Il est difficile, voire impossible de décrire une couleur uniquement par des phrases.
Il existe tellement de nuaces de chacune d'elles !

Comment être sûr qu'un interlocuteur à distance ou un correspondant
s' imagine exactement la nuance que vous vous efforcez de lui décrire ?

Il est donc logique de créer un nuancier de référence
sur lequel on a porté toutes les couleurs visibles possibles
et que l'on a doté d'un système de coordonnées
permettant de repérer chacune d'entre-elles par des nombres.

Une manière de quantifier la couleur en quelque sorte.

Si les deux interlocuteurs se réfèrent à tel nuancier, rendu public,
le seul énoncé de ces nombres leur permettra de localiser exactement
la couleur dont on parle, soit dans un document, soit au téléphone, etc.

Dès 1931, La CIE (Commission Internationale pour l'Eclairage)
proposait le premier standard de ce type.
Ce standard a été revu et amélioré en 1976 et réadapté plusieurs fois depuis.

Dans tous les domaines, la standardisation a pour but de définir scientifiquement
les caractéristiques des grandeurs intervenant dans les produits commercialisés
aux fins de vérification de conformité.

La photographie, le cinéma, la télévision :
des industries qui, en leur temps, en sont toutes venues à la couleur,
ont provoqué cet intérêt pour promouvoir des méthodes permettant de définir
scientifiquement le concept de couleur.

Il y a donc lieu d'étudier les mélanges de lumières colorées sur le plan de la physique
en confrontant les données de celle-ci avec les perceptions physiologiques qu'elles provoquent.

Lumières monochromatiques

Physiquement, la lumière est constituée de radiations électromagnétiques :
Suivant leur longueur d'onde, ces radiations sont vues par l'oeil humain comme des couleurs différentes .
A chaque longueur d'onde (dans certaines limites) correspond une couleur perçue.
C'est ce qu'ont confirmé des tests sur de larges panels d'individus.

Voici une correspondance entre la couleur perçue et la longueur d'onde de la radiation lumineuse présentée.


Fréquences : de 790 THz (violet extrême) à 384 THz (Rouge extrême)
1 THz = 1 TéraHertz = 10¹² Hz = 1 000 000 000 000 Hz = 1000 GHz GigaHertz = 1000 000 MHz MégaHerz

Une lumière produite par une radiation électromagnétique d'une seule fréquence
est dite : "Monochromatique".

Un dispositif expérimental
Le Monochromateur

Une source de lumière blanche, un prisme
et un écran opaque percé d'une fente très étroite côté lumière émergente
pour isoler l'une quelconque des couleurs monochromatiques de la lumière blanche.

Dans cet exemple, on a isolé une couleur jaune.

C'est un dispositif expérimental que l'on peut utiliser pour générer des lumières monochromatiques.
Les mélanger additivement.
Les présenter à un large panel d'observateurs
afin qu'il s'en dégage un consensus sur la correspondance ou non
de la couleur obtenue à telle couleur observée sur un nuancier.

C'est une base expérimentale qui permettra d'associer les paramètres mathématiques définissant des couleurs,
(que nous aborderons dans la suite),
à des couleurs réelles observées par l'humain moyen.

Mais...

Dans le spectre des couleurs monochromatiques précédent,
vous n'y verrez aucune des couleurs suivantes :

C'est que ces "couleurs" ou "apparences de couleurs" ressenties par l'oeil humain
(et, peut-être d'autres animaux...???...)
ont été produites par un mélange d'un nombre limité de couleurs dites "primaires" .

Cela se nomme une "polychromie"
"Trichromie" lorsqu'on mélange trois couleurs, "Tétrachromie" lorsqu'on mélange quatre couleurs, etc...

Dès 1931, la CIE (Commission Internationale pour l'Éclairage)
a proposé ce moyen graphique pour associer à chaque couleur trois nombres x,y,z
nommés "coordonnées chromatiques" ou "coordonées trichromatiques".

Le diagramme ci-dessous, dit "Diagramme de Chromaticité",
présente trois axes de coordonnées orthogonaux Ox, Oy, Oz.

L'axe Oz, perpendiculaire en O à xOy, est vu de profil.

Apparemment, sur ce diagramme, deux coordonnées x,y suffisent à désigner une couleur.
C'est que, comme nous allons le voir, la coordonnée z ajoute seulement une indication
pour en déterminer l'intensité.
Mais , comme seule nous intresse ici la couleur ; x et y suffiront.

