Propagation de la lumière

La lumière est une énergie rayonnante.

Pour comprendre la propagation de la lumière et ses effets en photographie, retenez que la lumière est une énergie.
Il est possible d’utiliser le rayonnement lumineux pour faire fonctionner des moteurs, recharger des batteries etc.

Propagation de la lumière = énergie rayonnante

Rayonnement Solaire

La lumière se propage en ligne droite

Photons
Que les physiciens me pardonnent pour les simplifications qui vont suivre !
La lumière est composée de petites particules d’énergie, les photons.
Les photons se déplacent en ondulant, un peu comme un serpent.

La lumière se déplace en ligne droite
La trajectoire de ces photons se fait en ligne droite. Ils forment ainsi des rayons lumineux.

Une source de lumière incandescente, comme une bougie ou la plus naturelle, le soleil, émet des rayons lumineux dans toutes les directions.

Propagation et réflexion de la lumière

Un rayon lumineux, issu de la source de lumière s’appelle un rayon incident.
Un peu comme une boule de billard, un rayon incident, après avoir percuté un obstacle est renvoyé dans une nouvelle direction, il devient un rayon réfléchi.

Réflexion sur objet Blanc

En se propageant dans l’espace, la lumière rencontre des surfaces opaques. Les rayons lumineux sont réfléchis de façon prévisible.

Propagation et angle de réflexion de la lumière

L’angle de réflexion de la lumière est égal à l’angle d’incidence.
Ces deux angles se mesurent par rapport à la normale au plan considéré (la perpendiculaire à ce plan).
Lorsque le plan est courbe, il faut considérer la normale à la tangente de ce plan.

Angle de réflexion de la lumière

Si vous jouez au billard ou à la pétanque, comprendre les règles de propagation et de réflexion de la lumière ne devraient pas vous poser de difficultés !

Selon la nature de la surface rencontrée, les rayons lumineux vont se comporter de différentes façons.

Pour vous familiariser avec le jeu des lumières colorées, si important en photographie couleur comme en photographie noir et blanc, j’ai systématiquement utilisé trois rayons de couleur : un bleu, un vert, un rouge.
Une introduction en douceur aux synthèses additive et soustractive.

Propagation de la lumière face à un sujet blanc blanc

En percutant une surface blanche, la quasi-totalité des rayons lumineux d’une lumière blanche (soit un mélange à 33% de bleu, 33% de vert, 33% de rouge)est réfléchie.

Réflexion sur objet Blanc

Face à un sujet blanc environ 80% de la lumière se trouve réfléchie.

Il n’y a jamais de réflexion totale, à 100% !
Le pouvoir réfléchissant d’une surface est indiqué par son albédo.
Sur le schéma, j’ai fait figurer en pointillé la proportion de lumière absorbée par le matériau.
L’énergie de cette lumière absorbée par le matériau est transformée en chaleur.
L’effet est négligeable pour un matériau blanc, une très faible proportion de la lumière étant absorbée.
La quasi-totalité de la lumière est réfléchie, la proportion à 33% entre le bleu, le vert, le rouge est conservée.
Ces rayons réfléchis par ce matériau, sont captées par la rétine de l’œil.
Le mélange de bleu, de vert, de rouge sera interprété par le cerveau comme une lumière blanche.
L’objet est perçu blanc.

Propagation de la lumière sur un corps noir

Cet objet éclairé par une lumière blanche, soit 33% de bleu, de vert, de rouge nous paraît noir parce qu’il absorbe la quasi-totalité des rayons lumineux et n’en réfléchie qu’une infime partie.
Il n’y a pratiquement pas de lumière réfléchie, l’absence de lumière au niveau de l’œil de l’observateur est traduite par le cerveau comme une couleur noire.

Reflexion sur objet Noir

La lumière est absorbée par les corps noirs. Son énergie se transforme en chaleur. La propagation par réflexion est de 10% sur du velours noir.

Absence de lumière = absence d’impression colorée.
Il n’existe jamais d’absorption totale, il y a toujours un résidu de rayons réfléchis.
Pour obtenir l’absorption maximum les photographes utilisent du velours de coton noir.
La plupart des rayons lumineux qui éclairent un objet noir, est absorbée par celui-ci et convertie en chaleur.
Cette propriété est utilisée pour les chauffe-eau solaires.
Vous pouvez vous livrer à une expérience très simple.
Prenez deux boîtes métalliques identiques comme des boîtes à thé.
Peignez-en une en blanc, l’autre en noir mat.
Remplissez ces deux boîtes d’eau et mettez les en plein soleil.
Une heure après, l’eau de la boîte noire sera chaude !

Certaines matières ont la propriété de réfléchir certain rayons lumineux et d’en absorber d’autres.

Lumière et sujet bleu

La matière bleu absorbe les rayons verts et rouges, les transforme en chaleur.

Réflexion sur objet Bleu

Seul le rayonnement bleu réfléchi peut parvenir à l’œil de l’observateur.
Cet objet nous paraît bleu.

Lumière et sujet vert

La matière verte absorbe les rayons bleus et rouges, les transforme en chaleur.

Réflexion sur objet Vert

Seul le rayonnement vert réfléchi et parvient à l’œil de l’observateur.
Cet objet est perçu vert.

Lumière et sujet rouge

La matière absorbe les rayons bleus et verts, les transforme en chaleur.

Reflexion sur objet Rouge

Seul le rayonnement rouge réfléchi et parvient à l’œil de l’observateur. Cet objet est perçu rouge.

Lumière et sujet jaune

La matière jaune absorbe les rayons bleus, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements verts et rouges sont réfléchis.

Réflexion sur objet Jaune

Cet objet est interprété jaune (mélange rouge + vert).

Lumière et sujet magenta

La matière magenta absorbe les rayons verts, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements bleus et rouges sont réfléchis et peuvent parvenir à l’œil de l’observateur.

Réflexion sur objet Magenta

Cet objet nous paraît magenta (mélange bleu + rouge).

Lumière et sujet cyan

La matière cyan absorbe les rayons rouges, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements bleus et verts sont réfléchis et peuvent parvenir à l’œil de l’observateur.

Réflexion sur objet Cyan

Cet objet nous paraît cyan (mélange bleu + vert).

Diffusion de la lumière

La diffusion des rayons lumineux peut se faire par transmission ou par réflexion.

Diffusion de la lumière par réflexion

En rencontrant un objet dont la surface est irrégulière, les rayons lumineux sont réfléchis, en raison des angles d’incidence, dans toutes les directions.

Reflexion par Diffusion

Les plaques de polystyrène expansé, utilisées par les photographes, en sont le meilleur exemple.

Transmission de la lumière

Un rayon lumineux traverse sans être dévié, un objet transparent simple, comme une vitre.

Transmission de la lumière

Dans le détail, ce n’est pas tout à fait exact.
Reportez-vous au chapitre “notions d’optique” pour en savoir plus !

Diffusion de la lumière par transmission

Les rayons lumineux sont déviés dans toutes les directions dans la structure de la matière d’un verre dépoli, d’une feuille de papier calque ou d’une plaque d’Altuglas translucide.

Diffusion par Transmission

De même dans un nuage, les rayons lumineux de la lumière solaire sont déviés par les gouttelettes en suspension.

  • La lumière est diffusée ;
  • Le contraste baisse ;
  • Les ombres sont adoucies.

Pour aller plus loin dans la connaissance des jeux de lumière et couleur en photographie lisez ces articles complémentaires :

Je vous ai donné les grandes lignes de ce que vous devez savoir en temps que photographe.
Vous pourrez trouver un article plus approfondi sur la propagation de la lumière, en suivant ce lien.

 

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