La nature de la c o u l e u r

Alain Boudet

Dr en Sciences Physiques, Thérapeute psycho-corporel, Enseignant

Résumé: Quelle est l'origine et la nature de la couleur? Par quel mécanisme percevons-nous les couleurs? La couleur d'un l'objet lui appartient-elle? Pourquoi change-t-elle en fonction de l'éclairage? Pourquoi les peintres, les physiciens, les éclairagistes, les spécialistes d'écran d'ordinateur n'emploient-ils pas le même langage, les mêmes concepts? La couleur, loin d'être seulement un phénomène physique, est une perception qui met en cause l'œil et le cerveau de façon complexe et géniale. L'enseignement qui suit est une initiation simple et pédagogique basée sur l'observation et l'expérience.

Contenu de l'article


Loin des considérations techniques dans l'usage des couleurs, je tente ci-dessous de faire la lumière sur la nature de la couleur. C'est un article qui participe aux questions fondamentales: Dans quel monde vivons-nous? De quoi sommes-nous faits? Transcrites dans le domaine de la couleur, elles deviennent: Quelle est l'origine de la couleur? Quel est notre rapport avec les couleurs? Par quel mécanisme percevons-nous les couleurs? Esthétique et émerveillement  imprègnent les réponses.

lac de La Nouvelle Angleterre

Couleurs d'automne en Nouvelle Angleterre

Savourons les couleurs de notre monde

La planète nous offre des spectacles colorés merveilleux. "Je voudrais changer les couleurs du temps, changer les couleurs du monde", chantait Guy Béart. Pourquoi les changer? Cessons plutôt de les ternir par notre manque de respect pour la nature. Savourons-les. Osons nous arrêter quelques instants dans notre course vers on ne sait quelle gloire, et contemplons.

Expérience: Observez les couleurs de votre environnement. Un paysage, un oiseau, des objets. Il vous est probablement familier de distinguer de nombreuses couleurs, bleu, rouge, jaune, etc. C'est ce qu'on appelle les teintes. Vous aurez également été frappés par le fait que certaines couleurs sont claires, et d'autres foncées, obscures. Vous avez ainsi mis en évidence une deuxième caractéristique importante de la classification des couleurs: leur clarté. Et puis, certaines couleurs vous paraissent briller, "péter le feu", tandis que d'autres sont discrètes, à peine marquées, ou même fades. Vous avez mis l’œil (plus que le doigt!) sur une troisième caractéristique: la saturation. Selon votre culture, votre éducation, vous saurez nommer un petit nombre de couleurs de base, ou bien vous aurez à votre disposition toute une gamme de dénominations: carmin, bordeaux, ocre, mordoré, etc.

L'esprit ne se contente pas d'observer. Il veut comparer, classer, comprendre. Toutefois pour comprendre, il est nécessaire d'en éprouver auparavant de l'émotion, d'en jouir. C'est une étape essentielle car, pour la plupart d'entre nous, nous prenons rarement le temps de vraiment sentir, gouter et savourer les couleurs.

Reconnaissons qu'il y a des assemblages de couleurs qui se marient bien, qui dégagent une harmonie, qui font du bien, dans les vêtements par exemple, et d'autres qui nous créent une gêne, ou un sentiment de malaise. Certaines thérapies utilisent l'influence des couleurs pour guérir et équilibrer (voir En savoir plus).

Toutefois, des observations répétées amènent l'esprit à repérer certains phénomènes et à s'interroger sur eux. Ces questions peuvent nous donner des clés sur notre fonctionnement et notre rapport avec l'Univers

Dans cet article, nous tentons de répondre à certaines de ces questions. Après avoir constaté que la couleur est une préoccupation majeure dans l'usage de la peinture, des encres et dans les effets de lumière, nous nous arrêterons sur les phénomènes de perception de la couleur, ce qui nous amènera à réfléchir sur le rôle de l'oeil et du cerveau.

Remarque: il existe déjà sur Internet d'excellents textes illustrés sur la nature et les lois de la couleur. J'en cite quelques-uns en fin d'article. Je leur emprunte d'ailleurs quelques figures. Alors pourquoi en écrire un nouveau? Mon apport est dans la démarche didactique d'interrogation, de recherche et de découverte, plutôt qu'un exposé théorique ou technique. Selon mon habitude, nous portons attention sur notre expérience commune, nous observons, puis nous tentons d'expliquer, ce qui nous entraine vers de nouvelles questions.

Des questions?

Vos observations ont-elles suscité des questions? En voici quelques-unes qui m'ont poussé à entreprendre des recherches:

Les couleurs des peintures et des teintures

Clarté ou valeur

Certaines couleurs nous semblent pures ou franches: rouge franc, vert franc. Par opposition, d'autres nous paraissent éclaircies, délavées, ou assombries.

Expérience: Étalez un peu de peinture bleue (un choix au hasard) et amusez-vous à lui ajouter du blanc en quantité croissante. Le bleu s'éclaircit, jusqu'à devenir imperceptible. Faites la même chose en ajoutant du noir, et constatez.

La qualité qui indique si une couleur est claire ou sombre se nomme la clarté ou valeur. Il y a des rouges clairs et des rouges foncés, des bleus clairs et des bleus foncés, et ainsi de suite pour chacune des tonalités de couleur.

Teintes

cercle chromatique

Figure 1. Le cercle chromatique

Quand on estime que la couleur est franche, sans blanc ajouté, ni noir, on a une teinte pure. Bien évidemment, cela reste un peu subjectif, mais les physiciens ont tenté de préciser les caractéristiques physiques d'une couleur pure, ce que nous verrons plus loin avec les lumières colorées.

Question: Combien de teintes différentes connaissez-vous? Nommez-les.

On a l'habitude d'en considérer 6 comme principales, le rouge, le vert, le bleu, le jaune, le violet, l'orange. C'est une habitude de la culture occidentale, car selon les civilisations et leur mode de vie, le nombre de dénominations des couleurs peut varier. Ainsi si le bleu a une importance économique ou sociale, on verra apparaitre un plus grand nombre de dénominations des nuances de bleu. En vérité, il y a une quasi-infinité de teintes, si l'on considère que l'on peut passer de l'une à l'autre de façon progressive.

Le cercle ci-contre en représente 12. Elles sont placées dans un ordre défini. Notez qu'à ce stade de notre découverte, nous n'avons aucune raison de les placer de cette façon. Mais cela se justifiera par la suite.

étoile

Figure 2. Les teintes franches (cercle intermédiaire) sont complétées par la luminosité, du noir (périphérie) au blanc (centre)

Teintes et clarté

Réunissons teinte et clarté sur des cercles concentriques. (ou en étoile, comme sur la figure 2). Les teintes franches de la figure 1 sont reportées sur le cercle intermédiaire, à la base des pointes. Vers le centre, les cercles deviennent de plus en plus clairs jusqu'au blanc pur. Inversement, ils s'assombrissent vers la périphérie jusqu'au noir, qui est donc le même à toutes les extrémités de pointe.

Or on peut constater que les teintes franches, bien qu'elles soient reportées sur le même cercle, n'ont pas la même clarté. Le jaune est bien plus clair que le violet, à tel point que sur les couleurs du bas de la figure 1, j'ai dû écrire les noms en blanc pour qu'ils soient visibles. Voici donc incidemment l'une des raisons de l'ordre des teintes dans le cercle: les couleurs les plus claires en haut (jaune), les plus sombres en bas (violet).

Clarté, luminosité et niveaux de gris

clarté Niveaux de gris
Figure 3. Le carré des teintes et des clartés, selon les nuances de gris Figure 4. Niveaux de gris

Or les peintres ont aussi besoin de représenter les couleurs selon leur niveau de clarté. Il suffit pour cela de distordre un peu l'échelle de l'étoile: tirer le jaune vers le haut (blanc), tirer le rouge, le violet, le bleu vers le bas (noir). Si on les représente sous forme d'un rectangle au lieu de cercles (affaire de gout), cela aboutit à la figure 3.

