Couleur

La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).

Le spectre lumineux

La lumière visible est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain. Il n'y a pas de limite exacte au spectre visible : l'œil humain adapté à la lumière possède généralement une sensibilité maximale à la lumière de longueur d'onde d'environ 550 nm, ce qui correspond à une couleur jaune-verte. Généralement, on considère que la réponse de l'œil couvre les longueurs d'ondes de 380 nm à 780 nm bien qu'une gamme de 400 nm à 700 nm soit plus commune. Cette gamme de longueur d'onde est importante pour le monde vivant car des longueurs d'ondes plus courtes que 380 nm endommageraient la structure des molécules organiques tandis que celles plus longues que 720 nm seraient absorbées par l'eau, constituant abondant du vivant.

L'œil humain

L'œil est sensible aux radiations électromagnétiques dont la longueur d'onde dans le vide est comprise entre 400 et 700 nm. La synthèse additive de la couleur à partir du rouge, du vert et du bleu, est due au fait que ce sont les 3 couleurs auxquelles sont le mieux adaptés les 3 types de cônes qui servent à la réception de la couleur dans l'œil humain :

• Les cônes L, sensibles aux ondes longues (700 nm), donc les rouges
• Les cônes M, sensibles aux ondes moyennes (546 nm), donc les verts
• Les cônes S, sensibles aux ondes courtes (436 nm), donc les bleus

Ces récepteurs sont en fait sensibles à une bande de longueur d'onde correspondant approximativement, conjointement à cet intervalle de 436 nm à 700 nm et, individuellement, à ces valeurs (L, M et C).

Les bâtonnets appartiennent au second type de cellules sensibles de l'oeil humain, spécialisés dans la perception de l'intensité de la lumière; ils ne sont actifs que dans la pénombre (saturés à partir de 500 photons par seconde). Les cônes ne commencent à s'activer qu'à partir de 10 photons par seconde, ce qui explique pourquoi on voit en noir et blanc quand la lumière est faible.

L'analyse des couleurs

Le cerveau interprète les informations transmises par l'œil pour former un tableau cohérent. C'est ce qui lui permet par exemple d'anticiper que deux parties d'un même objet, l'une à l'ombre et l'autre à la lumière, sont de la même couleur.

Apprentissage et culture

Les bébés ont une vision précoce et latéralisée de la couleur, contrôlée par l'œil gauche dans la prime enfance, puis chez l'enfant plus grand et chez l'adulte, par l'œil droit, c'est-à-dire dans l'hémisphère gauche du cerveau, où est également située l'aire du langage. Les scientifiques ont aussi montré que l'acuité de perception des couleurs est augmentée dans les groupes ethniques disposant d'une langue riche en mots décrivant les nuances colorées. De même les nuances sont détectées plus rapidement quand les mots pour les décrire existent dans la langue (nuances de bleu, clair ou foncé PNiS, 2006)

Couleurs chaudes et couleurs froides

Si nous séparons en deux moitiés le cercle chromatique entre vert-jaune et rouge-violet, nous voyons s’opposer, d’un côté, les couleurs chaudes (du jaune au rouge), de l’autre, les couleurs froides (du violet au vert). Les couleurs qui expriment le mieux les sensations de chaud et de froid sont respectivement le rouge et le bleu. Bien qu’un vert soit considéré comme froid avec le violet, la température se réchauffe si on ajoute du jaune au vert ou du rouge au violet. À l’inverse, quoique chaud, le rouge vire, petit à petit, au froid pour rejoindre le violet quand on lui ajoute du bleu.

On constate que, pour le physicien ou le photographe, la température de couleur est plus élevée pour un bleu que pour un rouge.

Le langage des couleurs

Rouge

Dans l’Antiquité, avec un cercle chromatique divisé en trois ; le blanc, le noir et le rouge, cette dernière était la seule qui avait réellement le statut de « couleur », le noir étant sale et le blanc incolore. Ses pigments ayant été maîtrisé dès -35 000, pendant l’ère paléolithique. Admiré durant l'Antiquité, le rouge revêtit les dieux et le clergé. À Rome, c'est la couleur des généraux, de la noblesse, des patriciens et des empereur romains. En Chine, il est emblème de la dynastie Zhou. La couleur rouge symbolise avant tout le bonheur en Chine, mais il symbolise aussi la vie, les flammes et de la chaleur. Mais elle symbolise aussi la mort, cette dernière étant considérée comme une renaissance en Asie. Les processions funéraires asiatiques sont encore de nos jours colorés de rouge. Dans les textes sacrés des Chrétiens, des Egyptiens, des Hébreux et des Arabes, cette couleur a toujours été associée au feu et à l'amour divin, et a symbolisé la divinité et le culte.

