La colorimetrie est la discipline psychophysique qui se donne pour objectif la mesure de la couleur . Elle relie des mesures physiques effectuees sur la lumiere aux perceptions colorees.

La lumiere est un rayonnement electromagnetique qui ne peut se decrire completement que par son spectre  ; mais il suffit de trois grandeurs numeriques derivees de mesures du spectre lumineux pour reperer la couleur de sorte qu'on puisse effectuer, a propos des lumieres en question, des comparaisons de couleur valides sans les voir ^{[ 1 ]} .

La colorimetrie appuie l'examen visuel dans tous les cas ou une constatation objective est souhaitable, comme dans le controle de qualite des peintures, vernis et teintures ; dans le reglement des litiges entre fournisseurs et clients, ou entre fabricants pour des questions de modeles ; et aussi dans le cas ou une precision superieure a celle de l'evaluation visuelle est necessaire, comme en chimie ou, plus recemment, dans le suivi de la maturation des fruits sur l'arbre.

La colorimetrie de base, etudiant la reaction humaine a des stimulus lumineux isoles, a ete developpee a partir du milieu du XIX ^e  siecle . Les etudes colorimetriques se sont poursuivies avec l'etude plus complexe des ecarts de couleur, de l' adaptation visuelle et de l'interaction des couleurs, et des caracteres visuels plus complexes comme la transparence , le brillant , le nacre , dont la perception est inseparable de celle de la couleur.

En chimie , la colorimetrie est une methode de dosage des solutions par mesure de l'absorption d'une lumiere calibree a travers une eprouvette.

Principes [ modifier | modifier le code ]

La couleur est la perception visuelle humaine de la repartition spectrale de la lumiere . Cependant, le rapport entre l' analyse spectrale du rayonnement lumineux et la perception des couleurs est complexe. Il y a un tres grand nombre de repartitions spectrales possibles : en divisant les longueurs d'onde en 100 plages de 3  nm entre les extremes de 400 et 700  nm , et en mesurant pour chacune seulement 10 niveaux d' intensite lumineuse , dix milliards de combinaisons sont possibles ; alors que cette quantification est plutot grossiere, mais qu'il n'y a pas apparence que la vision humaine puisse distinguer autant de nuances.

Mesurer la couleur semblerait une tache impossible, si les artistes et teinturiers n'avaient, depuis la Renaissance au moins, remarque qu'avec seulement trois teintes bien choisies, on peut reproduire une enorme quantite de teintes. Newton , au XVII ^e  siecle , enonce que la lumiere blanche est un melange de couleurs. Au XVIII ^e  siecle , Thomas Young formule l'hypothese que l'œil possede trois types de recepteurs ; un siecle plus tard, James Clerk Maxwell remarque qu'on peut, en melangeant trois lumieres de couleurs bien choisies dans des proportions appropriees, produire une lumiere de meme couleur qu'une gamme tres etendue.

Partant de cette constatation, et des travaux de Helmoltz , des systemes de mesure de la couleur ont ete progressivement mis au point. La constitution de la Commission internationale de l'eclairage en 1913 a permis, en 1931, l'adoption de normes pour ces systemes, constamment perfectionnes depuis.

Stimulus

En colorimetrie, on compare des melanges de lumieres colorees aussi isolees que possible des autres sensations visuelles afin de s'affranchir des complexites des interactions de couleurs . Ces melanges sont des stimulus au sens de la psychophysique .

Arithmetique des couleurs

On suppose, par des postulats dits lois de Grassmann et d' Abney que les sensations lumineuses sont lineaires , ce qui permet de faire toutes les operations arithmetiques sur les proportions de lumieres melangees.

Combinaison de couleurs primaires

On constate que toutes les couleurs, quel que soit leur spectre physique se percoivent identiquement (voir couleur metamere ) a une combinaison d'addition ou de soustraction de seulement trois lumieres choisies arbitrairement, pourvu que l'on ne puisse pas reconstituer la troisieme a partir des deux autres. Les systemes optiques peuvent seulement ajouter les lumieres, la soustraction est une operation intellectuelle ulterieure. Si Lumiere X + p3 × Primaire 3 = p1 × Primaire 1 + p2 × Primaire 2 , le postulat de linearite permet d'ecrire Lumiere X = p1 × Primaire 1 + p2 × Primaire 2 - p3 × Primaire 3 . Toutes les couleurs peuvent donc se definir par trois valeurs.

Chromaticite

On suppose que la couleur est une propriete independante de la luminosite, et on l'appelle chromaticite ^{[ 2 ]} .