Mais comment juger qu'une couleur a la même clarté qu'une autre? La réponse nous est donnée par comparaison avec le gris. Comment passer du noir au blanc par le gris (figure 4)? Ces niveaux de gris sont la référence à laquelle on peut comparer la clarté d'une couleur. C'est pourquoi je les ai reportés sur la droite de la figure 3. Les couleurs d'une même ligne ont une clarté égale à celle du gris correspondant (Note: dans cette figure de confection artisanale, ce n'est pas complètement garanti).

Bien que la terminologie ne soit pas normalisée, il est courant d'appeler luminosité l'échelle de l'étoile. Un bleu profond, bien qu'il soit sombre, nous parait plus lumineux qu'un bleu clair, plus terne.

Alors quelle est la bonne représentation? L'étoile ou le rectangle, la luminosité ou la clarté? Il n'y a de bonne représentation que par rapport à la commodité de l'usage que l'on veut faire de ce diagramme. Un artiste-peintre, un programmateur de logiciel graphique et un fabricant de peintures de bâtiments n'auront pas les même besoins.

Pigments et colorants

Concrètement, comment obtient-on une couleur pour une teinture, une encre ou une peinture, comment la fabrique-t-on? Une peinture est faite d'une poudre de pigments en suspension dans un milieu (un liant). Ce sont les pigments qui confèrent la couleur. La couleur d'une encre ou d'une teinture est produite par un colorant. Les pigments sont insolubles dans leur milieu, ils restent sous forme de petits grains, tandis que les colorants sont solubles dans l'eau, ce qui signifie que les grains se sont fragmentés en morceaux tellement petits qu'ils se réduisent aux molécules constituantes.

De tout temps, les hommes ont tiré parti de leur environnement pour trouver ces matières colorantes, et encore maintenant. Voici quelques exemples.

Je me souviens de ma mère qui, le jour de Pâques, teintaient les oeufs en les cuisant avec des épinards ou de la betterave rouge. Pour peindre, les primitifs utilisaient la terre, avec toutes ses variations d'ocre, du jaune au rouge. Dans l'histoire de la peinture, de l'antiquité grecque jusqu'au 19e siècle, les couleurs étaient extraites des minéraux, végétaux et petits animaux. Le pourpre était extrait d'un coquillage (murex). Par la suite, le rouge courant était le rouge vermillon. Pourquoi ce nom de vermillon, vous l'êtes-vous demandé? Parce qu'il provient d'un ver, un ver qui se développe sur le chêne kermès. Sa couleur de sang (rouge vermeil) est nommée cramoisi, mot qui dérive de kermès. Plus tard le vermillon a été remplacé par le rouge carmin tiré d'une cochenille, un parasite d'un cactus d'Amérique du Sud. Un trafic commercial important s'est établi. Le rouge de cochenille est encore actuellement employé comme colorant alimentaire. Pour le reste, il a été remplacé à son tour à la fin du 19e siècle par les couleurs synthétiques. 

Le bleu a d'abord été tiré de minéraux: le bleu outremer (lapis lazuli) (qui vient d'outremer). Ensuite on l'a fabriqué à partir de plantes, comme le pastel, cultivé par exemple dans le Lauragais (entre Toulouse, Albi et Carcassonne). On le mettait en boules pour les faire infuser, et ces boules se nommaient des cocagnes (petites coques). Comme de nombreux notables toulousains se sont enrichis dans ce commerce, le pays de cocagne a pris le sens d'une pays où l'on trouve la richesse et le bon plaisir. Mais cela n'a qu'un temps. Le pastel a été remplacé au début du 17e siècle par l'indigo (une plante qui vient de l'Inde), ce qui a provoqué l'effondrement de l'industrie textile du pastel. L'indigo s'est répandu sous la forme de bleu de Gênes (blue jeans) et de bleu de Nimes (blue denim). Comme pour le rouge, il a été supplanté par les couleurs synthétiques à la fin du 19e siècle.

Mélanges de peintures et d'encres

Amusons-nous, comme les enfants, à mélanger deux couleurs franches telles que le bleu et le jaune, avec des peintures, des encres, ou des crayons de couleur. Nous obtenons du vert. Au cours de l'histoire de la peinture, les peintres se sont rendu compte qu'ils pouvaient obtenir une gamme étendue de couleurs avec un petit nombre de couleurs de base. Ils ont ainsi découvert la notion de couleurs primaires, celles qui servent à produire toutes les autres.

Peu à peu, 3 couleurs primaires se sont imposées. Ce sont le jaune, le bleu et le rouge, auxquelles il faut ajouter le blanc pour éclaircir et le noir pour assombrir. Sur le cercle chromatique de la figure 1, elles sont indiquées par le triangle bleu (n'hésitez pas à cliquer pour vous y rendre, puis sur "Page précédente" du navigateur pour revenir ici). Elles sont placées à égale distance d'angle (120 degrés), formant un triangle régulier équilatéral (rappel: équilatéral = qui a ses côtés égaux).

Par leur mélange, on crée les couleurs secondaires ou dérivées qui sont désignées par le triangle rouge, lui aussi équilatéral, et qui sont placées exactement entre les 3 primaires:

Orange = rouge + jaune
Vert = jaune + bleu
Violet = bleu + rouge

Autrefois, le nombre limité de couleurs employées était dû à la fois au peu de pigments disponibles et à la recherche d'une esthétique, liée à des considérations philosophiques et religieuses. Puis, le nombre de couleurs proposées sur le marché est devenu plus vaste, grâce aux échanges commerciaux et à la fabrication de pigments organiques synthétiques, de sorte que les peintres peuvent créer des mélanges de toutes nuances.

Il ne faut pas s'imaginer qu'il y a un système scientifique absolu qui donne à 3 couleurs le statut immuable de primaires. Les peintres ont employé des combinaisons variées au cours de l'histoire (voir, dans l'ouvrage de Zuppiroli - Bussac, l'excellent chapitre sur Les couleurs des artistes). En fait, aucun système de 3 pigments seulement ne peut restituer toutes les couleurs. On en emploie un peu plus. On a recherché les primaires également pour des raisons esthétiques, en rapport avec des symboles spirituels.

En pratique, pour que les primaires reconstituent la plus large gamme possible de couleurs, elles doivent être assez éloignées les unes des autres sur le cercle chromatique, et même sortir de ce cercle. Les imprimantes d'ordinateurs utilisent le jaune, le bleu-vert (ou cyan) et le rose violacé (ou magenta) (figure 5). Leurs mélanges produisent le vert, le bleu et le rouge. Les 3 mélangés dans des proportions adéquates donnent le noir. En réalité, il est difficile d'obtenir vraiment le noir, car les encres manquent de densité. On ajoute donc une quatrième encre, noire, d'où la dénomination CMJN (cyan, magenta, jaune, noir) de cette base de couleurs.

Couleurs complémentaires

Mélanges soustractif

Figure 5.
Mélange d'encres de couleurs

Question: Si je vous demande quelle est la couleur complémentaire du rouge, vous répondrez probablement que c'est le vert. Mais saurez-vous dire en quoi ces deux couleurs sont complémentaires? La sensation de couleurs complémentaires n'est pas une expérience très familière, sauf pour les peintres. Le genre de personnes comme j'ai été pendant un temps en ont entendu parler sans trop savoir de quoi il s'agit vraiment. De plus, en tant que physicien, je ne voyais pas à quelle caractéristique physique elle pouvait être reliée. Qu'es-ce qui est complémentaire dans des longueurs d'onde? Même pour les peintres, la notion est restée assez floue pendant longtemps, jusqu'au 19e siècle où des artistes et des physiciens ont étudié la nature de la couleur d'une façon nouvelle. Nous leur sommes redevables de la plupart des conceptions que nous utilisons maintenant.