Comment a été construit le diagramme de chromaticité ?

Par convention, chaque couleur est mathématiquement représentée dans l'espace à 3 dimensions
par un vecteur d'origine O.

Exemples : vecteurs C1 et C2 ci-dessous



Par définition :

Coordonnées trichromatiques x,y,z

Le diagramme de chromaticité est dessiné dans l'espace sur le plan passant
par les extrémités ABC des trois vecteurs unitaires du repère Oxyz.


La figure du diagramme de chromaticité coloré ci-dessus ,
présente ce plan ABC comme vu parallèlement à l'axe Oz.

Le plan ABC a pour équation x+y+z=1
Ce qui signifie que tout point du plan du diagramme de chromaticité
est repéré par des coordonnées x,y,z satisfaisant mathématiquement aux conditions :

Un point, mettons C1, du diagramme trichromatique, ayant pour coordonnées x1,y1,z1
correspond à un vecteur OC1 dont le support perce le diagramme en C1.
(voir fig. préc.)
D'après les conventions, le vecteur OC1 représente une couleur.
x1 et y1 suffisent à déterminer cette couleur puisque : x+y+z=1

Combinaisons des couleurs du diagramme entre-elles.

Soient C1 et C2 deux points à l'intérieur de la partie colorée du diagramme de chromaticité
représentant deux couleurs.

Par définition, le vecteur somme C1+C2 représente la couleur obtenue par mélange additif des couleurs représentées par les vecteurs C1 et C2. Nommons P1 P2 P3 les points où les vecteurs C1 C2 C3 percent le plan ABC d'équation x+y+z=1. C3 se trouve sur le segment C1C2. Les points du segment C1C2 représentent les couleurs résultant du mélange des couleurs représentées par les points C1 et C2. Plus l'intensité de la composante C1 sera grande par rapport à celle de la composante C2, plus le point C3 sera proche de C1. Donc : plus   la proportion de la couleur C1 dans C3 sera grande (jusqu'à 100%) moins la proportion de la couleur C2 dans C3 sera faible (jusqu'à 0).

Ces propriétés dérivent de la construction mathématique du diagramme.
Démonstration ici :

Dans le même ordre d'idées !

Il découle de la définition mathématique des coordonnées chromatiques
que le mélange additif de trois couleurs représentées par trois points C1 C2 C3
à l'intérieur de la partie colorée du diagramme de chromaticité
est une couleur représentée par un point Ci intérieur au triangle C1 C2 C3.

Nous verrons l'importance de cette propriété dans la construction d'un Gamut

Oui...mais quel est le rapport entre ces coordonnées mathématiques
et les couleurs réelles portées sur la surface du diagramme de chromaticité ?

Autrement dit, pourquoi, par exemple, le voisinage du point ( x = 0,3 ; y = 0,15)
a -t-il été peint en violet ? Et pourquoi ce violet-là précisément ?

Nulle théorie mathématique ne permet de prévoir la couleur de tel mélange de couleurs.
La reconnaissance d'une couleur, répétons-le est un phénomène purement psychique, culturel,
même s'il a pour origine des stimuli physiques réels sur des organes visuels.

Le principe consiste à réaliser des expériences où l'on crée physiquement des couleurs réelles
par un phénomène permettant d'en mesurer l'intensité.
Un monochromateur, par exemple.

En mélangeant additivement ces couleurs deux à deux dans des proportions x y
on peut le peindre dans la couleurla plus proche possible chaque point x,y du diagramme.

On interroge de larges pannels d'observateurs
sur la concordance des couleurs réelles et celles portées artificiellement dans le diagramme.

Suit un exemple particulier illustrant cette démarche.




Lieu spectral

On nomme ainsi la ligne qui borde la partie colorée du diagramme de chromaticité .
Il s'agit des points correspondant à toutes les radiations monochromatiques visibles.

Elle est graduée de 420 nm à 680 nm les longueurs d'onde des radiations visibles.
Chaque point représente la couleur monochromatique correspondant à la seule longueur d'onde indiquée.

Il est possible de produire chaque couleur à l'aide d'un monochromateur. (Définition ci-dessus)
On peut donc observer chacune de ces couleurs monochromatiques
et d'en peindre les points du diagramme de chromaticité proches du lieu spectral.

Bien entendu, cette correspondance a été confirmée par de larges panels d'obserateurs
avant d'être diffusée comme standard.