Aucune de ces methodes et definitions ne correspond exactement a la vision humaine ; elles ont l'avantage de permettre une approximation generalement appelee colorimetrie de base , plus tard raffinee avec la colorimetrie des differences de couleur, qui prend en compte les ecarts a la linearite de la vision humaine, donnant plusieurs espaces colorimetriques .

Parallelement, se basant egalement sur des etudes psychophysiques , des savants et des praticiens ont etabli des systemes de description de la couleur bases sur la comparaison avec des echantillons reunis dans des catalogues. Albert Henry Munsell , se basant sur le cercle chromatique bien connu des artistes peintres , et tentant d'obtenir un ecart perceptuel constant entre ses echantillons, cree son nuancier en 1909. Plus recemment, la compagnie Pantone diffuse un nuancier de 1000 teintes, permettant aux professionnels de communiquer des reperes de couleur. Ces catalogues ne sont pas a proprement parler des systemes colorimetriques : leur usage repose sur l'appreciation visuelle par une personne de la proximite de la teinte a referencer ; mais ils sont d'un usage courant chez les professionnels des arts graphiques , en raison de leur adequation a leurs besoins.

Longueur d'onde dominante et purete colorimetrique [ modifier | modifier le code ]

L'etablissement d'un systeme colorimetrique commence par des experiences visuelles. On definit une lumiere comme la lumiere blanche. Un monochromateur permet d'avoir une lumiere dans une gamme de longueurs d'onde tres etroite. L'observateur compare, soit en les regardant soit alternativement, soit en cote a cote, la lumiere a identifier et un compose de lumiere blanche et de lumiere monochromatique, dont il ajuste la couleur et la proportion de lumiere blanche jusqu'a ce que les deux lumieres coincident. On obtient ainsi une mesure de la lumiere, compose de trois grandeurs :

• l'intensite lumineuse ;
• la longueur d'onde dominante ;
• la purete colorimetrique, qui est la proportion de l'intensite due a la longueur d'onde dominante.

Partant du principe que la couleur est ce qui differencie deux lumieres d'egale intensite, on peut considerer que deux grandeurs definissent la couleur :

• la longueur d'onde dominante ;
• la purete colorimetrique, qui est la proportion de l'intensite due a la longueur d'onde dominante.

Avec deux grandeurs, on peut etablir un diagramme. Mais il est plus commode de resoudre la question de la couleur a partir de la trichromie.

Analyse trichrome [ modifier | modifier le code ]

On a systematise l'experience de Maxwell, qui a montre qu'un melange opportun de trois lumieres monochromatiques permet la synthese d'une grande partie des couleurs.

L'observateur va apairer la lumiere inconnue a un melange des trois lumieres monochromatiques choisies. Si c'est possible, on obtient directement les coefficients. Si on n'y parvient pas, on ajoute a la lumiere inconnue une proportion d'une, ou si necessaire deux des lumieres de base, et chercher les coefficients de cette lumiere composite. On soustraira ensuite les coefficients des lumieres ajoutees a la lumiere inconnue. On arrive, de la sorte, a des coefficients negatifs.

La lumiere composee de deux autres lumieres est toujours moins saturee que ses composantes. Toutes les lumieres monochromatiques autres que celles qui servent de base ont donc des coefficients negatifs.

Cette mesure depend encore de l'evaluation d'une personne, et depend donc des variations de sensibilite a la couleur entre les sujets. Pour arriver a une unification des resultats, la Commission internationale de l'eclairage a defini en 1931, a partir des series d'experiences deja effectuees, un observateur de reference, qui permet d'obtenir, par calcul, les caracteristiques d'une lumiere a partir de son spectre.

Pour eliminer la variation d'intensite lumineuse, on divise tous les coefficients par la somme des trois. On obtient ainsi des coefficients de couleur dont la somme est toujours 1.

On peut ainsi creer un diagramme de chromaticite a deux dimensions, sur lequel on peut situer toutes les couleurs.

Sur ce diagramme, les couleurs obtenues par synthese se situent necessairement dans le polygone delimite par les couleurs qui ont servi pour les constituer. Il s'agit le plus souvent d'un triangle dont un sommet est du cote des rouges, un autre du cote des verts, et le troisieme du cote des bleus.

Colorimetrie des ecarts de couleur [ modifier | modifier le code ]

L'analyse trichrome a l'inconvenient de ne repercuter que tres imparfaitement la vision humaine. La luminosite percue d'un stimulus n'est pas proportionnelle a sa luminance , toutes choses etant egales par ailleurs, et la finesse de discrimination entre les couleurs depend de leur dominante et de leur purete. En consequence, deux points du diagramme de chromaticite eloignes de la meme distance ne sont pas vus avec le meme ecart de couleur, c'est-a-dire, a peu pres, le nombre de couleurs intermediaires que l'on peut differencier entre eux. Pour se rapprocher de cette propriete, la CIE propose les espaces de couleurs CIELAB pour les couleurs de surface et CIELUV pour les lumieres colorees.