Pour Charles Blanc, en accord avec les idées de son époque, la complémentaire est repérée comme étant la couleur opposée sur le cercle chromatique de la figure 1. On constate effectivement que le vert et le rouge sont complémentaires. De même, on a les paires bleu/orange, et jaune/violet. C'est aussi l'opinion de Johannes Itten, peintre suisse mort en 1967.

vert -     rouge
orange - bleu
jaune -   violet

Toutefois, cette définition reste imprécise, car elle dépend de la façon dont on choisit et place les primaires, et dont on fait le mélange. Pour un peintre qui cherche à créer des effets chaque fois nouveaux, peu importe la définition rigoureuse, du moment que l'effet émotionnel est atteint. Mais la notion intrigue. Un physicien américain, Ogden Rood, a cherché une définition plus objective. Deux couleurs sont complémentaires si leur mélange est susceptible de créer du gris dans certaines proportions. Le mélange peut être fait avec des peintures. Mais Maxwell, le physicien connu pour l'électromagnétisme, a inventé la méthode des disques tournants. Un disque est divisé en deux secteurs peints d'une couleur différente. Puis on le fait tourner suffisamment rapidement pour que l’œil ne distingue plus qu'une seule couleur, qui est la résultante des 2.

Avec cette définition, les couples complémentaires deviennent:

vert -     rose violacé (magenta)
rouge - bleu-vert (cyan)
jaune -   bleu

Les complémentaires sont placées à l'opposé l'une de l'autre sur les diagrammes de mélanges colorés soustractif ou additif (figure 5 et figure 13).  Les complémentaires traitées de cette façon s'expliqueront mieux quand nous aurons examiné les lumières colorées.

Saturation

mélanges de couleurs complémentaires

Figure 6. Mélanges de complémentaires en proportions variables. Au centre, on trouve le même gris.

Les peintres sont fascinés par les modification d'une couleur lorsqu'on la mélange à une autre, et en particulier à sa couleur complémentaire. La figure 6 (d'après l'ouvrage de J. Itten) montre l'étude du mélange de 2 couleurs complémentaires en proportion croissante. Au milieu se trouve le gris neutre, selon la définition des complémentaires.

Ainsi le rouge se transforme progressivement en gris. On dit qu'il est désaturé. La couleur saturée est la couleur franche. La désaturation marque l'éloignement de la couleur de son caractère de pureté en direction du gris. On la désigne aussi par le terme technique de chroma. Toutefois, on réalise également un éloignement de la saturation en ajoutant du blanc, donc en augmentant sa clarté, et on emploie aussi quelquefois ce terme de désaturation dans ce sens.

Les impressions colorées de l'œil

Comment 2 couleurs peuvent-elles se neutraliser? Est-ce juste une question de gout, ou bien peut-on trouver un processus objectif à la base de ce phénomène? La notion de complémentarité est-elle liée à une caractéristique physique mesurable des couleurs?

Il y a des expériences communes qui nous indiquent que la complémentarité des couleurs est effectivement un phénomène objectivable, même s'il faut être particulièrement attentif ou curieux pour s'en rendre compte. Soyons-le. J'ai déjà cité les expériences de Maxwell avec des disques tournants qui suggèrent combien l'impression visuelle joue un rôle important. C'est dans le fonctionnement physiologique de la vision que nous allons trouver la réponse, non dans la physique.

Expérience: Vous fixez longuement un objet jaune, par exemple un carré peint sur une feuille blanche, éclairé de façon intense, peut-être par le soleil de midi en été, puis vous fermez les yeux. Que percevez-vous? Il subsiste la vision d'une tâche de couleur. Autre façon: après avoir fixé le carré jaune, vous détournez le regard vers le fond blanc. Vous voyez également un carré se superposer au fond, et il a la couleur bleue ou violette, les complémentaires du jaune (cela dépend du jaune). Vous pouvez essayer en cliquant ICI (mais la lumière de votre écran n'est probablement pas assez forte). Ou encore tentez l'expérience en regardant un tuyau d'arrosage (jaune ou vert) au soleil, puis détournez votre regard à côté sur le sol ou dans le ciel.

Ce changement brusque entre une couleur et un fond blanc est nommé contraste successif (on va successivement de l'un à l'autre). Il existe aussi un contraste simultané. Un gris placé à côté d'un jaune parait légèrement violet.

La sphère des couleurs

sphère des couleurs

Figure 7. La sphère des couleurs, d'après J. Itten

Nous avons repéré trois caractéristiques de la couleur:

Modifions le cercle chromatique de la figure 1 en lui incluant la saturation qui va d'une couleur à sa complémentaire, en passant par le gris au centre. 

La sphère de Johannes Itten, imitée de celle de Runge, réunit les trois paramètres. A l'extérieur, on voit les teintes se dérouler tout le long de l'équateur. La luminosité s'étage du noir en bas au blanc en haut. C'est l'étoile chromatique de la figure 2 repliée en sphère (on comprend l'idée des pointes de l'étoile).

Dans le plan de coupe horizontal, les teintes sont sur le cercle extérieur, et la saturation va du centre vers l'extérieur. C'est le cercle chromatique que nous venons de composer.

Enfin, le plan de coupe vertical réunit ainsi la luminosité et la saturation.

Cette sphère va inspirer le codage numérique des couleurs que nous évoquerons à la fin de l'article.

Les lumières colorées

Pourquoi un objet change-t-il d'apparence en fonction de l'éclairage? Cette question nous entraine à examiner la nature de l'éclairage et des sources de lumière. Cela nous permettra ensuite d'aborder le mécanisme de la vision des couleurs.

Enseignes lumineuses à New-York

Enseignes lumineuses dans une rue de New-York
(merci à Jérôme)

Les couleurs diffusées par les enseignes lumineuses nous sont familières (voir l'illustration). Sentez-vous la différence de nature entre la couleur d'une enseigne et la couleur d'une peinture? Lorsqu'il fait nuit, le mur peint devient sombre, sa couleur disparait. Il ne produit pas de lumière par lui-même. Le jour, il se contente de renvoyer une partie de la lumière qu'il reçoit. L'enseigne lumineuse au contraire devient plus visible dans la nuit, car elle émet sa propre lumière.

Les sources de lumière colorée naturelles sont rares dans notre environnement. Nous recevons essentiellement la lumière du soleil, qui est blanche. Connaissez-vous d'autres sources naturelles? La lune, oui, mais elle réfléchit la lumière du soleil. Les couleurs des flammes, souvent jaunes avec le bois ou les bougies, peuvent changer selon la matière qui brule. Des insectes comme les vers luisants et les lucioles produisent leur propre lumière luminescente. Celle des vers luisants est un peu verdâtre. Notre expérience de la lumière colorée provient donc essentiellement des fabrications artificielles de l'homme.

Par quel procédé obtient-t-on de la lumière colorée dans une lampe, rouge par exemple? La lampe contient une ampoule ou un tube fluorescent qui émettent une lumière plus ou moins blanche. Pour la colorer, on l'entoure d'un filtre coloré (rouge), qui est peut-être le verre de l'ampoule ou du tube, teinté dans la masse ou recouvert d'une peinture translucide contenant des pigments. Le verre est un filtre en ce sens qu'il ne laisse sortir que la lumière rouge et absorbe les autres couleurs. Ceci fonctionne parce que le rayonnement de la lumière blanche contient toutes les couleurs pures. Examinons ceci.

Arc-en-ciel et gouttes de rosée

De très beaux exemples de lumière colorée nous sont offerts par la nature: l'arc-en-ciel et la goutte de rosée déploient la lumière blanche du soleil en un éventail de couleurs. De même, remarquons les faisceaux colorés renvoyés par le bord biseauté d'une vitre, ou encore par un objet décoratif en verre taillé suspendu au soleil derrière la vitre. Des reflets colorés sont projetés dans la pièce et dansent lorsque l'objet est en mouvement.

