Couleurs : théorie

Introduction

La couleur est une notion à la fois familière et complexe, subjective et objective, mesurable et sensible. Elle est présente dans l’éclairage essentiellement sous deux formes :
1. par le rendu des couleurs des objets éclairés qui est mesuré par un indice appelé IRC ;
2. par la qualité de la lumière émise, soit en lumière blanche avec des notions de température de couleur proximale ou d’ellipse de McAdam (→ voir SDCM), soit en lumière « colorée » pour certaines applications très spécifiques.

Cette notion de couleur a été théorisée depuis des siècles et en voici quelques éléments.

Théorie de la couleur

Il faut principalement retenir que la couleur est une sensation (perception de l’œil et traitement par le cerveau) qui dépend à la fois de l’objet éclairé, de la lumière éclairante et de l’observateur.

La couleur dépend donc :
– de la surface de l’objet éclairé (plus exactement des longueurs d’ondes absorbées),
– de la répartition spectrale de la lumière éclairante,
– des caractéristiques de l’observateur.

Voici un schéma récapitulatif du mécanisme.

couleur-mecanisme

Perception des couleurs : important

Pour percevoir une couleur, il est indispensable que cette couleur soit présente dans le spectre de la lumière éclairante.
→ Voir la page sur la performance du rendu des couleurs.

Traitement et modélisation

La définition et le mécanisme de fonctionnement étant posés, voici un éclairage sur les deux modes de production, les nombreuses modélisations et les repères (nuanciers) utilisés couramment.

Synthèse additive et soustractive

Deux modes de production s’offre à nous pour générer de la couleur :
– d’une part à partir de l’émission de lumière (lumière « colorée » ou écran), il s’agit de la synthèse additive (base de noir)
– à partir de pigments (peinture par exemple), il s’agit de la synthèse soustractive (base de blanc).

Ces deux modes sont opposés car le premier part du noir pour produire des couleurs plus claires et le deuxième part du blanc pour produire des couleurs plus foncées. Les couleurs primaires et secondaires sont propres à chaque mode.

  Synthèse additive Synthèse soustractive
Base Noir Blanc
Type de production Lumière Pigments
Couleurs primaires Rouge, Vert, Bleu Cyan, Magenta, Jaune
Couleurs secondaires Cyan, Magenta, Jaune Rouge, Vert, Bleu
Appareils Ecran  Imprimante
Mesure de la performance Gamut
Modélisation RVB CMJ ou CMJN

Synthèse additive : détails

La synthèse additive est celle qui est utilisée pour les écrans mais également pour l’éclairage général, → voir l’éclairage coloré statique et dynamique. La base est donc le noir. Trois couleurs de base permettent de créer un sous-ensemble de couleurs : ce sont les couleurs primaires en synthèse additive, il s’agit du rouge, du vert et du bleu (RVB). Les couleurs secondaires sont obtenues par combinaison en proportions égales des couleurs primaires : il s’agit donc en synthèse additive du cyan, du magenta et du jaune, → voir schéma ci-dessous.

L’addition de ces trois lumières colorées donne la lumière blanche et l’absence de lumière donne du noir.

Suivant la nature exacte des couleurs choisies, les appareils (comme les écrans) ne pourront produire qu’un sous ensemble défini de l’ensemble des couleurs possibles : il s’agit du gamut, → voir ci-dessous les espaces créés pour les machines.

Synthèse additive

Synthèse soustractive : détails

La synthèse soustractive est celle qui est utilisée dans la peinture par exemple ou les impressions papier, c’est-à-dire que la base est le blanc. Trois couleurs de base permettent de créer un ensemble de couleurs : ce sont les couleurs primaires en synthèse soustractive, il s’agit du cyan, du magenta et du jaune (CMJ). Les couleurs secondaires sont obtenues par combinaison en proportions égales des couleurs primaires : il s’agit donc en synthèse soustractive du rouge, du vert et du bleu, → voir schéma ci-dessous.

Suivant la nature exacte des couleurs choisies, les appareils (comme les imprimantes) ne pourront produire qu’un sous ensemble défini de l’ensemble des couleurs possibles : il s’agit du gamut, → voir ci-dessous les espaces créés pour les machines.

Synthèse soustractive

Modélisation (cercle chromatique, TLS, RVB, CMJ, diagrammes CIE)

La description des couleurs est une chose complexe et de nombreuses modélisations ont vu le jour avec un objectif principal : créer des modèles utiles dans notre pratique quotidienne de la couleur et correspondre à une approche intuitive de notre perception de la couleur.

