Prisme et décomposition de la lumière blanche — ce que ça change en photo

Prisme et décomposition de la lumière blanche : ce que Newton a découvert change notre façon de photographier

Vous avez déjà vu un arc-en-ciel après la pluie ?

Ou remarqué ces petites taches colorées que projette parfois un verre d’eau sur la table, quand le soleil l’effleure ?
Sans le savoir, nous avons assisté à l’un des phénomènes les plus fondamentaux de la photographie.
Et comprendre ce qui se passe vraiment dans ces moments-là, ça change la façon dont on regarde la lumière — et donc dont on photographie.

La lumière blanche n’est pas « blanche »

C’est là que ça devient intéressant.
Ce que notre œil perçoit comme une lumière blanche, neutre, sans couleur, est en réalité un mélange de toutes les radiations visibles : rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet.
Toutes ensemble, elles donnent l’impression d’une lumière neutre et constante.

C’est exactement pour ça que notre appareil photo donne l’impression de se tromper sur la couleur de la lumière.
Ce qu’on appelle « la lumière du jour » n’est pas la même à 7h du matin, à midi et à 17h.
Notre cerveau corrige automatiquement.
Notre capteur, lui, enregistre ce qu’il voit — sans correction.

C’est tout le principe de la balance des blancs. Mais j’y reviens plus loin.

Ce que fait un prisme

Un prisme transparent — en verre ou en cristal — a une propriété remarquable : il dévie chaque radiation lumineuse d’un angle légèrement différent selon sa longueur d’onde.

Le résultat ? Un faisceau de lumière blanche qui entre d’un côté ressort de l’autre côté décomposé en plusieurs couleurs distinctes.

**| Ultra-violet | Violet | Bleu | Vert | Jaune | Orange | Rouge | Infra-rouge |**

Ce ruban de couleurs s’appelle le spectre lumineux. Aux deux extrémités, l’ultraviolet et l’infrarouge — invisibles pour l’œil humain, mais pas pour nos pellicules et nos capteurs non filtrés.

*(Et oui, c’est précisément pourquoi les capteurs numériques intègrent un filtre anti-infrarouge. Sans lui, nos photos auraient une dominante bizarre en plein air.)*

Newton, l’indigo et le chiffre 7

Isaac Newton, au XVIIe siècle, est le premier à formaliser cette décomposition de la lumière blanche avec un prisme.

Il identifie 6 couleurs. Puis, parce que le 7 était considéré comme un nombre « magique » à son époque — impensable que la nature s’arrête à 6 — il glisse une septième nuance entre le violet et le bleu : l’indigo.

L’indigo que notre œil distingue à peine de son voisin le violet.

Voilà pourquoi on dit « 7 couleurs de l’arc-en-ciel ». C’est autant une décision culturelle qu’une réalité optique.

La décomposition de la lumière en pratique photo

C’est là que ça nous concerne directement.

La balance des blancs

Quand on photographie sous une lumière fluorescente, la lumière émise n’a pas le même spectre qu’en plein soleil. Certaines longueurs d’onde sont sur-représentées — d’où la dominante verdâtre qu’on connaît bien.

Régler notre balance des blancs, c’est indiquer à notre appareil de quelle « version » de la lumière blanche il s’agit, pour qu’il compense en conséquence.

Les filtres de couleur en argentique

Avant le numérique, les photographes utilisaient des filtres colorés devant leur objectif pour modifier le rendu en noir et blanc.

Un filtre jaune absorbe le bleu et renforce les tons chauds. Un filtre rouge noircit le ciel et fait ressortir les nuages.

Pourquoi ça fonctionne ? Précisément parce que la lumière blanche contient toutes ces longueurs d’onde. Le filtre en sélectionne, en arrête une partie et laisse passer le reste.
Notez bien au passage qu’un filtre couleur n’ajoute jamais de lumière colorée ! Il freine sa couleur complémentaire. Il retire une partie de la lumière.

La température de couleur en Kelvin

Attention, piège classique : la température de couleur n’a strictement rien à voir avec la chaleur.

Une bougie, c’est environ 1 500 K.Le soleil en milieu de journée, 5 500 K. Un ciel de mauvais temps, jusqu’à 9 000 K.
Si ces chiffres correspondaient à des degrés réels, nous ne serions plus là pour en parler.

