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La colorimétrie

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La colorimétrie est la discipline psychophysique qui se donne pour objectif la mesure de la couleur. Elle relie des mesures physiques effectuées sur la lumière aux perceptions colorées.

La lumière est un rayonnement électromagnétique qui ne peut se décrire complètement que par son spectre ; mais il suffit de trois grandeurs numériques dérivées de mesures du spectre lumineux pour repérer la couleur de sorte qu’on puisse effectuer, à propos des lumières en question, des comparaisons de couleur valides sans les voir1.

La colorimétrie appuie l’examen visuel dans tous les cas où une constatation objective est souhaitable, comme dans le contrôle de qualité des peintures, vernis et teintures ; dans le règlement des litiges entre fournisseurs et clients, ou entre fabricants pour des questions de modèles ; et aussi dans le cas ou une précision supérieure à celle de l’évaluation visuelle est nécessaire, comme en chimie ou, plus récemment, dans le suivi de la maturation des fruits sur l’arbre.

La colorimétrie de base, étudiant la réaction humaine à des stimulus lumineux isolés, a été développée à partir du milieu du xixe siècle. Les études colorimétriques se sont poursuivies avec l’étude plus complexe des écarts de couleur, de l’adaptation visuelle et de l’interaction des couleurs, et des caractères visuels plus complexes comme la transparence, le brillant, le nacré, dont la perception est inséparable de celle de la couleur.

La couleur est la perception visuelle humaine de la répartition spectrale de la lumière. Cette répartition spectrale est extrêmement complexe : il y a, entre les longueurs d’onde extrêmes de 400 et 700 nm, autant d’intermédiaires qu’on veut, et pour chacune, autant d’intensités lumineuses possibles. Mesurer la couleur semblerait une tâche impossible, si les artistes et teinturiers n’avaient, depuis la Renaissance au moins, remarqué qu’avec seulement trois teintes bien choisies, on peut reproduire une énorme quantité de teintes. Newton, au xviie siècle, énonce que la lumière blanche est un mélange de couleurs. Au xviiie siècle, Thomas Young formule l’hypothèse que l’œil possède trois types de récepteurs ; un siècle plus tard, James Clerk Maxwell remarque qu’on peut, en mélangeant trois lumières de couleurs bien choisies dans des proportions appropriées, produire une lumière de même couleur qu’une gamme très étendue.

Partant de cette constatation, et des travaux de Helmoltz, des systèmes de mesure de la couleur ont été progressivement mis au point. La constitution de la Commission internationale de l’éclairage en 1913 a permis, en 1931, l’adoption de normes pour ces systèmes, constamment perfectionnés depuis.

Stimulus
En colorimétrie, on compare des mélanges de lumières colorées aussi isolées que possible des autres sensations visuelles afin de s’affranchir des complexités des interactions de couleurs. Ces mélanges sont des stimulus au sens de la psychophysique.
Arithmétique des couleurs
On suppose, par des postulats dits lois de Grassmann et d’Abney que les sensations lumineuses sont linéaires, ce qui permet de faire toutes les opérations arithmétiques sur les proportions de lumières mélangées.
Combinaison de couleurs primaires
On constate que toutes les couleurs, quel que soit leur spectre physique se perçoivent identiquement (voir couleur métamère) à une combinaison d’addition ou de soustraction de seulement trois lumières choisies arbitrairement, pourvu qu’on ne puisse reconstituer la troisième à partir des deux autres. Les systèmes optiques peuvent seulement ajouter les lumières, la soustraction est une opération intellectuelle ultérieure. Si Lumière X + p3 × Primaire 3 = p1 × Primaire 1 + p2 × Primaire 2, le postulat de linéarité permet d’écrire Lumière X = p1 × Primaire 1 + p2 × Primaire 2p3 × Primaire 3. Toutes les couleurs peuvent donc se définir par trois valeurs.
Chromaticité
On suppose que la couleur est une propriété indépendante de la luminosité, et on l’appelle chromaticité2.

Aucune de ces méthodes et définitions ne correspond exactement à la vision humaine ; elles ont l’avantage de permettre une approximation généralement appelée colorimétrie de base, plus tard raffinée avec la colorimétrie des différences de couleur, qui prend en compte les écarts à la linéarité de la vision humaine, donnant plusieurs espaces colorimétriques.

Parallèlement, se basant également sur des études psychophysiques, des savants et des praticiens ont établi des systèmes de description de la couleur basés sur la comparaison avec des échantillons réunis dans des catalogues. Albert Henry Munsell, se basant sur le cercle chromatique bien connu des artistes peintres, et tentant d’obtenir un écart perceptuel constant entre ses échantillons, crée son nuancier en 1909. Plus récemment, la compagnie Pantone diffuse un nuancier de 1000 teintes, permettant aux professionnels de communiquer des repères de couleur. Ces catalogues ne sont pas à proprement parler des systèmes colorimétriques : leur usage repose sur l’appréciation visuelle par une personne de la proximité de la teinte à référencer ; mais ils sont d’un usage courant chez les professionnels des arts graphiques, en raison de leur adéquation à leurs besoins.

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