographic control (Dial and workbook); New York, Morgan & Morgan, 1973.
SANDERS Norman: Photographic tone control; New York, Morgan & Morgan, 1977.
WHITE Minor: Zone System Manual. How to previsualize your pictures; New York, Morgan & Morgan, 5e éd., 1967 / 1994.

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