L’échelle Kelvin décrit la couleur de la lumière, pas sa chaleur physique.

Et c’est là que ça devient franchement amusant.

Dans notre ressenti, les orangés et les rouges sont des couleurs chaudes — celles du feu, de la bougie, du coucher de soleil. Les bleus et les violets sont des couleurs froides — celles de l’ombre, de l’hiver, de la nuit.

Sur l’échelle Kelvin, c’est exactement l’inverse.

Les couleurs que nous percevons comme chaudes correspondent aux températures Kelvin les plus basses. Les couleurs que nous percevons comme froides correspondent aux températures les plus hautes.

Une bougie (1 500 K) donne une lumière orangée, chaude, enveloppante — psychologiquement synonyme de confort. Un ciel couvert (7 000 à 9 000 K) donne une lumière bleue, froide, un peu triste.

Notre cerveau associe le rouge-orange à la chaleur parce que c’est la couleur du feu, du soleil bas, de la braise. Il associe le bleu à la froideur parce que c’est la couleur de l’ombre à la neige, du clair de lune, du ciel d’hiver.

Kelvin, lui, a construit son échelle à partir de la physique — la couleur émise par un métal noir chauffé à différentes températures. Pas de psychologie là-dedans. Juste de la physique.

Résultat : la courbe des températures Kelvin est l’exact opposé de notre ressenti émotionnel des couleurs.

J’ai consacré un article complet à la température de couleur si vous voulez aller plus loin — avec le tableau des températures Kelvin source par source et ce que ça implique concrètement pour vos réglages.

Les halos arc-en-ciel sur nos objectifs

On a tous déjà constaté des reflets colorés en photographie en contre-jour, surtout avec des objectifs anciens peu traités.

C’est le même phénomène : la lumière traverse plusieurs lentilles, chacune dévie légèrement les différentes longueurs d’onde, et on obtient une légère frange colorée sur les contrastes forts. C’est l’aberration chromatique.

Les traitements anti-reflets et les formules optiques modernes sont précisément conçus pour corriger ça.

La lumière blanche autour de nous

Une fois qu’on comprend la décomposition de la lumière, on en voit des manifestations partout.

L’arc-en-ciel, bien sûr. Mais aussi les irisations sur une flaque de gasoil, les reflets d’un CD, les éclats d’un cristal, la bulle de savon qui change de couleur selon son épaisseur.

Ouvrez bien les yeux — chacun de ces moments peut devenir une photo originale. Il suffit d’un peu de soleil coopératif et d’un verre d’eau posé sur le rebord de la fenêtre.

Questions fréquentes

La lumière blanche est-elle vraiment composée de 6 ou 7 couleurs ?

De 6 bien distinctes, optiquement parlant. La septième — l’indigo — a été ajoutée par Newton pour des raisons plus symboliques que scientifiques. En réalité, le spectre visible est un continuum de longueurs d’onde, sans coupure nette entre les teintes.

Quel lien entre la décomposition de la lumière et la synthèse des couleurs ?

C’est le même phénomène, vu sous un angle différent. La décomposition révèle que le blanc contient toutes les couleurs. La synthèse additive (écrans, projecteurs) reconstitue du blanc en mélangeant rouge, vert, bleu. La synthèse soustractive (impression, filtres) fonctionne à l’inverse.

Pourquoi les capteurs numériques ont-ils un filtre infrarouge ?

Parce qu’ils sont sensibles à des longueurs d’onde que l’œil humain ne perçoit pas — notamment l’infrarouge. Sans filtre, toutes nos photos en plein air auraient une dominante rose ou magenta prononcée.

Un prisme peut-il reconstituer de la lumière blanche après l’avoir décomposée ?

Oui. Un second prisme retourné, placé juste après le premier, recompose les radiations. Newton lui-même l’a démontré pour prouver que la décomposition était réversible et que les couleurs appartenaient bien à la lumière d’origine.

Qu’est-ce que le spectre visible exactement ?

C’est la portion du spectre électromagnétique que l’œil humain peut percevoir : de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). En dessous, c’est l’ultraviolet. Au-dessus, l’infrarouge. Deux territoires invisibles pour nous, mais bien réels pour certains capteurs photographiques.

*Voir aussi : La propagation de la lumière — La synthèse additive — La synthèse soustractive — Les heures bleues en photographie