Et pour les couleurs internes du diagramme ?

Une des possibilités consiste à mélanger additivement les couleurs du lieu spectral deux à deux.
On en connaît les longueurs d'onde et on peut les générer chacune avec un monochromateur

Les points du segment qui sépare ces deux monochromatiques
se trouvent tous dans le diagramme de chromaticité.

Physiquement, on peut visualiser le mélange additif des deux monochromatiquees
dans des proportions d'intensité variables.

Pour chacune d'elles on peut déterminer le point représentatif
en fonction des proportions d'intensités données expérimentalement.

Et peindre le voisinage de ce point à la couleur visualisée.

Couleur Blanche

x=y=z = 1/3
représente le point pour lequel le mélange des trois couleurs primaires (fictives)
se fait avec les mêmes proportions de ces primaires.
Même énergie pour chacune, il est nommé Blanc Équiénergétique E.

En fait, le blanc est une notion psycho-physiologique très relative.
Un linge qu'on croyait blanc semble soudain gris lorsqu'il est comparé à un autre "plus blanc".
En toute rigueur il faudrait remplacer "blanc" par "le gris le plus intense" ...
... mais, commercialement, c'est très dépréciatif !

Laissant là ce problème de goûts et couleurs,
nous nommerons "Blanc équipotentiel" un mélange à proportions égales des trois couleurs de base.
x=y=z = 1/3

Quelles sont les trois couleurs primaires permettant, par mélange additif,
d'obtenir toutes les couleurs du diagramme ?

Gamut

Rappelons que le diagramme de chromaticité représente toutes les couleurs visibles.

Les trois sommets du triangle figurent trois couleurs dont les combinaisons,
dans diverses proportions, donneront l'ensemble des couleurs situées à l'intérieur du triangle.

Ce diagramme est très utile pour qualifier la gamme de couleurs reproductible par un système réel de trichromie
dont les pigments servant à générer additivement les couleurs ont précisément les couleurs des sommets du triangle.

Plus les pigments généreront des couleurs proches des couleurs saturées meilleure sera la reproduction.

Luminance - Chrominances

Mais... l'oeil n'est pas également sensible à toutes les couleurs.
Il manifeste une plus grande sensibilité au jaune, une moindre au rouge, et encore moins au bleu (le jour).

On a donc été amené à affecter expérimentalement
des coefficients aux coordonnées trichromatiques x, y, z.
de telle manière que la somme ainsi pondérée corresponde mieux à la vision humaine des gris plus ou moins clairs.

Mais il y a là plusieurs manières d'opérer suivant les applications pratiques.

Lorsque les premiers téléviseurs couleur apparurent,
il fallut conserer la compatibilite des signaux rerçus en antenne
avec ceux qui étaient destinés aux anciens téléviseurs encore en usage,
(dits "Noir et Blanc" ou "monochromes"
mais qui ne pouvaient que présenter des images dans une gamme de gris
allant du noir au blanc)

Le signal destiné aux téléviseurs monochromes
traduisant en fait le plus ou moins grand éclairement de chacun des points de la scène filmée.

On nomma ce signal la "luminance" et on le désigna par y.
(Pas de rapport ici avec la composante chromatique " y "
que nous avons rencontrée dans le diagramme de chromaticité)

Problème : les caméras qui filmaient les scènes en couleurs "caméras trichromes"
pour chaque point de la scène, fournissaient trois signaux dits "RGB" (Rouge, Vert (Green), Bleu)

Question :
Comment construire le signal de luminance y destiné aux téléviseurs monochromes ?

Sans doute pas en les additionnant car l'oeil ne perçoit pas tous avec la même intensité.
Les verts étant perçus comme pus intenses que les rouges,
les bleus encore moins intenses que ces derniers)

Après des tests sur de larges panels d'individus, la luminance y fut pondérée
pour le système de télévision PAL(Phase Alternation Line) :

Et les téléviseurs en couleurs, comment s'accomodaient-ils d'un tel signal ?

Pour eux, seuls étaient exploitables le signaux : r g b .

Solution : l'émetteur envoyait les 3 trois signaux suivants :

Matriçage
Ayant reçu ces trois signaux séparément, le téléviseur trichrome était doté d'un système dit de matriçage
qui extrayait les signaux r g et b des signaux y , (r-y) , et (b-y)
C'est un simple additionneur/soustracteur matriciel.

Pourquoi envoyer (r-y) plutôt que "r" ? Et pourquoi envoyer (b-y) plitôt que "b" ?