À partir du XIII et du XIV siècle, le pape et les cardinaux s'en revêtissent et paradoxalement on peint des démons et les forces infernales de la même couleur. A partir du XVI siècle, le rouge fuit les temples considérés comme immoral par les réformateurs protestant se référant à la grande prostitué de Babylone vêtu de rouge.

Jusqu'au XIX siècle, le rouge restera la couleur des mariée, en étant considéré comme plutôt féminine, à l'opposition du bleu, elle masculine. Aujourd'hui le rouge conserve sa symbolique de couleur chaude et excitante, forte et saillante, en représentant le présent, la chaleur et la vie. Le rouge est la couleur qui a le plus d'impact sur nos fonctions physiologiques. C'est sans doute pour cette raison qu'on l'a toujours associée à la joie, à la passion, à la sensualité et au désir, en traduisant l'exubérance et la vitesse tout en attirant l'attention et en mettant en garde. Le rouge, couleur du sang, évoque également la guerre, la destruction, la colère, la violence, la conquête et l'agressivité, comme dans les expressions « voir rouge » et « rouge de colère ».

Brun

Le brun symbolise la dégradation, les excréments, la boue, etc. Cependant, elle peut aussi symboliser la Terre, la force et la solidité.

Orange

Bien que moins brutale que le rouge, l'orange est vif. Il évoque le feu, le soleil, la lumière et la chaleur. C'est une couleur chaude, intime, accueillante. Aux Pays-Bas, où la famille régnante est celle d'Oranje-Nassau ou Orange-Nassau, cette nuance est, par rapprochement avec le nom de la famille, la couleur nationale.

Jaune

En Occident, le jaune reste une couleur peu appréciée, alors même que pendant longtemps, ce ne fut pas le cas. Durant l'Antiquité, les Romains l'ont porté lors des cérémonies et des mariages, alors qu'en l'Asie et en Amérique du Sud, elle était valorisée. En Chine, elle est associé au pouvoir, à la sagesse, à la richesse, elle fut longtemps réservée à l'empereur de Chine. Le jaune est le plus souvent associé à l'or en symbolisera le pouvoir, la richesse, la chaleur, l'énergie, la joie, la puissance, le soleil, la lumière...

Mais elle en gardera aussi un caractère négatif et ce dès l'imagerie médiévale. Chevaliers félons, Judas, maris trompés... le jaune est la couleur de la trahison, de la jalousie, de la dépravation et de l'orgueil. On exclu avec le jaune : les menteurs, les trompeurs, les hérétiques. En 1269, Saint Louis, sous l'influence de l'Église, obligea les Juifs, considérés depuis les croisades comme les alliés des musulmans, à porter une rouelle de couleur jaune, en signe d'infamie. Au XVI siècle, on peignait en jaune la porte des traîtres. La même méthode de distinction est employée par le régime nazi au XX siècle avec le port de l'étoile jaune.. L'expression française « jaune » désignant le traître remonte au XV siècle. Le jaune s'associe aux maladies : "le teint jaune" avec les maladies du foie, le pavillon jaune signalant la quarantaine sur les navires. Il est également associé à la gêne et au dépit, comme dans l'expression « rire jaune ».

Depuis le XX siècle, le jaune est à nouveau valorisé. Il symbolise la renaissance printanière, les richesses naturelles via le blé, le maïs, le miel et la plupart des céréales. Il évoque la richesse matérielle, la domination, la lumière, l'éternité et la foi, en étant l'une des couleurs les plus claires, lié à la gaieté et à la jeunesse.

Vert

Considéré comme une couleur médiane, le vert est considéré comme apaisant. Bien que terne, il a une histoire tumultueuse. En effet le vert est techniquement une couleur instable, difficile à fabriquer et à maîtriser. Ce n'est qu'à partir du XVII siècle qu'il perdra ce caractère turbulent, alors qu'il était considéré jusqu'alors comme une couleur excentrique en Europe, excepté en Allemagne. Même en photographie, le vert était la première couleur à se ternir et à s'estomper.

Le vert est alors symboliquement la couleur de l'instabilité représentant ce qui bouge, change varie. Les jongleurs et les bouffons s'habillent en vert. Les jeux d'argent s'organisent sur tables tapissées de vert. Elle représente la chance, la fidélité, et l'immaturité.

Le vert a également un côté négatif, avec la représentations de démons, de dragons, d'esprits, de martiens et des créatures maléfiques... Ils est associé à certaines superstitions négatives: les comédiens refusent de s'habiller en vert, les livres en vert seraient les moins vendus...

Le dollar, associé au jeu d'argent, est en vert alors qu'auparavant on associait la monnaie au doré ou l'argenté. L'islam primitif est le premier à associer le vert à la nature, synonyme d'oasis, de paradis. Ce ne sera qu'à partir du XIX siècle que l'occident associera le vert à la nature qui deviendra ensuite le symbole de la lutte contre les immondices et à la propreté (avec le blanc).