Pour cela, trois qualités principales ont été définies pour décrire une couleur. Ces définitions varient suivant les modèles et la complexité du sujet impose la lecture d’ouvrages dédiés pour plus de détails. Voici des définitions générales de ces notions :
– la teinte (hue en anglais) : il s’agit d’une couleur « pure » qui est proche mais non superposable avec le spectre des couleurs visibles. Les teintes sont souvent représentées autour d’un cercle chromatique, → voir ci-dessous pour une illustration.
– la saturation : appelée également « pureté », il s’agit de l’intensité d’une teinte et correspond à la « distance » par rapport au gris.
– la luminosité : appelée également clarté, cette propriété correspond à l’apparence lumineuse d’une couleur. Si une couleur est sombre par exemple, sa luminosité sera faible. Cette notion se rapproche – sans être équivalent – de la luminance. Elle correspond à une « distance » par rapport au noir/blanc suivant les modèles.

Toutes les modélisations ci-dessous sont basées de manière différente sur ces trois concepts, → voir notamment le cercle chromatique et le modèle perceptuel TSL (Teinte, Saturation, Luminosité).

Cercle chromatique

Exemple de cercle chromatique avec les couleurs primaires et secondaires associées. Les teintes chaudes sont en haut et les teintes froides en bas. Cercle chromatique

TSL : Teinte Saturation Luminosité

Les modélisations les plus proches de notre « sensation chromatique » se nomment « perceptuels ». Le plus courant est le TSL (Teinte, Saturation, Luminosité, ) dont voici une représentation :

couleur-tsl

Les espaces créés pour les machines

Deux espaces ont été construits pour les machines correspondant aux synthèses additives et soustractives vues ci-dessus :
– le système RVB pour la synthèse additive qui correspond aux écrans. Le choix des trois couleurs primaires conditionne le gamut, → voir illustration ci-dessous.
– le système CMJ (ou CMJN avec le noir, c’est-à-dire la quadrichromie) qui est utilisé pour les imprimantes. Le noir est ajouté d’une part pour avoir un noir franc et d’autre part pour économiser les encres de couleurs. Le choix des trois couleurs primaires conditionne le gamut, → voir illustration ci-dessous.

Exemple de choix des couleurs sur Word en RVB et TSL :

RVB word TSL word

Exemple de gamut suivant le choix des couleurs primaires :

 couleur-gamut_point_e couleur-gamut_point_d65
Les espaces CIE

La CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) a établi en 1931 un premier diagramme de chromaticité très utilisé de nos jours :
– la forme de fer à cheval extérieur correspond au spectre visible avec les longueurs d’onde associées écrites en bleu ;
– la courbe noire au centre ainsi que les nombres associés correspondent à la couleur d’un corps noir dont la température est indiquée, → voir température de couleur ;
– les segments qui viennent couper cette dernière courbe proposent des lignes où la température de couleur proximale est identique.

couleur-cie_1931

Deux autres diagrammes ont vu le jour en 1976, le CIELAB et le CIELUV qui sont des diagrammes uniformes, c’est-à-dire que les coordonnées sont définies pour que des distances égales représentent aussi bien que possible, dans tout le diagramme, des intervalles égaux de discrimination des stimulus de couleur ayant même luminance.

CIELUV

couleur-cie_luv

CIELAB

couleur-cie_lab

Nuancier

Deux familles de nuancier sont utilisées couramment :
– depuis 1927, les nuanciers RAL présentent un panel de couleurs et sont très utilisés par des professions variées. Il existe trois collections : le RAL CLASSIC (très utilisé, environ 200 couleurs), le RAL DESIGN (plus de 1600 couleurs dont la codification s’appuie sur la trilogie Teinte/Saturation/Luminosité) et le RAL DIGITAL qui correspond à des logiciels qui peuvent représenter ces couleurs sur des écrans.
– les nuanciers Pantone proposent quant à eux des vastes palettes correspondant à des textures différentes comme le métal, le coton ou le plastique. La société américaine Pantone a inventé au début des années 1960 un nouveau système d’impression de la couleur en lieu et place de la quadrichromie (CMJN), ce qui lui permet de devenir une référence mondiale dans ce domaine.

RAL CLASSIC RAL DESIGN
RAL RAL design

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