Les signaux de différence occupent une bande passante moindre.
Ceci pour exploiter un fait physiologique :
Il suffit très peu d'intesité de couleur aux cônes pour restituer l'impression naturelle.
Les signaux (r-y) et (b-y) sont beaucoup plus faibles que r et b
La bande passante de la porteuse sera plus étroite.
Et la bande passante coûtait cher !
(Cela a encore empiré de nos jours).

Aujourd'hui, avec les progrès des technique télévisuelles,
s' imposent de nouvelles normes : SDTV (Standard Definition TeleVision)
Inutile de le décrire ici,
ce sont des variantes de celle-décrite ci-dessus mais basées sur les mêmes principes.

Les pages web comme celle que vous observez actuellement sont colorées.

Comment le programmeur désigne-t-il telle ou telle couleur pour telle ligne de texte ou telle case d'un tableau ?

La désignation des couleurs est très différente de celle présentée dans la présente page.
A application différente, technique différente !

Comme les programmeurs sont exercés au binaire et à l'hexadécimal,
les proportions des intensites des trois primaires additives RGB
sont déterminées par des octets (00000000 à 11111111)
qui peuvent être écrits en hexadécimal (00 à FF)
ou en décimal (0 à 255)

Cette notation fait l'objet d'un autre cours dans ce site.
Vous pouvez vous y rendre en cliquant sur le carré ci-contre :

Jusqu'à maintenant, nous nous étions intéressés à la lumière produite
par addition (synthèse additive) de deux, trois, ou plusieurs lumières colorées.

Mais un corps, même non coloré (corps noir), peut émettre de la lumière si on le chauffe suffisamment.
(Expressions courantes : "Fer chauffé au rouge", "au blanc", etc...)

Les radiations électromagnétiques lumineuses qui constituent la lumière sont produites au sein des atomes
par les déplacements rapides de charges électriques (dont les électrons) équivalant à des courants,
lesquels, selon les lois de Faraday, vont produire des courants induits à distance.

Ces phénomènes sont accentués par l'élévation de température favorisant l'agitation thermique .

Plus la température augmente, plus l'agitation thermique est forte, plus les fréquences d'oscillation sont élevées,
ce qui favorise les émissions de lumières de longueurs d'onde de plus en plus courte.

Un fer fortement chauffé commence par émettre une lumière rouge-cerise.
Puis, à des températures plus élevées : un rouge plus clair,
puis jaune, puis une jaune très clair à la limite du blanc,
puis un blanc intense, puis un blanc éblouisssant tenté de bleu...de plus en plus dangereux pour la vue !

Il y a une relation étroite entre la température d'un corps et la composition de la lumière qu'il émet.

Les sources lumineuses à basse température (bougie, ampoule électrique de faible puissance)
émettent une lumière d'apparence orangée où domine le jaune.
(dite, paradoxalement, "lumière chaude"
alors qu'elle correspond à des sources à relativement basse température)

Les ampoules de forte puissance, dont les filaments sont chauffés à des températures plus élevées,
émettent une lumière nettement moins jaune et tirant vers le bleu.

Les tubes fluorescents émettent une lumière blanche teintée de bleu.
(souvent dite "lumière froide" alors que dans ce cas,
la lumière n'est pas produite par la température mais par fluorescence.)



Puisqu'il y a relation étroite entre la qualité de la lumière produite par un corps chaud
et sa température, la seule donnée de cette température peut qualifier l'aspect de la lumière
émise par une source.

La Ex. La lumière du jour varie entre :

Les photographes tiennent compte de la température de couleur dela lumière.

En studio, des ampoules d'éclairage de faible température de couleur produisent des images rougeâtres.
On utilisait des ampoules ("PhotoFlood") fabriquées pour des tensions plus faibles que celle du secteur.
Elles étaient donc "survoltées" : leurs filaments étaient proches de la fusion.
Elles émettaient un blanc d'un bel aspect...mais, à ce régime, elles duraient très peu de temps !

En revanche, les "flash électroniques" produisent des images aux couleurs dites "froides"
(c'est un terme paradoxal, car la température de couleur des "flash" est très élevée).

On remédiait jadis à ce défaut en utilisant des pellicules spéciales
prévues pour telle gamme de "température de couleur" notée en degrés Kelvin.
Il y avait les pellicules pour "Lumière du jour" et d'autres pour "Lumière artificielle".