Observez les gouttelettes de rosée au matin lorsque le soleil est encore bas dans le ciel. Certaines vous renvoient des scintillements de couleurs. En vous déplaçant très légèrement, la couleur est modifiée et vous passez par la gamme des rouges, roses, jaunes, verts. C'est la lumière blanche-dorée du soleil qui est dispersée en éventail de composantes colorées.

Vous avez déjà observé un arc-en-ciel. Pouvez-vous dire quelles sont les couleurs et dans quel ordre elles sont disposées? Laquelle est en bas? Cliquez ICI pour en faire apparaitre un et vérifiez. [Votre réponse a-t-elle été dictée par vos observations? Ou par quelque chose que vous avez appris par cœur sans le vérifier? Je mets toujours en garde contre le savoir appris en boite de conserve! Une partie de mon travail professionnel consiste à suggérer un déconditionnement des idées reçues]

Il est d'usage de dire que l'arc-en-ciel comporte 7 couleurs. Pourquoi 7? En fait, on peut en dénombrer plus ...ou moins. Les couleurs de l'arc-en-ciel sont dues à la dispersion de la lumière solaire sur les gouttelettes de pluie, de la même façon que dans les gouttes de rosée. Toutefois, comme l'expliquent très bien L. Zuppiroli et M-N. Bussac (cf En savoir plus), la lumière est remodelée par les innombrables interférences entre gouttes et le résultat dépend de la taille et de la densité des gouttes. Selon les cas, des couleurs sont renforcées ou atténuées par rapport à d'autres, ou même éteintes.

Les tons rouges sont localisés au bord extérieur supérieur de l'arc, tandis que le bleu est en bas, à l'intérieur. Un deuxième arc apparait quelquefois au-dessus (plus à l'extérieur, avec un rayon plus grand). C'est une deuxième dispersion de la lumière. Dans ce cas, les couleurs sont inversées, le bleu se trouvant à l'extérieur. Notons également qu'il peut y avoir des arcs minces ou arcs surnuméraires bordant l'arc principal.

Le spectre de la lumière blanche

Spectre

Figure 8. La lumière blanche solaire est réfractée par un biseau de verre en un éventail de couleurs arc-en-ciel (Merci à D. Nicole)

Spectre de la lumière

Figure 9. Le spectre de la lumière solaire

Cercle chromatique continu

Figure 10. Le cercle chromatique continu

La tache multicolore que la vitre biseautée projette sur le mur a son analogue scientifique dans la décomposition de la lumière solaire blanche par un biseau (prisme) de verre, analysée par Isaac Newton au 17e siècle (figure 8). Dans le spectre, on retrouve toutes les teintes du cercle chromatique du violet au rouge, étalées de façon continue (figure 9). Aussi la lumière blanche peut-elle être considérée comme étant la synthèse de toutes les teintes.

Mais l'artiste est gêné par l'abandon du cercle. La disposition des couleurs sur une palette n'est pas seulement un truc pratique et fonctionnel. Un artiste vit dans ses couleurs, et ses couleurs sont vivantes en lui. Elles l'emportent dans un autre monde, de même que le musicien quand il joue ou compose. Un spectre linéaire avec un bout à gauche et un bout à droite ne représente pas ce que ressentent l'artiste et le philosophe (par exemple Newton, Paul Klee) qui se sentent mieux avec un cercle. Aussi, refermons ce spectre en un cercle (figure 10).

La jonction entre le violet et le rouge est réalisée par une couleur qui n'existe pas dans le spectre, mélange de bleu et de rouge, c'est le pourpre. C'est ce qu'a fait Newton pour construire son cercle chromatique, et c'est donc par là que se justifie l'ordre des teintes qui a été choisi. La différence avec le cercle des couleurs présenté plus haut (figure 1) est qu'il n'est pas segmenté en 12 ou 7 couleurs, mais continu avec un nombre infini de couleurs.

Les couleurs des 7 chakras

Figure 11.
Les 7 couleurs associées aux chakras

Alors pourquoi cette opinion générale que l'arc-en-ciel comporte 7 couleurs? Cela est lié aux interprétations de Newton lui-même sur le spectre. Cherchant des correspondances avec les 7 notes de musique dans une gamme, chiffre symbolique, il s'est ingénié à repérer 7 couleurs dans le spectre. Je pense que cela provient d'une connaissance ésotérique de Newton, dont on dit qu'il était lié aux milieux alchimiques. Ésotérique ne signifie pas bizarre et compliqué comme le langage populaire le laisse quelquefois entendre. Cela veut dire: réservé à un cercle d'initiés, et ceci est dû aux dangers d'exposer ces connaissances de façon publique. Elles concernent la constitution de l'être humain, son histoire, ses rapports avec l'univers, et les voies pour acquérir la sagesse.

Ainsi, on trouve le système des 7 couleurs dans la constitution subtile de l'être humain pour les couleurs liées aux chakras (figure 11) (voir article chakras et corps énergétiques). Plus étonnant, dans ses ouvrages sur la constitution divine de l'Univers (Traité des 7 rayons), Alice Bayley énonce que la lumière blanche divine est diffractée en 7 rayons colorés ayant chacun une fonction. Au cours des différents âges de la vie d'un individu ou de la vie de l'humanité, chacun d'entre eux devient prépondérant à tour de rôle par rapport aux autres.

  1. Rayon rouge: volonté ou puissance
  2. Rayon bleu: amour et sagesse
  3. Rayon vert: intelligence
  4. Rayon jaune: harmonie, beauté
  5. Rayon indigo: science, connaissance concrète
  6. Rayon rose argenté: idéalisme abstrait
  7. Rayon violet: magie, cérémonie

La couleur de la matière varie selon l'éclairage

Il nous est familier de constater qu'un citron est jaune, une cerise est rouge, votre chemise blanche, et votre robe décorée de motifs roses. Toutes ces couleurs sont des caractéristiques de ces objets et leur appartiennent, cela va de soi. Vraiment? Pas si sûr. Un exemple familier nous est donné lorsque nous choisissons un vêtement ou une étoffe colorée. Leur couleur varie selon que nous les observons à la lumière artificielle du magasin ou à la lumière du jour (familier surtout aux femmes, car généralement elles ont cette belle capacité d'être immédiatement sensibles à l'harmonie des couleurs!). Or nous attribuons une couleur donnée à l'objet parce que nous l'observons ordinairement à la lumière du jour et cela devient notre expérience de référence. Même si nous l'observons dans d'autres conditions, notre cerveau est capable, par comparaison, de l'imaginer en lumière du jour. Alors tentons de le laisser au repos, et observons sans interprétation, de façon brute:

Observations: A la lumière du jour, un citron mûr est jaune. Or si j'éclaire ce citron avec une lumière rouge, il apparait rouge. Si je l'éclaire avec de la lumière verte, il apparait vert. Une logique commence-t-elle à se dégager? La couleur de l'objet est-elle celle qu'il reçoit et qu'il renvoie à nos yeux? Comment alors expliquer le jaune en lumière du jour? Or si j'éclaire avec de la lumière bleue, le citron parait noir.

La conclusion est que la couleur est un phénomène global incluant à la fois la lumière d'éclairage et l'objet. Comme on verra plus loin, il inclue même l'oeil et le cerveau. La couleur est loin d'être une propriété de l'objet seul, même si celui-ci y tient y une part importante.

Absorption et diffusion de la lumière par la matière

Explication scientifique: Lorsque l'objet matériel est éclairé, il reçoit de la lumière, et il se produit entre les deux une interaction, comme entre deux personnages, une communication intime entre le rayonnement électromagnétique de la lumière et les atomes électriques de l'objet. Cette communication prend plusieurs aspects, plus ou moins manifestes selon la nature de l'objet (transparent, métallique, opaque, etc..). Une partie du rayonnement est absorbé, c'est-à-dire dispersé à l'intérieur de la matière. La couleur de l'objet, c'est ce qui n'est pas absorbé, c'est ce qui est renvoyé, réfléchi, transmis par la surface ou à travers l'objet s'il est semi-transparent.

