IRC : Indice de Rendu des Couleurs

Introduction

L'IRC (Indice de Rendu des Couleurs et appelé Color Rendering Index - CRI - en anglais) est un indice qui permet de mesurer la propension d'une source lumineuse à bien rendre les couleurs. L'étude du rendu des couleurs a été initiée par la Commission internationale de l’éclairage (CIE) en 1948.

Le développement de sources fluorescentes a amené la CIE en 1963 à développer une nouvelle méthode basée sur la comparaison entre un éclairage dû à la source étudiée par rapport à une source servant de référence. La moyenne des différences évalue les distorsions colorimétriques : il s'agit de l'indice CIE de rendu des couleurs (IRC).

Cette méthode est résumée dans la CIE 13.3 : 1995 (qui a corrigé des erreurs d'impression de la publication CIE 13.2:1974 et adapté la mise en pratique informatique).

Enfin, la norme FD X 08-018 du 2 Octobre 2013 "définit de manière détaillée l’évaluation d’un indice de rendu des couleurs (IRC) des sources d’éclairage par la méthode CIE des couleurs-tests."

Domaines d'application de la norme FD X 08-018

"Le document s'applique à l'ensemble des sources de lumière utilisées en éclairage domestique, en éclairage de vitrines, en éclairage urbain, en éclairage des terrains de sport, pour les cabines de lumière, etc. Ces sources sont en particulier les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes, les lampes électriques à décharge dans les gaz, etc. Le document s’applique également aux répartitions spectrales des illuminants représentant divers types de lampes et aux modifications apportées artificiellement à la lumière naturelle. Le document pourrait s’appliquer aux sources utilisant des diodes électroluminescentes (LED), mais il est connu que les résultats obtenus en ce cas ne sont pas toujours en accord avec les observations visuelles."

Calcul

Le principe de calcul est simple :
1) des couleurs et une source de référence sont définies par la CIE 13.3 : 1995 et la FD X 08-018
2) le spectre de la source étudiée est mesuré (seule mesure à effectuer)
3) les rendus des couleurs sur les échantillons de couleurs définis, d'une part par la source de référence et d'autre part par la source étudiée sont comparés pour déterminer l'IRC

Voici le schéma de principe :

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Les couleurs-tests de surface

15 couleurs tests ont été définies :
- les 8 premières correspondent à des couleurs de saturation modérée et de clarté moyenne semblable,
- 6 couleurs ont ensuite été ajoutées pour des applications particulières, d'une part avec des couleurs plus saturées et d'autre part avec des couleurs spécifiques (chair type européen et vert forêt),
- Enfin, une quinzième couleur représentative de la teinte chair asiatique a été également précisée

Pour chaque couleur-test, un indice spécifique de rendu de couleur peut être calculé. L’indice général de rendu des couleurs Ra quant à lui est la moyenne arithmétique des indices particuliers pour les 8 premières couleurs-tests. Les 6+1 autres couleurs-tests peuvent être utilisées pour des indices spéciaux.

Voici un aperçu de ces couleurs :

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Tous les paramètres de ces couleurs (références de Munsell, diagramme CIE 1931 et valeurs pour les longueurs d'onde comprises entre 360 et 830 nm par pas de 5 nm) sont précisés dans les annexes de la norme FD X 08-018.

Les sources de référence

La méthode précisée dans CIE 13.3 : 1995 et reprise par la FD X 08-018 définit précisément le détail des sources de référence qui se divisent en deux (plus un troisième cas impossible) :
- Si la température de couleur proximale de la source étudiée est inférieure à 5 000° K, la source de référence sera choisie parmi les sources thermiques représentées par les radiateurs de Planck (corps noir).
- Si la température de couleur proximale de la source étudiée est comprise entre 5 000° K et 25 000° K, la source de référence sera choisie parmi les illuminants lumière du jour.
- Si la température de couleur proximale de la source étudiée est supérieure à 25 000° K, la méthode n'est pas adaptée.

De plus, les sources de référence doivent avoir une chromaticité voisine de celle de la source étudiée, ce qui pose des difficultés car plusieurs sources peuvent correspondre : ceci peut être résolu en prenant une température de couleur arrondie (par exemple 5000°K, 5050°K, 5100°K....).