Bleu

Longtemps couleur préférée des Européens et des Occidentaux, le bleu, à défaut de son caractère androgyne et passe-partout qu'il a de nos jours, n'était pas apprécié. Durant l’Antiquité il n'était même pas considéré en tant que couleur, ce qui était réservé au blanc, au rouge et au noir. À l'exception des Égyptiens, qui y voyaient une couleur porte bonheur lié à l'immortalité et à la vérité.

Difficile à fabriquer elle a longtemps été écartée. En latin classique, le bleu est instable, imprécis ; ce qui a forcé à chercher dans les langues germaniques et arabes pour en former le vocabulaire. Ce n'est qu'à partir du XII siècle que la vierge se vêtira de bleu, que les cieux seront peints de cette couleur, alors qu'ils étaient auparavant en feuille d'or, ou en noir, en rouge, ou en blanc) et que le bleu accède au rang de couleur divine, en symbolisant la fidélité, la chasteté, la loyauté et la justice.

Son utilisation massive stimulera l'économie puisque la demande de guède explosa, rendant prospères des régions comme la Picardie, la Thuringe, la Toscane, ou les alentours de Toulouse... À partir du XVIII siècle elle conquière le cœur des Européens qui en font leur couleur préférée. Une autre véritable révolution sera faite par Levi-Strauss avec sa création du jean en 1850. Il deviendra un vêtement de loisir, de travail, porté par tous. Les organismes internationaux comme, l’ONU, l’Unesco, le conseil de l'Europe, l’Union européenne ont tous choisi la couleur emblématique du bleu. Le bleu symbolise ainsi le calme, la sagesse et la liberté.

Violet

Le violet symbolise la connaissance, la religion, la magie ou le sérieux. Il peut également être associé au deuil, à la crainte ou à la mélancolie. Chez les Romains, le violet symbolisait l'unité, le peuple et la démocratie.

Noir

Le noir est très difficile à atteindre en peinture faisant d'elle une couleur peu présente au Moyen Âge. Ce ne sera qu'à partir du XIV siècle, suite à la commande de couleurs sages, que les teinturiers feront des progrès dans la gamme des noirs. Elle deviendra une couleur à la mode chez les ecclésiastiques, les princes suite à la Réforme protestante, faisant la guerre aux couleurs vives. A partir du XIX siècle, elle s'inscrira dans les uniformes de ceux qui font autorités : douaniers, magistrats, ecclésiastiques et pompiers. Elle se démocratise et perd une partie de sa symbolique lié au respect, à la tempérance, à l'humilité et à l'austérité. Le noir peut ainsi s'associer, aujourd'hui, au chic et à l'élégance.

Le noir en étant la négation de toutes les couleurs, il représente, notamment en Occident, les sentiments de tristesse, de peur et de méchanceté, que l'on peut retrouver dans des expressions tel comme "idées noires". Le noir s'associe alors aux Péchés, aux épreuves, à la mort, au néant, au deuil et à l'abandon.

Gris

Le gris est considéré, avant tout, comme la couleur du malheur et de l'ennui, avec une utilisation récurrente dans des expressions tel « un ciel gris », « des nuages gris », pour signifier le désarroi.

Blanc

Pendant l’Antiquité, le blanc faisait partie du cercle chromatique des couleurs et était donc considéré comme une couleur. On y a longtemps distingué des variation : elle peut être brillante, mat, satiné, grisé, clair, sombre, lisse, rugueux... Le blanc est assimilé à la pureté, à l'innocence, à la propreté, à la virginité, au vide, aussi bien en Europe qu'en Afrique ou encore en Asie.

Lors de la guerre de Cent Ans, le blanc s'opposait au rouge, marquant la fin des hostilités. Ce n'est qu'à partir du XVIII siècle que les femmes durant le mariage se vêtiront de blanc pour marquer leur virginité, prenant le pat sur les valeurs bourgeoise plutôt qu'aristocratique. Des siècles durant le linge de maison était blanc, pour des raisons d'hygiène et étant stable et solide résistant aux lavages. Dieu, les messagers, les anges sont en blanc. Elle relève tout ce qui est transcendant : le commencement du monde, du temps. L'Antiquité romaine y associe les spectre et les apparitions. C'est ainsi que le blanc est associé à l'au-delà. Au XVII et XVIII siècle, on se blanchissait la peau pour se différencier des paysans, au teint hâlé du à leur travaux en extérieur. Le blanc révèle de la noblesse et à la délicatesse. Dans le milieu naturel, le blanc est associé notamment au lait et à la neige.