Essayons de comprendre la couleur du citron. Sa caractéristique est d'absorber la lumière bleue et de laisser passer le vert et le rouge, dont le mélange donne du jaune (voir plus loin le mélange des lumières colorées). S'il est éclairé par du rouge, il le laisse passer de la même façon, mais comme le vert est absent, il parait rouge. Enfin, si je l'éclaire en bleu, la lumière bleue est absorbée et le citron parait noir.

Sources de lumière

Après cette constatation, le changement de couleur en fonction de la source d'éclairage s'explique aisément. Les lumières artificielles telles que les lampes incandescentes ou les tubes fluorescents n'ont pas la même composition en lumières colorées (n'ont pas le même spectre) que la lumière solaire blanche (figure 12). Or si les objets ne reçoivent pas la même lumière, ce qu'ils renvoient après en avoir absorbé une partie est également différent et leur aspect coloré change.

sources lumineuses

Figure 12.  Spectres de différentes sources de lumière. A- Lampe incandescente;
B- Lumière solaire du jour; C- Tube fluorescent   (Merci à H. Küppers)

La couleur des objets: rôle de la surface et de la texture

Forts de cette compréhension, arrêtez-vous sur les couleurs qui nous entourent. Qu'est-ce qui est coloré autour de vous? Dans la nature, les végétaux, tels les feuilles, les fleurs, doivent leurs couleurs aux colorants organiques qu'ils contiennent. Les pierres, de même que notre peau contiennent des pigments. Pour le reste, ce sont des objets peints ou teints. Il y a cependant des sensations colorées qui échappent à ces catégories. En rester à l'explication de l'absorption et de la transmission serait s'enfermer dans un schéma un peu trop simpliste. Comment rendre compte du caractère mat ou brillant d'une surface, ou de l'aspect irisé de la carapace des carabes dorés, par exemple?

L'état de la surface met en action d'autres aspects de l'interaction de la lumière avec la matière, qui s'ajoutent à l'absorption. Si la surface est polie, elle réfléchit une partie de la lumière comme un miroir. Si elle est rugueuse, elle présente des aspérités qui dispersent ou diffusent la lumière. La diffusion produit des interférences, sources de couleurs. La taille de aspérités ou des grains de matière joue sur ce phénomène et donne à la couleur des nuances très variées. Ce phénomène a lieu également dans les suspensions de particules dans les liquides. Les peintures blanches doivent leur blancheur à la taille des petits grains de pigments qu'elles contiennent. C'est également le phénomène d'interférence entre couleurs diffusées et réfléchies qui produit des irisations diverses.

Donc les molécules des pigments et colorants ne sont pas les seules responsables de la couleur. Les façons dont s'assemblent les molécules de la matière (voir article Les polymères, structures et propriétés), en ordre ou en désordre, en couches ou en grains, induisent diffusion et interférences de façon plus ou moins intense.

Mélange de lumières colorées

Puisque les sources colorées sont rares dans la nature, leurs mélanges le sont encore plus. Mélanger des lumières colorées, n'est-ce pas pure spéculation de laboratoire? Il est vrai que l'expérience commune nous rend bien plus familiers avec les mélanges de peintures qu'avec les mélanges de faisceaux lumineux. Toutefois, cette recherche présente un intérêt double. D'une part, nous ne pourrons pas comprendre la vision sans savoir comment se comporte l'oeil lorsqu'il reçoit un ensemble de faisceaux colorés. Ensuite, cette expérience vous est finalement familière, même si vous ne vous en être pas encore rendu compte. 

mélange additif de lumières colorées

Figure 13. Mélange additif de lumière colorées

En effet, lorsque vous êtes au spectacle, la scène est éclairée par plusieurs projecteurs qui envoient simultanément leurs lumières bleues, rouges, vertes, etc... à un emplacement précis. Être éclairagiste, c'est tout un métier, il faut bien connaitre la loi des mélanges. A vrai dire, les éclairagistes sont aidés par des ordinateurs programmés. Quant à vous, absorbés par le spectacle, vous n'êtes pas attentifs à la technique d'éclairage. Ce n'est donc pas là que vous avez été familiarisés.

Non, je veux parler des écrans de télévision et d'ordinateurs, celui sur lequel vous lisez ou avez affiché ce texte et ces images! Par quel procédé affiche-t-il la variété de couleurs de ces images? Prenez-donc une loupe et observez cet écran allumé, ou celui de la TV, dans un zone blanche. Vous verrez des colonnes de petits carrés ou rectangles de couleurs, alternativement rouges, vertes et bleues. Ensuite allez dans une zone colorée de la figure 13 et vous verrez les mêmes colonnes, mais les carrés ne sont pas tous allumés avec la même brillance. Ainsi, l'écran vous envoie des faisceaux de lumière colorée sous la forme de ces petits carrés de 3 couleurs.

Toutes les couleurs sont produites à partir de ces 3 couleurs primaires: rouge, vert, bleu (RVB). La figure 13 montre les mélanges les plus simples. Le jaune est le résultat de l'addition de vert et de bleu. Le blanc résulte de la superposition des trois couleurs. Comme les faisceaux (ou carrés) colorés ajoutent leur lumière, on dit que les mélanges obéissent au système additif, alors que les mélanges de pigments, qui absorbent la lumière, obéissent au système soustractif de la figure 5.

Avec ce système, la notion de complémentaire se précise (figure 13). Comme on l'a vu, la complémentaire du rouge est le cyan, mélange de vert et de bleu; et celle du bleu est le jaune. Deux couleurs sont complémentaires si leur addition reconstituent le blanc. Par la même, on comprend pourquoi un citron jaune absorbe la lumière bleue. En absorbant le bleu, il laisse seulement sa complémentaire, le jaune.

Le système additif en peinture et en imprimerie

On rencontre parfois également le système additif en peinture et en imprimerie, dans le cas où l'on juxtapose de minuscules points de couleurs, sans qu'ils se recouvrent, de façon similaire aux carrés de notre écran.

Ainsi, pour une impression sur papier avec les encres de base cyan, magenta et jaune par exemple, que se passe-t-il lorsqu'on combine l'encre jaune et l'encre cyan? Un premier passage dépose les points jaunes qui apparaissent jaunes parce qu'ils reçoivent la lumière blanche et lui soustraient la couleur complémentaire du jaune, le bleu, c'est le processus de soustraction. Dans un deuxième passage, qui peut être quasi-simultané afin que l'encre jaune ne soit pas sèche, si le point d'encre cyan est déposé sur le point jaune, il y a une soustraction supplémentaire du rouge, et nous obtenons la couleur verte.

Mais si les 2 points, le jaune et le cyan, sont disposés côte à côte, chacun d'eux renvoie une lumière colorée, l'une cyan, et l'autre jaune, et les deux faisceaux s'ajoutent, à condition que l'oeil ne les distingue pas, donc que leur distance soit inférieure au pouvoir de résolution de l'oeil. L'avantage, c'est que l'image gagne en luminosité, puisque les lumières s'ajoutent. La couleur résultante - pour l'oeil - du cyan et du jaune ajoutés est une couleur intermédiaire, du jaune qui tire sur le vert. 

En peinture, c'est exactement ce qu'ont pratiqué les impressionnistes. Ils déposaient de petits points de couleurs juxtaposés sur la toile. Leurs toiles gagnaient ainsi en luminosité. Dans ce cas, le système soustractif de la couleur de chaque point coexiste avec le système additif présent par l'addition des points voisins.

D'ailleurs, la même cohabitation existe dans l'écran d'ordinateur, car chaque carré de couleur (dont la juxtaposition crée des lumières additives, comme on l'a vu plus haut) est fabriqué avec un colorant qui s'allume sous l'effet d'un signal électrique. Dans le cas d'écrans à cristaux liquides, le carré émet une lumière blanche qui croît de façon progressive proportionnellement au signal électrique. La couleur est obtenue par de la même façon que les enseignes lumineuses, par une feuille colorée absorbante, donc par soustraction (voir le site sur les cristaux liquides).

Ces observations sont plutôt intrigantes. Comment concilier ce phénomène des mélanges de lumière avec notre connaissance du spectre arc-en-ciel? Comment puis-je obtenir du jaune en ajoutant du vert et du bleu, puisque sur le spectre de Newton, le jaune est dû à une longueur d'onde, le vert une autre et le bleu encore une autre? Question qui n'a pu recevoir de réponse que lorsqu'on a découvert les cellules nerveuses de la rétine et leur fonctionnement pour percevoir les couleurs.

La vision des couleurs

Détection de la couleur par la rétine

Structure de la rétine

Figure 14. Constitution de la rétine en 2 couches principales

Les chercheurs qui ont étudié la physiologie de la rétine ont découvert qu'elle était constituée de plusieurs couches de cellules (figure 14). La lumière traverse ces couches et stimule la plus profonde, dans laquelle on trouve des cellules nerveuses en forme de bâtonnets, et d'autres en forme de cônes qui sont sensibles aux couleurs. Il y a trois types de cônes, qui chacun répondent de façon différente aux lumières colorées. Un type est plus sensible à la lumière bleue, l'autre à la lumière verte et le troisième à la lumière rouge. Tiens, ce sont justement les trois couleurs primaires. Voilà qui donne une base objective à la théorie du système additif! Examinons donc cela de plus près.

Que signifie qu'une cellule est sensible? La sensibilité est le contraire d'indifférence. Cela veut dire que la cellule réagit à la stimulation. De quelle façon? Elle absorbe les photons (les particules du rayonnement lumineux) et produit un signal électrique en rapport avec la quantité de photons absorbés. On mesure les variations du courant électrique en fonction de la couleur de la lumière, c'est-à-dire de sa longueur d'onde. La figure 15 présente la sensibilité de chacun des types de cône.

Lorsque la rétine reçoit un rayon jaune monochromatique (ce qui veut dire une seule longueur d'onde, ici de 580 nm), les cônes rouges et les cônes verts sont excités (figure 15). Les cônes rouges produisent un courant environ 2 fois plus intense (~90%) que les cônes verts (~43%) (retenons - le pour la suite). Quant aux cônes bleus, ils ne sont pas touchés. C'est la détection de la valeur de ces 3 courants par le nerf optique qui indique au cerveau de quelle couleur il s'agit. Ainsi chaque couleur est spécifiée par la valeur des trois courants. On peut dire que ces trois valeurs sont le code de chacune des couleurs.

sensibilité des cônes de la rétine

Figure 15. Sensibilité des trois types de cônes en fonction de la longueur d'onde de la lumière. D'après Zuppiroli, Bussac et Grimm

Remarquons qu'un rayon vert dans la bande des 500 nm ou plus, n'excite pas seulement les cônes verts. Les 3 types de cônes entrent en jeu. Gardons en mémoire que la dénomination "cône vert" n'est qu'un repère commode de langage, qui évoque le pic de sensibilité maximum (ou presque!), et qu'en réalité chacun des types de cônes détecte un large spectre de couleurs.

Ainsi notre constitution physiologique nous permettrait de considérer une couleur comme la somme de trois couleurs primaires. Toutefois, cela semble contredire notre tendance naturelle à comparer les couleurs selon leur clarté et leur teinte. Eh bien, c'est que la couche de cônes examinée n'est que la première porte d'entrée vers le circuit nerveux. Après sa sortie des cônes, le courant électrique est acheminé vers les cellules ganglionnaires. Celles-ci effectuent un prétraitement en comparant les courants issus des cônes de différents types et de localisation voisine, ainsi que ceux des bâtonnets. Ces cellules ganglionnaires sont elles-aussi de trois types. Les une s'occupent du contraste noir - blanc, d'autres de l'opposition entre d'une part le signal bleu et d'autre part l'association des signaux rouges + verts, donc jaunes. Enfin la troisième catégorie effectue la discrimination entre les signaux des cônes rouges de ceux des cônes verts qui, comme le montre la figure 15, sont très proches. On retrouve donc la luminosité et les paires de couleurs complémentaires. N'est-ce pas étonnant?

Couleurs métamères

Examinons le cas où l'on envoie deux rayons monochromatiques rouge et vert sur la rétine. Rappel: monochromatique signifie qu'on a isolé une bande extrêmement étroite de cette couleur dans le spectre électromagnétique de Newton, et qu'elle n'a qu'une seule (-mono) longueur d'onde. Ceci est à opposer à la couleur produite par un ensemble complexe de longueurs d'onde comme celles de la figure 12. Ces deux rayons produisent la sensation de jaune. Le rouge excite les 3 types de cônes et le vert également. Dans chaque cône, les deux courants s'additionnent et leur somme est identique au courant produit par le jaune seul. La conclusion est surprenante: L'oeil est incapable de faire la différence entre le jaune monochromatique et le mélange d'un vert et d'un rouge monochromatiques. Au sens de la physique, il est leurré. Ceci pour notre plus grand bien, afin de percevoir la beauté du monde.

Des faisceaux colorés qui sont différents par leur composition spectrale, mais qui produisent la même sensation de couleur sont appelés des couleurs métamères. Cela veut dire simplement que tout en étant différents, ils transcendent leur nature d'origine (méta-) pour engendrer (-mère).

Explication scientifique: Précisons ce phénomène en estimant les courants produits par le jaune d'une part, le rouge et le vert associés d'autre part. D'après la figure 15, le rayon vert suscite des courants des cônes verts et des cônes rouges qui sont à peu près de la même grandeur. Pour obtenir la sensation de jaune (on l'a retenu plus haut!), il faut intensifier le rayon rouge jusqu'à ce que le courant résultant des cônes rouges devienne environ 2 fois plus grand que celui des cônes verts.

Des expériences d'observation de faisceaux colorés sur un écran blanc révèlent qu'il faut une intensité de rouge 16 fois plus grande que celle du vert (et pas de bleu) pour obtenir la sensation équivalente du jaune. C'est ainsi qu'on peut donner la composition de chaque couleur en ses trois composantes.

La perception des couleurs par le cerveau

perception de la couleur

  Figure 16. Les facteurs de la perception des couleurs: le faisceau lumineux, l'objet, l'oeil et le cerveau. Merci à  D. Nicole

La perception que nous avons de la couleur d'un objet dépend de 3 facteurs au moins: l'objet lui-même, l'éclairage, et l’œil. Mais c'est loin d'être suffisant. Comme dans le cas de la perception des sons (article Sons: physique et perception), c'est un autre acteur qui a le rôle principal,  le cerveau (figure 16).

Car si je vois la pomme jaune et rouge, c'est dans mon cerveau que se forme la sensation de couleur. Jusqu'à l'œil, la couleur n'est qu'un rayonnement électromagnétique, qu'il n'y a aucune raison de distinguer des autres tels que les infrarouges. Dans la rétine, elle se transforme en courant électrique, transmis au cerveau par le nerf optique. Ce courant est semblable à celui de n'importe quelle cellule nerveuse de n'importe quel muscle. C'est donc le cerveau qui a la capacité de traiter ces courants et d'interpréter ces perceptions en sensations colorées. Il leur donne un sens, au moins en termes physiologiques (ça vient de l'œil, etc...). Il peut éventuellement reconnaitre les couleurs et leur donner un nom.

La meilleure preuve que l'image colorée est la production du cerveau est qu'il peut en produire sans passer par l'observation par l’œil, sans que l'influx nerveux traverse la rétine et le nerf optique.

