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Diagramme de chromaticité

Diagramme de chromaticité du système colorimétrique CIE XYZ (1931). Les couleurs sont indicatives, les écrans informatiques ne peuvent représenter qu'une partie des couleurs visibles.

En colorimétrie, un diagramme de chromaticité est une représentation cartésienne où les points représentent la chromaticité des stimulus de couleur[1].

ChromaticitéModifier

Article détaillé : colorimétrie.

L'objectif de la colorimétrie est de relier la mesure physique de la lumière et la perception des couleurs. Plus précisément, on veut constituer un ensemble de nombres qui représente sans ambiguïté chaque couleur, de telle sorte qu'il soit inutile de voir deux lumières définies par ces nombres pour connaître leur relation visuelle, et pour dire, par exemple « A est plus claire » ou, « plus pâle » ou « plus verte que B».

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 2 - p3 × 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 chromaticité. Il reste deux valeurs, qui peuvent se représenter sur un plan.

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.

Calcul de la chromaticitéModifier

La présentation des chromaticités dérive du triangle des couleurs que James Clerk Maxwell a défini au milieu du XIXe siècle[2]. Dans ce triangle équilatéral, un point représente une couleur obtenue par mélange de trois primaires, dans des proportions égales à la distance au côté opposé à chacune des primaires. Par une propriété connue des triangles équilatéraux, la somme de ces trois longueurs est toujours celle de la hauteur[3]. La luminance visuelle des couleurs qui se placent sur le diagramme varie, parce que celle de chacune des primaires est différente.

En physique, les relations entre deux grandeurs doivent être vérifiées, à des coefficients près, quelles que soient les unités choisies pour les représenter. En construisant le triangle à partir de trois valeurs de luminance énergétique de rayonnement correspondant aux primaires, on définit une grandeur à deux dimensions, la chromaticité, qui permet de comparer des rayonnements de luminance énergétique totale égale. Les valeurs sont relatives à cette valeur totale, qu'on prend comme unité.

Le principe du triangle de Maxwell s'applique plus commodément à des coordonnées cartésiennes ; on peut abandonner un des coefficients des primaires, qui est nécessairement le complément à un de la somme des deux autres[4]. La transformation des coordonnées trichromatiques en chromaticité se résume ainsi[5] :

 

Toutes les descriptions de couleurs trichromatiques et linéaires peuvent servir à calculer une chromaticité et à construire un diagramme de chromaticité. La Commission internationale de l'éclairage (CIE) en a normalisé plusieurs : CIE RGB, CIE XYZ qui le transforme pour supprimer les valeurs négatives, CIE U′V′W′ qui améliore la répartition des couleurs. Le second, établi en 1931, est le plus fréquemment représenté.

DiagrammeModifier

L'intérieur du diagramme dans le plan (x, y) représente toutes les chromaticités perceptibles. Deux couleurs de même chromaticité ne se ressemblent pas nécessairement ; un rose et un brun peuvent occuper le même point, s'ils ne diffèrent que par la luminosité[6].

On montre facilement que la chromaticité d'un rayonnement constitué du mélange de deux autres se situe sur le segment de droite qui relie les points de chromaticité de ses deux composantes.

Le lieu du spectre — ou spectrum locus — en forme de fer à cheval — représente l'ensemble des couleurs pures à 100 %, du bleu-violet au rouge. Une couleur pure correspond à une onde électromagnétique monochromatique, c'est pourquoi le lieu du spectre est gradué selon la longueur d'onde de 400 nanomètres (nm) à 700 nm.

Si deux points représentent chacun une couleur, le segment qui les joint représente les mélanges de ces deux couleurs en proportions variables.

La droite des pourpres, qui joint les deux extrémités, correspond aux pourpres et magentas, mélanges de rouge et de bleu-violet.

 
Pureté d'excitation sur le diagramme de chromaticité.

Le point de coordonnées x = 1/3, y = 1/3 représente le blanc équi-énergétique utilisé comme référence dans le système CIE XYZ. Beaucoup de calculs de la colorimétrie dépendent de la définition du blanc. La vision s'adapte aux conditions d'éclairage, et perçoit les rapports entre les couleurs presque identiquement avec des lumières dont le spectre est très différent. Celui d'un éclairage à incandescence se rapproche de celui du corps noir à une certaine température. La colorimétrie définit certains types d'éclairage comme illuminant. Cet illuminant donnent la position du point blanc.

Le segment qui relie le point blanc à celui d'une couleur pure, sur le lieu spectral, représente toutes les couleurs possédant une même teinte plus ou moins lavées de blanc. Elles ont toutes la même longueur d'onde dominante. En divisant la distance d'un point au point blanc par celle du segment entier on obtient la pureté d'excitation.

Quand le point représentant une couleur se situe entre le point blanc et la droite des pourpres, on prolonge le segment de l'autre côté jusqu'au lieu spectral dans la région des verts et on affecte la longueur d'onde dominante d'un signe moins ; la pureté d'excitation est le rapport entre distance au point blanc et longueur de sur la même ligne jusqu'à la droite des pourpres.

La longueur d'onde dominante correspond à peu près à la notion de tonalité pour les couleurs vives. Pour les couleurs lavées de blanc, Hermann Aubert (de) a observé que la diminution de la pureté d'excitation s'accompagne d'une variation de la tonalité perçue[7]. C'est ce qu'on appelle l'effet Abney. On reporte parfois les lignes d'égale tonalité sur le diagramme. L'effet Bezold-Brücke (de) est la relation entre la luminance et la tonalité. Pour les fortes lumières, la perception de la couleur se rapproche du bleu si la longueur d'onde dominante est inférieure à 500 nm, et du jaune dans le cas contraire[8]. Enfin, la perception de la tonalité varie légèrement quand la lumière entre dans la pupille latéralement.

La pureté d'excitation correspond approximativement à la notion de coloration, indépendamment de la teinte. Les couleurs délavées ou grisâtres ont une faible pureté d'excitation. Mais on perçoit toujours les couleurs sombres comme moins colorées que les couleurs lumineuses, alors que leur pureté d'excitation peut être proche de 1[8].

Pour un système d'affichage par synthèse additive, tel qu'un écran d'ordinateur, le triangle formé par les trois points correspondant aux trois couleurs primaires représente le gamut du système. Seules des couleurs représentées par un point situé à l'intérieur du triangle peuvent être reproduites, à condition que leur luminosité ne dépasse pas un maximum qui dépend de leur distance aux primaires.

Notes et référencesModifier

  1. Commission électrotechnique internationale IEC 60050 « Vocabulaire électrotechnique international » 845-03-35 reprenant la définition de la Commission internationale de l'éclairage ; voir aussi Sève 2009, p. 141
  2. Sève 2009, p. 69-70.
  3. Le Grand 1972, p. 91.
  4. Le Grand 1972, p. 92.
  5. Sève 2009, p. 87.
  6. Sève 2009, p. 250.
  7. Le Grand 1972, p. 137-138
  8. a et b Le Grand 1972, p. 136-137

Voir aussiModifier

BibliographieModifier

  • Maurice Déribéré, La couleur, Paris, PUF, coll. « Que Sais-Je » (no 220), , 12e éd. (1re éd. 1964) (sommaire).
  • Yves Le Grand, Optique physiologique : Tome 2, Lumière et couleurs, Paris, Masson, , 2e éd..
  • Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam,