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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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This article takes color as a physical and chemical attribute, in order to address the interaction between light and matter and define precisely what is meant by visual appearance. This interaction occurs in the stimulation of our system of vision, and involves many aspects of optics. The fundamental concept of complex dielectric function is explained in some detail as it is omnipresent in light-matter interaction and macroscopic measurements. This function is a key to understanding the concepts of tristimulus, complex refraction, and dispersion and diffusion of light.
Auteur(s)
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Patrick CALLET : Chercheur associé - CAOR-Centre de robotique de Mines-ParisTech, PSL-Research University - Président du Centre français de la couleur - Vice-président du Geste d’Or Laboratoire MICS, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay, École Centrale Paris, Châtenay-Malabry, France
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) [R 86]. 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 [R 6 470] en raison de son omniprésence dans tous les phénomènes lorsqu’il s’agit de couleur et plus généralement d’apparence visuelle . Cette notion de fonction délectrique complexe assure alors le lien entre les phénomènes fondamentaux de l’interacton lumière-matière, causes profondes relevant de l’optique et de l’échelle dimensionnelle de la longueur d’onde, et les mesurages macro-scopiques 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 la translucidité puis à l’opacité, de la dispersion de la lumière à la diffusion simple puis multiple.
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- Version archivée 1 de janv. 2004 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 admises et considérées 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 puisqu’aujourd’hui de nombreux effets visuels, notamment les variations angulaires des fonctions de réflexion ou 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 [R 6 410].
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. De grands scientifiques se sont intéressé au sujet et l’histoire a retenu leurs noms : Monge, Helmholtz, Young, Maxwell, Chevreul pour ne citer que quelques-uns d’entre eux de la fin du XVIIIe au XXe siècle. Deux faits importants ont marqué l’histoire de la colorimétrie. C’est d’abord la notion de spectre, imposée par Isaac Newton (l’experimentum crucis) ...
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Couleur de source, couleur de surface
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTHIER (S.) - Optique des milieux composites. - Polytechnica, Paris (1993).
-
(2) - BORN (M.), WOLF (E.) - Principles of optics-electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. - Pergamon Press, Oxford (1975).
-
(3) - BRIDGEMAN (T.) - The additivity of pigments characteristics. - DIE FARBE, 13(1-3) (1964).
-
(4) - BRIDGEMAN (T.) - Prediction of tristimulus values using the Kubelka-Munk analysis. - DIE FARBE, 13(1-3) (1964).
-
(5) - CALLET (P.) - Couleur-lumière, couleur-matière – Interaction lumière-matière et synthèse d’images. - Collection Sciences en actes, Diderot Éditeur, Arts et Sciences, Paris, New-York, 320 p, ISBN : 2-84-352-087-8, CDROM d’images inclus, mars 1998.
-
(6) - CALLET (P.), SÈVE (R.) - From...
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