Couleurs pigmentaires et couleurs structurelles

On distingue généralement les couleurs pigmentaires, dites chimiques, car produites par la présence dans la matière de colorants ou de pigments (qui absorbent une partie de la lumière blanche et ne réfractent que certaines longueurs d'ondes), et les couleurs structurelles, dites physiques, provoquées par des phénomènes d'interférence liés à la structure microscopique de l'objet qui diffracte la lumière reçue. Les couleurs pigmentaires sont généralement instables, tandis que les couleurs structurelles sont pérennes et iridescentes.

Les sources de lumière

incandescence

L'incandescence est une émission de lumière due à la chaleur : la flamme d'une bougie, le métal en fusion, un charbon ardent, le Soleil... La couleur dépend de la température. La couleur blanche est définie par le rayonnement d'un corps noir.

Luminescence

La luminescence est la propriété de certains corps d'émettre des photons sans changement de température : diodes électroluminescentes, tubes fluorescents, lucioles, écran cathodique...

Les objets éclairés

Un objet éclairé peut modifier la lumière reçue par plusieurs moyens.

Absorption

De nombreuses substances absorbent certaines longueurs d'ondes ; par exemple la couleur des carottes est due au carotène, une molécule qui absorbe les longueurs d'ondes entre le violet et le vert. L'énergie absorbée est généralement restituée sous forme de chaleur (de rayonnement infrarouge invisible à l'œil), ce qui explique par exemple qu'un objet noir sera plus chaud au soleil qu'un objet blanc. Il existe aussi des objets qui sont capables de réémettre le rayonnement absorbé dans le spectre visible (par exemple le rubis). Ce mécanisme de réémission explique aussi les couleurs fluo : ces pigments absorbent le rayonnement ultraviolet et le réémettent sous forme de lumière visible, donnant une couleur qui semble plus lumineuse que la couleur pure associée.

Diffusion

La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière est dévié dans de multiples directions par une interaction avec d'autres objets.

La diffusion Rayleigh intervient quand la taille des particule est petite, inférieure à quelques dizaines de nanomètres. L'intensité diffusée est inversement proportionnel à la puissance quatrième de la longueur d'onde : le bleu (400 nm) est plus diffusé que le rouge (700nm). L'effet des molécules de dioxygène et diazote de l'atmosphère terrestre provoque ainsi la couleur du ciel et des couchers de soleil.

Quand les particules sont plus grandes elles provoquent une diffusion de Mie qui touche de manière uniforme toutes les fréquences lumineuses. C'est ainsi que les gouttelettes d'eau provoquent la couleur blanc-gris des nuages ou du brouillard.

Réfraction

Ce mécanisme décompose une lumière blanche dans ses différentes composantes pour former par exemple les arc-en-ciel que l'on voit dans la nature ou à travers un prisme. La réfraction est un phénomène de déviation d'une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux. Généralement l'indice de réfraction augmente quand la longueur d'onde diminue, les violets sont donc plus déviés que les rouges.

interférences

Les irisations d'une bulle de savon ou d'un film d'huile à la surface d'une flaque, ou encore les couleurs à la surface d’un disque compact provient d’un phénomène d'interférence.

Il importe de ne jamais confondre couleur, notion perceptive, et longueur d'onde, notion physique. L'arc-en-ciel étant le spectre des longueurs d'ondes monochromatiques, ne comporte qu'un faible sous-ensemble des couleurs visibles par l'œil humain (mais a contrario contient des longueurs d'ondes invisibles à l'œil humain). Le rose, par exemple, n'y figure pas : il s'agit d'un panachage que ne peut restituer aucune longueur d'onde monochromatique. Le rose est en effet constitué par l'accumulation de plusieurs ondes monochromatiques.

Comme on l'a vu l'œil humain comporte trois récepteurs de la couleur, respectivement sensibles au rouge, au vert et au bleu. Une couleur peut donc être définie par trois composantes. On peut utiliser le taux de rouge, de vert et de bleu, ce qui correspond au système Rouge vert bleu (RVB) (ou en anglais Red Green Blue (RGB)). Il est utilisé par exemple en informatique mais reste éloigné de notre perception naturelle des couleurs.

L'ensemble des couleurs est défini, actuellement, très souvent par ses trois caractéristiques de teinte, valeur et saturation. Le système CIE Lab a tendance à le remplacer dans les systèmes colorimétriques avancés. Sur le cercle chromatique, on trouve : des couleurs complémentaires, des tons chauds et froids, des couleurs dites secondaires, des couleurs primaires, et des valeurs (blanc et noir).

La différence entre deux couleurs pour l'œil humain, peut varier d'un individu à l'autre, et parfois même très légèrement entre les deux yeux d'une même personne (on peut alors s'en rendre compte par clignement). Une différence, qui ne paraît pas évidente pour la majorité des gens pourra paraître nulle pour quelqu'un atteint de daltonisme ou au contraire énorme pour quelqu'un qui est habitué à composer des couleurs tous les jours, comme un peintre ou un imprimeur. À titre indicatif, les tapissiers distinguent cinq cents nuances de rouge.

En synthèse soustractive, des couleurs paraissant identiques à deux personnes sous un blanc d'une température donnée (par exemple lumière du jour) pourront leur paraître différentes sous un blanc d'une autre température. Pour cette raison, le système que l'on espérait universel du cube de Hicketier, et qui aurait associé à chaque couleur un numéro unique, n'a pas eu de suite.

Cela pose donc des problèmes de référence, qui servirait à vérifier une certaine équivalence, entre deux couleurs différenciées par leur support et médium. La colorimétrie tente donc de résoudre ces différents problèmes. On trouve notamment dans le système CIE L*a*b* la notion de Delta E la différence entre deux couleurs (Lab 1 et Lab 2).

Le fait qu'on peut mesurer les valeurs d'une couleur et les donner en chiffres permet de recevoir des couleurs fidèles pendant une numérisation ou la retouche digitale. Il y a des logiciels qui sont spécialisés à transformer ces valeurs à l'aide d'un target IT8 en un profil particulier - un Profil ICC. Ces profils sont utilisés par des logiciel pour la gestion de couleurs et permettent une visualisation et reproduction fidèle. L'association EDP décerne un prix pour le meilleur logiciel dans le domaine de gestion de couleurs annuellement. 2007 i1iSis de X-Rite a reçu le prix ; 2008 c'était SilverFast de LaserSoft Imaging.

Teinte

On nomme « teinte » la ou les fréquences engendrant l'impression chromatique. En situation non expérimentale, plusieurs fréquences coexistent toujours, mais elles ont pour résultante une dominante chromatique.

Le spectre lumineux se décompose en un dégradé de couleurs allant du violet au rouge. Ainsi, l'œil humain est le plus souvent incapable de distinguer un jaune monochromatique (une seule longueur d'onde) d'une composition correspondante de vert et de rouge. Cette illusion permet d'afficher du jaune sur nos écrans d'ordinateur alors que ceux-ci ne contiennent que des diodes rouges, vertes et bleue. De même une lumière blanche dont on aurait atténué certaine ondes dans les violets et les bleus paraîtra jaune.

L'ensemble des fréquences des ondes lumineuses forme le spectre des teintes (souvent appelé spectre des couleurs) allant des infrarouges aux ultraviolets.

Quand on mélange les deux extrémités du spectre (le violet et le rouge) on n'obtient pas la couleur à mi distance (le vert) mais une nouvelle couleur ( le magenta ). On ajoute ces diverses combinaisons de violet et de rouge au spectre pour obtenir l'ensemble des teintes.

Couleurs métamères, une fonction de l'œil

Comment peut-on concilier les deux phénomènes exposés plus haut ? D'un côté, l'étude de la décomposition de la lumière nous apprend que les couleurs pures sont monochromatiques, que le vert a sa longueur d'onde caractéristique, le bleu a une autre longueur d'onde caractéristique, et le jaune, une autre encore. D'un autre côté, le mélange additif de deux couleurs telles que le vert et le rouge en produit une troisième, le jaune. Est-ce que les longueurs d'onde sont modifiées ? Non, pas du tout.

Pour expliquer la sensation produite par le mélange, il faut faire appel à la physiologie de l'œil. Les cellules sensibles de la rétine, les cônes, transforment tout rayonnement de lumière visible en trois impulsions nerveuses de valeurs variables qui sont acheminées vers le cerveau. Même une lumière monochromatique comme le vert est de cette façon codée par ces 3 valeurs.

Or il se trouve que la rétine est incapable de faire la différence entre la lumière monochromatique jaune et la somme des deux lumières verte et rouge, car ses cônes sont excités de la même façon, et envoient les 3 mêmes impulsions nerveuses dans les deux cas .

Autrement dit, physiquement les deux lumières sont différentes, car leur composition spectrale est différente. Par contre, l'impression pour l'œil est la même.

Des ensembles lumineux de composition spectrale différente qui produisent la même impression colorée sur l'œil sont appelés couleurs métamères.

Valeur

On nomme « valeur » l'amplitude lumineuse définissant la couleur ; plus elle est proche du noir, plus la valeur est basse. Il n'y a que deux valeurs. Le blanc et le noir. Les gris, qui sont des teintes du blanc et du noir, sont cependant des couleurs, et non des valeurs.

