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RÉSUMÉ
La couleur est envisagée dans cet article sous l'aspect physique et physico-chimique du terme, afin d'aborder l'interaction lumière-matière et de préciser la notion d'apparence visuelle. Cette interaction participe à la stimulation du système visuel et fait ainsi appel à de nombreux champs de l'optique. La notion fondamentale de fonction dielectrique complexe est largement explicitée ici tant elle est omniprésente dans les phénomènes fondamentaux d'interaction lumière-matière et les mesurages macroscopiques. Cette fonction sert de clé pour appréhender les différentes notions que sont le tristimulus, la réfraction complexe, la dispersion ou la diffusion de la lumière.
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Patrick CALLET : Enseignant‐chercheur - Laboratoire de mathématiques appliquées aux systèmes - École centrale des arts et manufactures (Paris) - Secrétaire général du Centre français de la couleur
INTRODUCTION
Si le mot couleur renvoie d’emblée à des notions très polysémiques, il n’est abordé dans ces pages que sous un seul aspect de ce qui fait l’interaction lumière‐matière, celui de la physique. La colorimétrie classique a abondamment défini les grandeurs et les normes permettant à tout praticien, qu’il soit concepteur, coloriste, formulateur, ingénieur ou chercheur des secteurs académiques ou de l’industrie, de pouvoir échanger des données concernant l’apparence visuelle (comme la chromaticité et le brillant, par exemple) des matériaux ou des systèmes d’éclairage. La structure internationale la plus importante, fondée sur une initiative française est la Commission internationale de l’éclairage (CIE) [1]. D’autres organismes de normalisation, telle l’Afnor, définissent des règles d’usage et précisent le vocabulaire de la colorimétrie appliquée. Notre propos ici concerne les phénomènes fondamentaux qui sont à l’origine de ce que peut mesurer un instrument : des rayonnements. Ainsi, nous supposons fixé un observateur colorimétrique de référence défini par la CIE et concentrons notre attention sur les modèles physiques, physico‐chimiques, « exacts » ou phénoménologiques, employés pour décrire cette interaction lumière‐matière. Elle participe à la stimulation du système visuel en tant que cause externe première et fait appel à des connaissances issues des sciences fondamentales, principalement de nombreux champs de l’optique. Nous mettons en évidence l’importance capitale de la notion de fonction diélectrique complexe ou celle d’indice de réfraction complexe [2] en ce qu’elle intervient dans tous les phénomènes en présence lorsqu’il s’agit de couleur et, plus généralement, d’apparence visuelle [18]. Cette notion de fonction diélectrique complexe assure alors le lien entre les phénomènes fondamentaux de l’interaction lumière‐ matière, causes profondes relevant de l’optique et de l’échelle dimensionnelle de la longueur d’onde, et les mesurages macroscopiques qu’effectuent nos instruments ou, tout simplement, ce que nos yeux reçoivent. Armés de cette notion fondamentale, nous exposons le cheminement qui conduit du simple au complexe, de la transparence à l’opacité, de la dispersion de la lumière à la diffusion simple puis multiple de la lumière.
Pour toute description de la technique colorimétrique, le lecteur pourra se reporter à la référence [17], article du traité Mesures et Contrôle des Techniques de l’Ingénieur.
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- Version courante de janv. 2017 par Patrick CALLET
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Calcul du tristimulus (X, Y, Z )1. Couleur de source. Couleur de surface
Les expériences historiques qui ont conduit à la formation de la science colorimétrique moderne ont été fondées sur l’estimation quantitative de perceptions visuelles portant essentiellement sur l’observation directe de sources primaires de lumière. L’influence de l’environnement, l’angle visuel sous lequel la lumière entre dans l’œil n’ont été admis et considérés que bien après les débuts de la colorimétrie. C’est pour ces raisons que la distinction entre couleur de surface et couleur de source est maintenue de nos jours. Cette distinction demeure importante puisque aujourd’hui de nombreux effets visuels, notamment les variations angulaires des fonctions de réflexion ou de transmission, doivent être étudiés et compris par la simulation et les mesurages spectrophotométriques, et plus précisément goniospectrophotométriques. Pour toutes les grandeurs radiométriques et photométriques, leurs définitions, leurs unités, se reporter à l’article « Radiométrie. Photométrie » [3] des Techniques de l’Ingénieur.
1.1 Aux origines : les travaux de Newton et la naissance de la CIE
La colorimétrie est une science récente. La classification, la représentation des couleurs à l’aide de systèmes ordonnés a, au fil des siècles, fourni plus d’une centaine de systèmes de représentation des couleurs, passant progressivement d’une représentation unidimensionnelle à une représentation tridimensionnelle. Deux faits importants ont marqué l’histoire de la colorimétrie :
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la notion de spectre, imposée par Isaac Newton (l’experimentum crucis ) [19] qui a fondamentalement bouleversé l’histoire de la lumière et, par conséquent, celle des représentations, classifications et indexations du phénomène de la couleur ;
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la naissance en 1913 de la Commission internationale de l’éclairage (CIE [1]) qui a permis de définir des caractéristiques de sources de lumière réelles qui devaient être observées dans différents domaines d’activité.
Les préoccupations premières concernaient alors la spécification des signaux lumineux pour la signalisation ferroviaire, fluviale, aérienne, routière ou maritime. Très tôt, de nombreux travaux théoriques et pratiques ont vu le jour pour définir un observateur...
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Couleur de source. Couleur de surface
ANNEXES
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
DUVAL (B.) - Commission internationale de l’éclairage - . Traité Mesures et contrôle, R 86 (2000).
HENRY (M.) - Activité optique - . Traité Mesures et contrôle, R 6 470 (1991).
DESVIGNES (F.) - Radiométrie. Photométrie - . Traité Mesures et contrôle, R 6 410 (1992).
COJAN (Y.) - Propagation du rayonnement dans l’atmosphère - . Traité Électronique, E 4 030 (1995).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à incandescence - . Traité Génie électrique, D 5 805 (1987).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à décharge - . Traité Génie électrique, D 5 810 (1992).
GIACOBINO (E.) - Optique des milieux matériels - . Traité Sciences fondamentales, A 1 080 (1993).
FOURNET (G.) - Électromagnétisme - . Traité Génie électrique, D 1 020 (1993).
AVERBUCH (P.) - Structure électronique des solides - . Traité Sciences fondamentales, A 1 335 (1996).
CHATAIN (M.) - HERVÉ (P.) - Propriétés thermo-optiques - . Traité Plastiques et composites, A 3 145 (1989).
LUCAS (M.) - LANGUÉNOU (E.) - Synthèse d’image - . Traité Informatique, H 3 748 (2000).
ROBLIN (G.) - Microscopies optiques...
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