Vision extra-rétinienne des couleurs

Certaines personnes peuvent voir avec leurs mains comme une seconde rétine. Jules Romain a été l'un des premiers à étudier scientifiquement ce phénomène. Cependant, objet de railleries de la part de ceux qui pensaient qu'un phénomène ne peut pas être vrai s'il sort des normes admises, et qui s'imaginaient en savoir plus que quiconque sur le fonctionnement de la vie, il a été contraint à abandonner. Par la suite, ces recherches se sont développées en URSS et aux USA. En France, elles ont été reprises par Y. Duplessis. Elles ont révélé que la détection des couleurs ou des formes peut avoir non seulement par la paume des mains et les doigts, mais également par la nuque, le bout du nez ou le lobe de l'oreille. La perception est efficace même en diminuant l'éclairement en-dessous de la normale, y compris dans l'UV. 

Aura et vision décontractée

D'autres perçoivent des couleurs autour d'une personne, comme si elles émanent de cette personne, en relation avec son activité psychique. C'est ce qu'on appelle l'aura. L'expression "cette personne rayonne, il possède une grande aura", n'est pas apparue par hasard. Certains ressentent cette aura sans même le savoir et cela se traduit dans leurs sensations physiques et émotionnelles. La vision de l'aura semble être une fonction de l'œil, car il faut qu'il y ait un fond favorable, assez uni. Elle se produit lorsque l'œil est en détente complète, en regardant dans le vague. ll faut être déconcentré dans la vision, mais concentré (attentif) dans la tête. C'est donc contraire à nos comportements habituels qui sont d'être soit dans une observation volontaire et focalisée sur ce qu'on regarde, soit dans une rêverie avec le regard perdu. Il n'est donc pas étonnant que nous passions à côté de ce phénomène. La glande pinéale semble jouer un rôle dans cette vision.

Vision imaginaire

Enfin, il est possible de voir les yeux fermés. Et bien, vous ne rêvez jamais en dormant, vous ne partez jamais en rêverie même éveillés? Lorsque des souvenirs vous reviennent en mémoire, des images se présentent probablement à vous intérieurement. Sans l'intervention de la lumière, ni de l'œil. Dans les rêves, certains voient en couleur et d'autres non. Il est connu que l'absorption d'excitants chimiques et de drogues provoque des sensations colorées.

Le rêve éveillé et la visualisation sont des moyens de transformation de soi et de guérison de troubles psychiques (voir article La puissance de l'imaginaire). Vous êtes amenés à imaginer des scènes, des événements, des actions, et vous les voyez en couleur... les yeux fermés. Il est clair que la couleur prend naissance dans le cerveau.

Le codage numérique des couleurs

Jusqu'à ce point de notre exposé, nous nous sommes occupés des phénomènes de la couleur, des caractéristiques et qualités des couleurs. Nous entrons maintenant dans le domaine de la quantité et de la mesure, en apportant des informations utiles à ceux qui utilisent l'ordinateur pour écrire, modifier des images ou dessiner.

Vous lisez peut-être ce texte sur votre écran d'ordinateur. Le titre de ce paragraphe est bleu foncé sur fond jaune. Comment indiquer à mon éditeur de texte, que ce soit par exemple Microsoft Word, ou le logiciel libre NVU/Kompozer que j'emploie pour éditer les textes html (voir mon didacticiel d'initiation à l'édition de textes html), que je veux une lettre bleue? Et comment votre navigateur peut-il savoir ensuite qu'il faut afficher cette couleur que j'ai choisie? Cette indication est encore plus cruciale pour les images des photos de paysages du début de l'article. C'est donc le problème du codage numérique des couleurs d'une image.

Codes et nomenclatures

La recherche de codages a été effectuée bien avant les procédés numériques. Les fabricants de peinture doivent être capables de livrer à un client une peinture déterminée même plusieurs mois ou années après la première livraison. Ils ont donc besoin de formuler leurs couleurs par la proportion des pigments employés. Il est donc important de pouvoir définir une couleur avec un code donné. Son nom est déjà en soi un code. Toutefois, c'est insuffisant lorsque le nombre de couleurs devient trop grand, et on leur substitue des nomenclatures.

Images numériques

Une image est dite numérique (en anglais digital) lorsqu'on peut la coder par des nombres. On code sa luminosité et sa couleur. Imaginons une image sur papier. Pour la coder par des nombres, il faut la découper en petits carrés (rectangles ou autres) appelés pixels (picture elements). Une image numérique est faite d'un grand nombre de pixels. Plus le découpage est fin, plus il y a de pixels (autrement dit plus grande est la résolution en pixels par pouces - ppp), meilleur est le rendu, mais d'autant plus grand est le volume de mémoire occupée.

Pour représenter la luminosité, il faut également découper la progression du noir au blanc. Le blanc de cet écran est celui qui est obtenu quand l'éclairage permis par votre appareil est maximum. Quand il est éteint, c'est le noir. Entre les 2, on définit une certain nombre de niveaux de gris, tels qu'on les a déjà rencontrés pour découvrir la notion de clarté. Ordinairement, on en définit 256, numérotés de 0 à 255. De cette sorte, dans une image en noir et blanc, les pixels sont codés par 2 nombres qui donnent leur position dans l'image et un troisième qui est le niveau de gris.

Dans le cas d'une image en couleur, il existe deux grandes façons de coder la couleur: un système basé sur les couleurs primaires rouge, vert et bleu et un système basé sur les concepts de teinte, clarté et saturation.

Codage Rouge Vert Bleu

En étudiant les couleurs métamères, nous avons appris qu'une sensation de couleur pouvait être rendue à partir de trois composantes lumineuses rouge, verte et bleue, par des proportions ajustées de chacune d'elles. Comme l'écran fonctionne en allumant des carrés lumineux rouges, verts et bleus, il  suffit d'indiquer numériquement les valeurs des niveaux de luminosité des 3 composantes. C'est ce qu'on nomme le système ou espace colorimétrique RVB (rouge, vert, bleu) ou RGB (red, green, blue). Les valeurs sont codées ordinairement entre 0 et 255. Autrement dit, un pixel de couleur est codé par 5 nombres, dont 2 pour sa position et 3 pour sa couleur.

Dans les sélecteurs de couleurs des logiciels graphiques ou d'édition de texte, le système RVB est toujours présent, bien repéré et n'apporte pas de commentaires. C'est la base fondamentale de la gestion des couleurs par la technologie numérique.

Système TSL de représentation des couleurs

Figure 17. Système TSL de représentation intuitif des couleurs. Merci à Profil-Couleur

Système Teinte, Saturation, Luminosité

Toutefois, le système RVB n'est pas facilement manipulable, car il ne correspond pas à nos tendances naturelles. Comment éclaircir ou modifier la teinte d'une couleur comme on le fait spontanément en dessin, en ajustant le rouge, le vert et le bleu par exemple? Aussi on a inventé un autre espace colorimétrique plus intuitif basé sur les trois autres composantes, la teinte, la saturation et la luminosité. C'est donc la transposition de la sphère de Runge de la figure 7.

On peut le représenter sous forme de sphère ou de double cône (figure 17). Imaginez que la sphère est fabriquée en une sorte de pâte à modeler ou de tissu transparent, avec un équateur en cerceau rigide. Vous la prenez par ses deux pôles, le pôle nord blanc et le pôle sud noir et vous l'étirez pour la tendre. Elle se transforme en double cône. Vous voyez donc que sphère et double-cône sont la même chose un peu transformé.

Par le jeu de transformations élastiques de ce type, il est possible d'envisager d'autres représentations. En pratique, on trouve 3 versions de cet espace colorimétrique, selon la définition que l'on donne de la luminosité et de la saturation. Ce point reste un peu confus dans les articles de vulgarisation. Je vous recommande les sites bien documentés Profil-couleur et Pourpre.com dont j'adopte la terminologie (bien qu'elle ne soit pas complètement normalisée).

Codage TSL

Une première version, appelée système TSL - ou TLS soit en anglais, HLS ou HBS pour hue, lightness ou brightness, saturation - correspond à ce que je viens d'exposer. La luminosité va du noir 0% au blanc de 100%. Les teintes franches sont toutes au même niveau de luminosité de 50% (figure 17). Elles sont disposées sur le cercle équatorial de telle sorte qu'une teinte est à l'opposé de sa teinte complémentaire. Diminuer sa saturation l'amène vers le gris central.