Les « gris » sont des valeurs particulières sur l'axe noir-blanc. Il s'agit toujours d'un mélange (en synthèse additive) d'égale proportion et avec la même valeur des trois couleurs primaires rouge, vert et bleu. En synthèse soustractive les trois couleurs sont le cyan, le jaune et le magenta. Pour obtenir un gris, les valeurs de cyan, magenta et jaune ne sont pas en égale proportion.

Chacun des gris peut être considéré comme une couleur dépourvue de teinte ; le noir et le blanc sont des gris extrêmes. Le noir est un gris de valeur nulle et correspond à l'absence de toute lumière (aucune lumière n'est reçue par l'œil). Le blanc est un gris de valeur maximale et peut être considéré comme une plénitude de couleurs (l'ensemble des fréquences d'onde lumineuse est reçu par l'œil avec une valeur maximale). Notons qu'en toute rigueur, il n'existe pas un blanc, mais une infinité de blancs, dont chacun se caractérise par sa température de couleur : en photographie-couleurs et en vidéo, on distingue couramment le blanc à environ 2 800 K (kelvins) d'une lampe à incandescence classique, le 3 200 K d'une lampe photoflood au tungstène, le 5 200 K d'une lampe à arc et le 6 500 K d'un flash électronique ou du Soleil.

Saturation

On nomme « saturation » la vivacité (la pureté) d'une couleur, et par opposition, on appelle désaturation, son mélange, plus ou moins important, avec un gris de même valeur.

Le seul procédé connu de restitution intégrale des couleurs, c'est-à-dire fixant le panachage réel des longueurs d'onde de départ et non sa simple projection sur un nombre limité d'axes de teinte, est la photographie interférentielle de Lippmann (1891), onéreux et de mise en œuvre aussi contraignante que l'holographie, car fonctionnant lui aussi sur le principe des interférences. Les procédés polychromes (trichromes, quadrichromes, hexachromes…) lui sont donc préférés.

Le calcul soustractif des couleurs (ou synthèse soustractive) est le calcul fait par retrait de certaines longueurs d'onde de la lumière, et donc sur ce qui n'est pas source de lumière.

Par exemple, l'herbe ou les feuilles des arbres nous paraissent vertes, car elles absorbent le bleu et le rouge. Ce sont ces ondes qu'elles utilisent dans la photosynthèse.

Le calcul additif des couleurs (ou synthèse additive) est le calcul fait par addition des longueurs d'onde de sources lumineuses.

Par exemple, Si les deux composantes verte et rouge d'un moniteur d'ordinateur sont allumées, les couleurs des phosphores associés (juxtaposés) se superposent en raison de la mauvaise résolution de l'œil, et on obtient une couleur jaune, qui se résout à nouveau en vert et rouge si on regarde cette zone de l'écran à travers un compte-fils ou par réflexion sur un cédérom. Il est facile d'expérimenter cela avec les réglages des couleurs du bureau de votre ordinateur (s'il n'est pas monochrome). La synthèse du marron demande sensiblement plus d'essais (conseil : expérimentez en partant du violet, aussi contre-intuitif que cela paraisse).

Synthèse additive

Le principe de la synthèse additive des couleurs consiste à s'efforcer de reconstituer, pour un œil humain, l'équivalent (l'apparence) de toute couleur visible, par l'addition, selon des proportions bien choisies, de lumières provenant de trois sources monochromatiques (par exemple des spots) dont les longueurs d'onde sont choisies une fois pour toutes pour répondre au mieux à cet objectif.

En observant l'arc-en-ciel, on peut voir que les gouttelettes de pluie, dans le lointain, décomposent la lumière en six couleurs, comme le feraient des prismes.

Newton reproduisit ce phénomène en décomposant la lumière solaire grâce à un prisme optique (un prisme droit en verre à base triangulaire). Il réussit à décomposer la lumière blanche en toutes les différentes couleurs du spectre.

Le physicien Young fit le contraire de Newton. Il recomposa la lumière. Il fit converger les six couleurs du spectre et obtint la lumière blanche. Il alla même plus loin en démontrant que les six couleurs du spectre pouvaient être réduites à trois. C'est-à-dire qu'il pouvait recomposer la lumière blanche avec ces trois couleurs. Il démontra aussi qu'en les mélangeant deux par deux, il pouvait obtenir les autres.

Et c'est ainsi qu'on différencia les couleurs primaires des secondaires.

Ce système de mélange de lumières signifie que plus on ajoute de couleurs plus on obtient de clarté. Par exemple, le vert et le rouge donnent le jaune indéniablement plus clair. On parle dans ce cas de système additif.

Les trois longueurs d'onde optimales, que l'on appelle couleurs primaires répondent à deux critères :

• les teintes doivent correspondre autant que possible aux longueurs d'onde auxquelles les cônes sont le plus sensibles (c'est le cas du vert et du bleu)
• les longueurs d'ondes doivent activer de manière spécifique certains cônes (cas du rouge)

Les trois couleurs primaires sont les suivantes :

• rouge primaire ;
• vert primaire ;
• bleu primaire.