Des formules de calcul sont précisées dans la norme FD X 08-018 pour toutes ces sources références, ce qui permet aisément de réaliser une modélisation informatique.

La mesure de la source étudiée

La répartition spectrale de la source étudiée doit être mesurée à l'aide d'un spectroradiomètre (voir spectrophotomètre). C’est la seule mesure qui doit être réalisée, tout le reste correspondant à des données fixées par la méthode, voir plus haut. La précision des mesures est déterminante pour l'exactitude de l'IRC, et la norme préconise des mesures au minimum de 380 nm à 780 nm avec un pas de 5 nm.

Voici à quoi peut ressembler par exemple un résultat pour les LED. Bien noter que le R9 n'est pas pris en compte dans le Ra (qui est la moyenne des 8 premiers échantillons) donc le mauvais rendu du rouge ne sera pas pris en compte dans l'IRC.

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Critiques

Pour certaines sources lumineuses, l’IRC ne correspond pas à la perception visuelle. En effet, l'apparition récente de nouvelles sources (LED et OLED par exemple) a généré de nouveaux types de spectres qui n'avaient pas été prise en compte lors de la définition de la méthode. Or, comme les couleurs tests sont limitées, si la source a un spectre discontinu dont les valeurs maximum tombent à côté des valeurs de référence, l'IRC pourra être mauvais alors que globalement la perception des couleurs sera bonne. Inversement, dans certaines situations, l'IRC pourra être bon mais certaines couleurs très mal rendues. De même, pour une même valeur d'IRC, les rendus suivant les couleurs peuvent varier de manière très importante.

De plus, l'exigence augmente en ce qui concerne les problèmes d'éclairage, ce qui se répercute sur le rendu des couleurs qui n’apparaît pas assez précis pour certaines applications.

De nouvelles méthodes sont donc développées régulièrement (voir CIE 177:2007 qui recommande le développement d'un nouvel index de rendu des couleurs) mais aucune n'a encore obtenu un consensus international. Toutefois, la méthode développée par l'IES - Illuminating Engineering Society - appelée TM-30-15 et datant de 2015 commence à être maintenant largement diffusée. Elle a les caractéristiques suivantes :
- elle prend en compte 99 échantillons de référence pour le calcul de l'indice de référence Rf (au lieu des 8 du Ra de l'IRC)
- elle a des sources de référence continues suivant les températures de couleurs (au lieu des 3 de l'IRC - voir ci-dessus -, qui engendrent des distorsions aux limites)
- elle propose également une représentation graphique des résultats, ce qui est bien plus riche en terme d'informations
- enfin, elle propose plus de détails dans les résultats en indiquant notamment un indice de Gamut (Rg, qui représente la saturation) mais également des détails sur le rendu de couleurs précises (rendu de la peau ou 16 groupes de différentes couleurs).

ImportantL'IRC est une méthode imparfaite mais relativement sûre pour des applications générales. Elle très répandue pour déterminer les propriétés de rendu des couleurs des sources lumineuses mais depuis mi 2017 et la publication de la CIE224 :2017 (Colour Fidelity Index for accurate scientific use), l'indice général de rendu des couleurs Ra de l'IRC et l'indice de référence Rf de la TM-30-15 cohabitent pour caractériser les possibilités d'une source lumineuse à bien rendre les couleurs.
Propositions d'améliorations de la méthode suivant la norme FD X 08-018
"- réduction du nombre d’illuminants de référence avec une proposition de 2 illuminants lumière du jour (D50 et D65) et de 4 radiateurs de Planck (températures de couleur de 2 700, 2 950, 3 450 et 4 200 K) ;
- méthode d'adaptation chromatique adaptée aux connaissances actuelles justifiant la réduction du nombre d’illuminants de référence ;
- remplacement des couleurs-tests Munsell trop peu saturées par des couleurs provenant de la charte MacBeth ;
- remplacement de l'espace chromatique CIE 1960 U* V* W* périmé, par l’espace chromatique du système CIELAB ;
- modification du principe d’évaluation de l’indice de rendu des couleurs par une moyenne des distorsions colorimétriques pour en tirer de meilleures informations.

mise à jour : 1 septembre 2017