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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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VERSIONS
- Version courante de janv. 2017 par Patrick CALLET
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Apparence visuelle et simulation2. Calcul du tristimulus (X, Y, Z )
Cette notion de tristimulus, qui a été longue à acquérir, sinon à admettre, joue un rôle primordial dès que l’on veut quantifier les attributs perceptifs des sources de lumière ou des surfaces.
2.1 Intégrale colorimétrique et tristimulus
L’espace colorimétrique virtuel CIEXYZ permet le calcul de toutes les grandeurs photométriques. Nous donnons ci‐après la définition du tristimulus :
( 2 )
avec :
- R (λ) :
- facteur spectral de réflexion.
examinons ce que représente ce tristimulus. Imaginons qu’une automobile de couleur rouge (c’est ce que nous nommerons sa teinte telle qu’elle nous apparaîtrait en lumière du jour) circule dans un tunnel routier éclairé par des lampes à vapeur de sodium dont le spectre d’émission peut se réduire approximativement à une seule raie pour la longueur d’onde λ = 589,3 nm. Si nous nous trouvons dans un véhicule voisin et regardons une feuille de papier (blanche en lumière du jour), nous voyons néanmoins une feuille de papier blanche car la nature de la chose observée, qui nous est connue et familière, ainsi que le phénomène de la constance des couleurs nous incitent à dire que cette feuille est blanche. Un instrument de mesurage tel qu’un spectrophotomètre enregistrerait à peu de choses près le spectre d’émission de la source, c’est‐à‐dire après calcul des coordonnées trichromatiques, une couleur située dans le « jaune‐orangé ». Quant à « l’automobile rouge », on dira sans aucune hésitation qu’il s’agit d’une automobile grise.
Cette expérience de la vie courante peut avoir des implications dramatiques en ce qui concerne le témoignage oculaire de personnes (de bonne foi). Chaque fois que l’on omet de préciser les conditions d’éclairage pour la visualisation d’un objet, on commet une faute qui peut se révéler avoir de graves conséquences.
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Calcul du tristimulus (X, Y, Z )
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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