Photographie/Objectifs/Ouverture d'un objectif, éclairement des images
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[modifier] Généralités
L'ouverture relative d'une lentille mince est une caractéristique physique correspondant au diamètre de son diaphragme lorsqu'il est totalement ouvert ; elle est exprimée par un nombre qui représente l'inverse du rapport de cette ouverture à sa distance focale focale de. Par exemple, un objectif ayant une focale de 50 mm et une ouverture maximale de son diaphragme de 25 mm aura donc une ouverture valant 50/25 = 2, ce que l'on note f/2. On parlera communément d'une lentille « ouverte à 2 ». Cette définition est encore valable, avec quelques retouches, pour tous les objectifs simples.
Diverses échelles ont été utilisées au fil des années. Sur les appareils modernes, on trouve les graduations suivantes :
En passant d'une valeur à la suivante, le diamètre de l'ouverture est divisé par 1,414 (racine carrée de 2), de sorte que l'aire de l'ouverture est divisée par 2 ; il entre donc deux fois moins de lumière dans l'appareil. En fermant le diaphragme d'un cran (on dit par extension « d'un diaphragme »), on divise donc par 2 l'éclairement de l'image. Attention, la progression est géométrique et pas arithmétique : fermer d'un cran divise par 2, fermer de 2 crans divise par 4, de 3 crans, par 8, de 4 crans, par 16, et ainsi de suite.
Pour les objectifs complexes, comme nous le verrons, les choses sont un peu plus compliquées. D'une part, la luminosité dépend non pas du diamètre vrai du diaphragme, mais du diamètre du faisceau lumineux axial qui pénètre dans l'objectif, autrement dit, du diamètre de la pupille d'entrée. Par ailleurs, une partie de la lumière est perdue en route lors de la traversée des lentilles, de sorte que la luminosité des images est moindre que ce qu'elle devrait théoriquement être. On distingue donc l'ouverture relative géométrique, qui répond aux définitions ci-dessus, et l'ouverture photométrique, qui tient compte des pertes lumineuses. Pour certains objectifs, la différence est très sensible, ce qui pose des problèmes pratiques importants, au moins dans le domaine de la photographie professionnelle et de la prise de vue cinématographique.
Outre son influence sur la luminosité des images, la variation de l'ouverture agit considérablement sur leur netteté. Le diaphragme n'est nullement un organe de réglage de l'exposition, comme le pensent beaucoup trop de photographes débutants, mais bien plutôt un organe de mise au point qui permet de régler l'étendue de la zone de netteté des images ; cet organe a l'inconvénient d'arrêter beaucoup de lumière quand on le ferme. Tout ceci est expliqué en détail dans l'article consacré à la profondeur de champ.
[modifier] Éclairement de l'image fournie par un objectif parfait
Le calcul complet n'est pas conseillé aux lecteurs traumatisés par les mathématiques, donc pas assez mathisés, et il peut être sauté sans conséquence grave. Les lecteurs plus téméraires trouveront ici leur bonheur :
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pour en savoir plus : calcul de l'éclairement
On y démontre que :
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E désigne l'éclairement calculé, qui est évidemment proportionnel à la luminance L du sujet. Cette formule montre que toutes choses égales par ailleurs, l'éclairement de l'image dépend de l'ouverture relative n de l'objectif utilisé, quels que soient le format de la surface sensible et la distance focale de l'objectif. Elle montre aussi que si le grandissement g augmente, en même temps bien sûr que le tirage de l'objectif, l'éclairement du film ou du capteur diminue très vite ; ce phénomène est particulièrement sensible dans le cas de la macrophotographie.
[modifier] Diffusion interne de la lumière
Le calcul théorique de l'éclairement de l'image, sous sa forme la plus simple, ne tient pas compte des la lumière parasite due aux multiples réflexions et diffusions qui se produisent à l'intérieur des objectifs sur les surfaces des lentilles, sur les montures des éléments optiques, les lamelles du diaphragme, etc.
Ce phénomène, appelé en anglais « flare », a pour principal effet de provoquer un éclairement parasite de la surface sensible. Si cet éclairement a peu d'effet sur les zones lumineuses de l'image, en revanche il influence beaucoup les ombres qui se trouvent éclaircies. Le contraste chute donc fortement dans les zones sombres de l'image, dont les fins détails se trouvent fortement altérés. Par ailleurs, cet éclairement parasite n'est généralement pas homogène et lorsque des sources lumineuses sont présentes dans le champ photographié, la diffusion générale s'accompagne souvent de cernes, de halos, de zones lumineuses annulaires, en croissant ou en étoile, qui peuvent en outre être colorées ou irisées.
Cette lumière parasite peut prendre des valeurs très fortes si les lentilles portent de nombreuses rayures ou encore si elles sont souillées. Il s'ensuit que les plus grandes précautions doivent être prises lorsque l'on doit effectuer le nettoyage des surfaces optiques d'un objectif.