Ces espaces perceptuellement uniformes permettent de calculer un ecart de couleur .

Non-linearites [ modifier | modifier le code ]

La colorimetrie simplifie les phenomenes de la vision pour relier avec plus de facilite le rayonnement lumineux a la couleur. Lorsqu'on recherche la precision, ou que l'on explique le fonctionnement complexe de la perception humaine, on considere les ecarts a la linearite.

L’ effet Abney constate que lorsqu'on ajoute une lumiere blanche a une lumiere coloree, la resultante change de teinte dominante, sans changer de longueur d'onde dominante. Sur le diagramme de chromaticite, les lignes d'egale teinte ne sont pas droites, mais legerement courbes. L’ effet Bezold-Brucke constate que la teinte dominante se decale vers le bleu lorsque la luminance augmente.

Le phenomene Helmholtz?Kohlrausch altere les lois de Grassmann . Les courbes d' efficacite lumineuse spectrale sont compilees a partir de l'egalisation de lumieres quasi-monochromatiques. Mais la luminosite percue augmente avec la purete.

La loi du contraste simultane des couleurs perturbe toutes les appreciations de stimulus : les couleurs presentees le sont necessairement sur un fond, et celui-ci influence la perception, comme le fait generalement l' adaptation chromatique , lorsque ce fond est clair ^{[ 3 ]} .

Enfin, les fonctions colorimetriques, sur lesquelles repose le passage de la mesure physique du spectre a la definition trichromatique, varient selon la taille apparente de l'objet et le niveau d'eclairement de la retine. Les premiers a etablir ces fonctions ont choisi de demander aux sujets d'egaliser les couleurs sur un carre vu a une distance de 40 fois son cote, donnant une diagonale de 30 milliradians soit 2°, correspondant a la taille de la macula , zone de l'œil ou se trouve la plus grande densite de recepteurs de la couleur. Les resultats ont donne les tables de la Commission internationale de l'eclairage de 1931 ^{[ 4 ]} . Cependant, ≪ ce systeme donne des predictions acceptables jusqu'a 4° ≫ seulement. De nouvelles mesures ont produit des tables pour une ouverture de 10°, avec un niveau d'eclairage superieur, que la CIE a normalisees en 1964. La non-linearite de la reponse visuelle a oblige la colorimetrie a produire deux systemes incompatibles, sans preciser rigoureusement les conditions d'utilisation de l'un ou de l'autre ^{[ 5 ]} .

Mesure de la couleur [ modifier | modifier le code ]

Colorimetre [ modifier | modifier le code ]

Le colorimetre est un appareillage qui permet de mesurer la couleur de la surface d'un objet en la definissant par des coordonnees dans un espace colorimetrique. En general, il decompose la lumiere a l'aide de trois filtres, et en tire directement les grandeurs qui peuvent etre traduites en coefficients colorimetriques.

En photographie , on utilise des appareils similaires, mais qui donnent leurs resultats, pour une plage utile plus restreinte, en temperature de couleur et correction de couleur, de facon a determiner directement quels filtres utiliser.

Spectrometre [ modifier | modifier le code ]

La mesure obtenue avec le colorimetre ne donne d'indication utile que sur les couleurs telles que vues. Si on prevoit, comme dans le cas des encres, pigments et peintures ou pour la synthese soustractive des couleurs, de melanger ces pigments pour creer une nouvelle couleur, la connaissance de la couleur ne suffit pas. Il faut connaitre leur spectre. Pour cela, on doit utiliser un spectrometre .

Il en va de meme si on doit connaitre l'apparence de surfaces colorees examinees sous des lumieres differentes. Le cas des bleus preoccupe peintres et decorateurs depuis plusieurs siecles : identiques au jour, des bleus pales deviennent plus ou moins gris a la lumiere artificielle. Au XIX ^e  siecle , on appelait ceux qui restaient bleus a la lumiere des bougies bleu lumiere  ; cette propriete a fait le succes du cæruleum . En restauration d'œuvres d'art, on doit eviter que des repeints, imperceptibles dans le laboratoire, deviennent visibles a cause d'un metamerisme imparfait dans la salle d'exposition. Pour l'eviter, on compare le spectre des pigments.

Applications [ modifier | modifier le code ]

La colorimetrie trouve des applications dans le domaine des peintures et vernis, ou la mesure appuie, depuis les annees 1960, le controle visuel par comparaison a un echantillon ^{[ 6 ]} . Par exemple, quand une entreprise automobile definit la gamme de couleurs pour ses vehicules, elle la definit colorimetriquement afin d'etablir le controle qualite et les contrats de fourniture sur des bases objectives, utiles en cas de litige. Il en va de meme pour la teinture des textiles ^{[ 7 ]} .