Il existe bien d'autres systèmes liés au RVB qui sont issus des travaux de la Commission internationale de l'éclairage. Le système de base est le CIE XYZ, d'où l'on déduit le CIE xyY qui sépare la luminance et la chrominance. Ce dernier a donné naissance à de nombreux systèmes pratiques dont le plus utilisé est sans doute le CIE Lab qui comporte le jaune en plus du rouge, du vert et du bleu.

Le système RVB peut aussi, de façon équivalente, être exprimé selon trois autres composantes qui sont la teinte, la valeur et la saturation et correspondent en français au système TSL (Teinte, Saturation et Luminosité ou valeur) et en anglais au système HSL (d'après les trois mots anglais Hue, Saturation et Lightness).

Il existe des formules mathématiques permettant de passer des trois composantes RVB aux trois composantes TSL (et inversement).

On nomme lumières de couleurs fondamentales (parfois appelées couleurs secondaires) les lumières de couleurs saturées obtenues en mélangeant deux à deux et en parts égales les lumières de couleurs primaires.

Les couleurs complémentaires sont les couleurs qui, combinées, contiennent toutes les couleurs du spectre et aucune en commun.

Les trois couleurs secondaires dans le système additif sont :

• cyan (lumières verte et bleue, complémentaire de la rouge) ;
• magenta (lumières rouge et bleue, complémentaire de la verte) ;
• jaune (lumières verte et rouge, complémentaire de la bleue).

qui sont en fait les couleurs primaires du système soustractif et donnent le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).

Lorsqu'on mélange plus de deux primaires, on désature la couleur. Elle perd donc en saturation et gagne en valeur, pour se rapprocher du blanc.

Synthèse soustractive

En imprimerie-couleurs, en peinture et dans l'art du vitrail, il ne peut être question d'additionner des couleurs par mélange de lumière, mais plutôt de couleurs pigments.

Tous les corps opaques, quand ils sont éclairés, réfléchissent une partie ou toute la lumière qu'ils reçoivent et absorbent le reste. On peut donc obtenir les couleurs du spectre soit en mélangeant des pigments soit en filtrant une partie du spectre qui éclaire l'objet.

Les pigments qui se mélangent absorbent de plus en plus de lumière et deviennent de plus en plus sombres. Par exemple le jaune et le magenta donnent le rouge-orangé.

On parle dans ce cas de synthèse soustractive. Et dans ce cas les couleurs primaires, appelées aussi couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif car elles correspondent aux couleurs secondaires appelées aussi couleurs complémentaires du système additif. Contrairement au système additif ou l'on utilise les 3 couleurs primaires, les couleurs fondamentales filtrent (bloquent) une seule couleur.

• cyan fondamentale (les couleurs bleu et vert passent, le rouge est filtré) ;
• magenta fondamentale (les couleurs bleu et rouge passent, le vert est filtré);
• jaune fondamentale (les couleurs verte et rouge passent, le bleu est filtré).

donne le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).

En théorie, et si nous disposions de pigments parfaits, l'utilisation des trois fondamentales permettrait d'obtenir :

• le bleu en mélangeant le cyan et le magenta (cyan filtre le rouge, magenta filtre le vert) ;
• le vert en mélangeant le cyan et le jaune (cyan filtre le rouge, jaune filtre le bleu);
• le rouge en mélangeant le magenta et le jaune(magenta filtre le vert, jaune filtre le bleu).

Dans la pratique, la synthèse soustractive à partir des colorants courants ne permet pas d'obtenir l'ensemble des couleurs visibles par l'œil humain. De plus, même des colorants parfaits continueraient à poser problème car ils s'additionnent souvent en une réaction chimique qui altère la couleur finale.

En effet, lorsque l'on mélange deux matériaux colorés, on en obtient bien la teinte désirée, mais celle-ci perd en vivacité, et l'ajout de blanc pour compenser cette perte n'est pas satisfaisant car le blanc désature la teinte et ne permet donc pas d'obtenir la valeur recherchée. C'est pour cette raison que plusieurs imprimantes à jet d'encre ajoutent deux teintes pastel aux trois fondamentales afin d'obtenir un meilleur rendu. L'ajout de ces teintes pastel (variant de 2 à 5 teintes) permet aussi de diminuer la perception des points d'encre (ou de trame) dans les zones claires.