La couleur dans Microsoft Word

Dans l'éditeur de texte Microsoft Word, vous pouvez choisir votre couleur sur la palette de couleurs prédéterminées, mais si vous allez dans "Autres couleurs", puis dans "Personnalisées", vous avez à votre disposition un sélecteur de couleurs qui vous offre le choix entre le système RVB et le système TSL. Teintes, saturation et luminosité sont étalées sur des échelles de 0 à 255. Les couleurs franches ont une luminosité de 128, soit la moitié de la valeur maximale.

Système Lab

Figure 18. Système Lab de codage des couleurs. Merci à Profil-couleur

La boite à couleurs

Dans ce petit logiciel téléchargeable gratuit de B. Chartier, La boite à couleurs, vous trouvez plusieurs systèmes de codage. Dans le système TSL (appelé TLS), vous pouvez choisir les unités d'affichage. Ainsi les teintes sont exprimées soit en octets de 0 à 255, soit en angle de 0 à 360° qui permet de vous repérer sur le cercle, soit en pourcentage de 0 à 100%.

Codage Lab

Ce système répond au besoin de mettre sur le même plan horizontal des couleurs de même niveau de gris comme on l'a fait dans la figure 3. On a pris le système TSL, mais on l'a étiré: le jaune est tiré vers le haut car sa luminosité est de 98% (il est difficilement visible sur fond blanc) tandis que le bleu est tiré vers le bas (luminosité 30% - voir tableau ci-dessous). Le repérage des teintes a également changé: l'axe a réunit les deux couleurs complémentaires rouge et vert, et l'axe b les couleurs complémentaires jaune et bleu.

Quelques exemples de codage de couleurs sont présentées dans le tableau. Ils montrent les différences de codage par 3 systèmes (RVB, TLS et Lab):

Couleur Systèmes
RVB TSL Lab Web
R V B T S L L a b
rouge 255 0 0 000 100% 100% 54% 81 70 #FF0000
jaune 255 255 0 060 100% 100% 98% -16 93 #FFFF00
vert 0 255 0 120 100% 100% 88% -128 127 #00FF00
bleu 0 0 255 240 100% 100% 30% 68 -112 #0000FF
Gris 193 193 193 000 000 76% 78% 0 0 #C1C1C1
Sélecteur de couleurs Adobe Photoshop

Figure 19. Le sélecteur de couleurs d'Adobe Photoshop propose 5 systèmes de codage de couleurs

La couleur dans Adobe Photoshop

Photoshop est un logiciel photo professionnel qui fait référence. Que propose-t-il dans son sélecteur de couleurs (figure 19)? Bien évidemment le système RVB, également le système Lab. Les teintes a et b sont repérées de -128 à 127 soit 256 graduations.

Il propose aussi un affichage de TSL, mais ce n'est pas celui que nous avons vu ci-dessus. Il s'agit de la troisième version de ce système, qu'on nomme habituellement TSV.

Codage TSV

TSV (Teinte, Saturation et Valeur) se caractérise par le fait que les couleurs franches se voient affecter une luminosité de 100% quelle que soit la teinte, au lieu de 50% pour TSL. Cela signifie qu'on a changé de définition de la luminosité, car si vous voulez aller vers le blanc, que faut-il modifier? Ici, éclaircir, c'est désaturer. Quand on désature, on ajoute du blanc, non du gris. Le blanc est défini par L=100% et S=0.  Le nom de ce système n'est pas normalisé, il s'appelle aussi TSL ou TLS mais on précise "simple cône" par opposition à l'autre TSL qui est "double cône", comme le montre la figure 17.

Ce système n'est pas vraiment intuitif pour notre usage. Il est adapté à d'autre utilisations. Dans NVU, logiciel d'édition de texte pour le web en html, que j'utilise pour écrire ce texte, le sélecteur de couleurs n'offre, en plus de l'incontournable RVB, que ce système TSV. Ce n'est pas vraiment le meilleur choix. On le trouve également dans la boite à couleurs qui propose absolument tous les systèmes sauf Lab.

Autres codages

Un autre système souvent indiqué (Adobe Photoshop, La boite à couleurs) est CMJN (Cyan, Magenta, Jaune et Noir). Ce sont les encres de base employées dans l'imprimerie. Ce système permet donc de simuler l'impression. Voir les sites spécialisés cités ci-dessous pour plus de détails.

Enfin, remarquons la nomenclature des couleurs pour le web, reconnaissable à son premier caractère, le # (figure 19).

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En savoir plus

Mes articles

Le son: physique et perception. Le phénomène de perception de la couleur est analogue à celui de la perception des sons.

Matière et rayonnements, les concepts fondamentaux de la physique. Atomes et électrons - Mouvement des corps matériels - Ondes de lumière et ondes sonores

Les chakras et les corps subtils. Les centres d'énergie du corps humain sont associés aux "7 couleurs de l'arc-en-ciel".

La puissance de l'imaginaire (visualisation et rêve éveillé). La lumière et l'œil ne sont pas indispensables pour former des images. Il est possible de visualiser des images et des couleurs les yeux fermés.

Livres et articles imprimés


Traité des couleurs, L. Zuppiroli, M-N. Bussac, Ch. Grimm, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 2001. Je lui ai emprunté de nombreuses informations.

L'art de la couleur, Johannes Itten, Dessain et Tolra, réédition 2004. Existe en version abrégée.

La couleur en photographie, Harald Mante, Dessain et Tolra, 1977

Les couleurs visibles et non visibles, sous la direction de Yvonne Duplessis, Rocher, 1984

La thérapie par les couleurs, Anne-Marie Lambert-Farage, Guy Trédaniel, 1989. L'effet psychologique des couleurs.

Sites sur internet

Avertissement: j'ai parcouru tous ces sites, mais je ne les ai pas tous examinés. Je n'ai donc pas estimé leur valeur pédagogique.

2 sites excellents entièrement consacrés à la couleur:

Pourpre.com, le monde de la couleur, les couleurs du monde. Articles, nuanciers, outils. De nombreux liens
La boite à couleurs, Benjamin Chartier. Un des outils de Pourpre.com, à télécharger gratuitement. Très utile pour choisir une couleur pour l'édition informatique (textes, pages web, graphisme). Avec une pipette pour prélever une couleur n'importe où dans votre écran.

Comprendre la couleur et ses profils, maitriser la calibration et la gestion de la couleur. Profil-couleur. Je lui ai emprunté certaines illustrations.

Une approche neurologique de la vision:

La vision. Le cerveau à tous les niveaux. Bruno Dubuc. Site très bien documenté

Des cours sur la couleur et la colorimétrie:

Cours de Daniel Nicole. Aborde de façon synthétique tous les aspects de la couleur permettant de l'utiliser techniquement. Ce cours apparait dans le site de F. Lombard, TECFA, Faculté de psychologie et des sciences de l'éducation à Genève. Il donne de nombreux autres liens. Je lui ai emprunté certaines illustrations.

La théorie des couleurs par Harald Küppers, Institut Fraunhoffer pour la publication intégrée et l'information, Darmstadt, Allemagne. Je lui ai emprunté certaines illustrations.

Site sur la Colorimétrie. Étude sur la couleur, imprimerie, lumière. Nombreux articles

Reproduction originale d'images d'intérêt historique sur la vision des couleurs. Hans Irtel, Faculté des Sciences sociales, Mannheim, Allemagne. En allemand. Je lui ai emprunté certaines illustrations.

Lumière, et Codage informatique de la couleur. Site Comment ça marche? Un livre ouvert sur l'informatique. Communauté informatique

Dans Wikipedia, encyclopédie libre et participative:

Couleur
Arc en ciel
Spectre électromagnétique
Représentation CIE Lab
Codage informatique des couleurs

Texte conforme à la nouvelle orthographe française (1990)

20 Juillet 2006