La colorimetrie est centrale dans la fabrication de systemes formateurs d'image, comme les ecrans de television et d'ordinateur ou l'imprimerie en couleurs. Il faut trouver les colorants ou luminophores qui donnent le gamut adequat.

Le developpement de la specialite et la diffusion des instruments electroniques etend le champ d'application de l'evaluation colorimetrique.

L'evaluation colorimetrique de l'etat de maturite des fruits et des cereales, notamment agrumes , cerises , tomates ou de la qualite des miels est plus precise que l'estimation visuelle, et on peut l'automatiser ^{[ 8 ]} .

Les methodes colorimetriques peuvent aussi servir au tribunal, dans des questions de propriete intellectuelle et de droit des marques.

Colorimetrie en chimie [ modifier | modifier le code ]

En chimie , le dosage colorimetrique permet de mesurer la concentration d'une solution. On envoie un faisceau de lumiere monochromatique au travers d'une cuve d'epaisseur contenant une solution coloree et on mesure la lumiere absorbee.

La loi de Beer-Lambert relie la densite optique d'une solution a sa concentration molaire :

${\displaystyle A=\epsilon \cdot l\cdot c}$

• A est l' absorbance ou densite optique , logarithme decimal du rapport entre lumiere absorbee et lumiere incidente ;
• ε est un coefficient d'absorption specifique de chaque compose colore ;
• l est la longueur de solution traversee par le rayon lumineux ;
• c est la concentration du compose colore dans la solution.

La longueur etant une constante de l'appareillage, et ε une caracteristique constante du compose dont on recherche la concentration, on peut etablir une relation lineaire entre A (densite optique) et c (concentration).

Ne pas confondre

la methode de dosage par indicateurs colores est parfois nommee dosage colorimetrique  ; c'est un abus de langage ^{[ ref.  souhaitee]} .

La nephelometrie

est une autre technique basee sur la mesure de la lumiere traversant un milieu gazeux ou liquide. Elle evalue la teneur en particules en suspension ou la turbidite a partir de la mesure de la lumiere diffusee a angle droit par rapport a la lumiere incidente.

Spectroscopie [ modifier | modifier le code ]

La colorimetrie est derivee de la technique d' absorbance . Pour une molecule donnee, une longueur d'onde donnee peut interagir avec la molecule et diminuer le pourcentage de lumiere partant de la source d'emission jusqu'au capteur. En colorimetrie, c'est la teinte du compose qui cree cet effet. Cette technique est utilisee afin de creer une courbe d'absorbance, definie comme le pourcentage de lumiere transmise en fonction de la concentration, et qui pourra etre utilisee comme etalon pour determiner des concentrations inconnues.

Annexes [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

• Commission internationale de l'eclairage , ≪ Eclairage ≫ , dans Commission electrotechnique internationale , IEC 60050 ≪ Vocabulaire electrotechnique international ≫ ( lire en ligne ) , particulierement sous-section 843-03 ≪ Colorimetrie ≫.
• Maurice Deribere , La couleur , Paris, PUF , coll.  ≪ Que Sais-Je ≫ ( n ^o  220), 2014 , 12 ^e   ed. ( 1 ^re   ed. 1964) [ presentation en ligne ]
• Yves Dordet, La Colorimetrie, principes et applications , Paris, Eyrolles, 1990, 148 p.
• Yves Le Grand , Optique physiologique : Tome 2, Lumiere et couleurs , Paris, Masson, 1972 , 2 ^e   ed. .
• Jean Petit , Jacques Roire et Henri Valot , Encyclopedie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer , t.  2, Puteaux, EREC, 2001 , p.  145-176 ≪ Colorimetrie ≫
• Robert Seve , Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs , Marseille, Chalagam, 2009

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Couleur
• Couleur metamere
• Diagramme de chromaticite
• Illuminant
• Synthese additive

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Colorimetrie - Cours en ligne issu de Consortium ≪ Optique pour l'ingenieur ≫ , Jean-Marc Breteau, 2008
• Perception de la couleur et colorimetrie - Photo-Lovers
• (en) ICC : International color consortium
• (en) A Standard Default Color Space for the Internet - sRGB - W3C , 5 novembre 1996

• Ressource relative a la sante  :
  • Medical Subject Headings
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopedies generalistes  :

  • Enciclopedia De Agostini
  • Hrvatska Enciklopedija
  • Proleksis enciklopedija
  • Treccani
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Notes et references [ modifier | modifier le code ]

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