Enfin, un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait de densité supérieure, permettrait d'obtenir plus de détails, mais c'est à la fois coûteux (mélange de trois encres chères) et de qualité douteuse si la proportion de mélange des encres (pour obtenir la neutralité, c'est-à-dire un gris composé de CMJ) est inexacte (car la superposition n'en est jamais parfaite, ni l'opacité. De plus, des valeurs égales de cyan, magenta et de jaune ne donnent pas de noir. La couleur noire est ajoutée pour compenser la neutralité du mélange CMJ.). En imprimerie, on utilise donc toujours au moins le noir comme quatrième couleur, ce qui correspond à la quadrichromie, utilisée pour tout ce qui s'imprime en couleur.

Ajoutons qu'en impression de grandes surfaces (affiches, par exemple), la technique des trames d'impression permet de contourner la question : en effet, si on examine une affiche de près, on se rend compte que les couleurs s'y juxtaposent bien plus souvent qu'elles ne s'y superposent. On retrouve alors quelque chose de très semblable… à de la synthèse additive.

Utilisation de pigments

Lors de l'utilisation de pigments, il est possible d'utiliser un nombre plus importants de couleurs de base, car même si les cyans, magentas et jaunes sont très vifs, ils perdent de leur vivacité en se mélangeant. Les choix sont nombreux (jaune cadmium, jaune d'or, Ocre jaune clair, Bleu céruléum, Bleu royal, Indigo, Rouge Carmin pour les primaires et Rouge vermillon, Bleu Outremer, Bleu de cobalt, Vert émeraude, Vert de Sèvres pour les secondaires à titre d'exemple).

Pigments utilisés dans les pots de peinture

Dans les magasins de beaux arts, les tubes ou pots de peinture comportent en général les informations relatives à la peinture, on y trouve, la résistance à la lumière (par une série de + ou *), normée sur les années de résistance en lumière de musée, l'opacité/transparence (un carré plus ou moins plein), mais aussi les pigments utilisés, référencés par le Colour Index International. Ils sont codés par P + 1 ou 2 lettres (couleur dans laquelle est classée le pigment :

• W=blanc (white) ;
• O=orange ;
• R=rouge (red) ;
• Y=jaune (yellow) ;
• B=bleu (blue) ;
• G=vert (green) ;
• Bk=noir (black) ;
• Br=marron (brown):

Suivi d'un numéro correspondant à la numérotation du pigment pour sa couleur.

Par exemple : PO73 correspond au pigment orange 73, qui est la nuance de vermillon (rouge vermillon), proche du vermillon véritable (Cinabre) est distinct du rouge primaire magenta PR 122.

La terminologie est anglaise car elle a été normalisée aux États-Unis et en Angleterre.

Problèmes en peinture

Un problème qui peut surgir est celui de la stabilité chimique des pigments. Parfois, le mélange d'un pigment et d'un autre produit un composé d'une couleur différente, altérant le résultat. La cinétique de la réaction chimique peut empêcher de se rendre compte immédiatement du problème : par exemple, on peut mélanger du blanc et du rouge pour obtenir un rose, et les deux pigments réagissent en quelques mois pour former un composé noir qui gâche le tableau. D'où l'importance de la chimie dans le choix des couleurs.

Un autre problème vient de ce qu'un pigment ne peut être utilisé seul en peinture, il faut au moins lui rajouter une charge pour donner du corps à la peinture : tel que chaux, baryum... et un liant pour rendre la peinture adhésive à la surface tel que huiles, acrylique, vinyle, gomme arabique, etc.... Ces éléments nécessaires et ajoutés au pigment changent la qualité de la couleur suivant les mélanges de la fabrication des différentes marques commerciales.

Tous les pigments ne sont pas utilisables en peinture : s'ils ne sont pas stables à la lumière, (pigment qui fane à la lumière - par exemple le bleu indigo d'origine végétal) ou qu'ils supportent le mélange avec des huiles par exemple le pigment bleu de smalt devient transparent en mélange avec l'huile.

La représentation RJB de la synthèse soustractive dans les livres de peinture est à but pragmatique pour les mélanges. Le cercle chromatique sert de repérage générale des couleurs dans un nuancier donné et particulier. Il a aussi une fonction esthétique. On rappellera ainsi que le mélange rouge vermillon et bleu outremer à l'huile donne du noir ou un marron foncé solution utilisée par les impressionnistes pour faire du noir sans en avoir sur la palette. Et que les pigments violets apparaissent au milieu du XIXe siècle avant on mélangeait un rouge et un bleu ...

Bizarrerie

L'un des 500 brevets déposés par Edwin H. Land, créateur de la photographie instantanée Polaroïd concerne un procédé simplifié de restitution de tout le spectre à partir de seulement deux couleurs de base, ce qui va à l'encontre des connaissances modernes sur le mécanisme de la vision. Ce brevet, à la différence de beaucoup d'autres inventions de Land, n'a débouché en pratique sur aucune réalisation.