Notons que certains photographes provoquent sciemment l'apparition d'un flare important pour adoucir leurs images, dans un but artistique. Un appareil reflex est alors quasi indispensable pour pouvoir juger de l'effet produit. La méthode la plus simple et la moins polluante consiste tout simplement à souffler sur l'objectif pour y former de la buée. Évidemment celle-ci ne tient pas longtemps et la diffusion de la lumière diminue au fur et à mesure que l'évaporation se produit. Le déclenchement doit donc se faire au bon moment. Certains photographes n'hésitent pas à utiliser un peu de vaseline, l'effet est alors permanent mais le nettoyage n'est pas très facile. Dans les année 1970, des photographes comme David Hamilton ont usé et parfois abusé de ces procédés, qui conduisaient à des images très douces et très typées.
Les objectifs qui comportent de très nombreuses lentilles sont particulièrement sujets aux diffusions internes et les premiers objectifs à focale variable, en particulier, donnaient volontiers des images très douces, souvent qualifiées de « molles ». De meilleurs traitements anti-reflets et des moyens de calcul très puissants ont permis d'atténuer ce phénomène.
Avec tous les objectifs, le flare augmente lorsque l'ouverture diminue. Une partie de la lumière qui forme l'image est diffusée par la surface sensible un peu partout à l'intérieur de la chambre de prise de vue et les lamelles du diaphragme la renvoient à nouveau vers le film ou le capteur. Plus le diaphragme est fermé, plus les lamelles interviennent et plus le contraste de l'image baisse. Les objectifs très lumineux sont plus sensibles que les autres à ce phénomène en raison de la surface très importante occupée par les lamelles lorsque le diaphragme est fermé.
Les capteurs numériques, dont la surface est par construction beaucoup plus lisse et brillante que celle des films, favorisent l'apparition du flare.
[modifier] Le rôle du pare-soleil
Une bonne partie du flare est due à la lumière parasite qui pénètre trop obliquement dans l'objectif pour contribuer à la formation de l'image que l'on souhaite enregistrer. Il faut donc autant que possible éviter l'entrée de cette lumière et c'est pourquoi l'usage d'un pare-soleil est hautement recommandable. Les constructeurs d'appareils s'abstiennent souvent de proposer cet accessoire à leurs clients, histoire de faire baisser les coûts, alors qu'il faudrait au contraire le livrer systématiquement avec chaque objectif !
Il est tout-à-fait étonnant de constater à quel point le rôle du pare-soleil est méconnu. Beaucoup de photographes achètent des optiques de qualité munies de pare-soleil qu'ils oublient ou négligent d'utiliser. Pourtant, il suffit de faire quelques essais avec et sans cet accessoires pour être archi-convaincu de son utilité ! Même si, dans quelques situations très particulières, il n'apporte rien et peut même créer des problèmes, dans la plupart des cas, il peut supprimer les taches lumineuses et les images fantômes qui résultent de réflexions parasites et réduire le flare, ce qui préserve les contrastes, la netteté et les couleurs. Si les premières sont le plus souvent évidentes dans le viseur, il n'en est pas de même du second, dont les effets sont plus subtils, mais tout aussi réels et dommageables.
Le pare-soleil doit évidemment être adapté à l'objectif. Un pare-soleil trop court n'assure pas une protection suffisante, mais un pare-soleil trop long arrête une partie de la lumière utile et les coins de l'image se trouvent assombris par suite du phénomène dit de « vignetage ». La protection d'un zoom est toujours problématique, surtout s'il offre une grande variation de focale ; le pare-soleil d'origine est naturellement le mieux adapté et il faut donc se méfier des « génériques ».
Les pare-soleils échancrés sont actuellement à la mode, leur forme est étudiée au mieux pour chaque objectif ; attention, même si leur système de montage est identique, ils ne sont généralement pas interchangeables d'un objectif à un autre. Beaucoup de photographes se demandent à quoi peut bien servir le volet amovible situé en bas de nombreux pare-soleil. C'est bien entendu qu'ils n'ont jamais équipé leur objectif d'un filtre dégradé ou d'un filtre polarisant ; ces filtres sont en effet montés dans des bagues tournantes et il faut les orienter juste avant la prise de vue, ce qui peut se révéler acrobatique si le passage des doigts n'est pas prévu. Pour ceux qui n'ont jamais utilisé de tels filtres, il n'y a pas de punition assez sévère !
Sur de nombreux appareils, le pare-soleil doit être retiré lorsque l'on utilise le flash, sous peine d'obtenir une zone d'ombre à la partie inférieure de l'image.
Les prix des pare-soleil du commerce sont souvent dissuasifs, pour ne pas dire totalement délirants. Comment en effet ne pas se poser de question quand un simple morceau de plastique est proposé à un prix de plusieurs centaines d'euros ? En fait, peu importe le matériau, pourvu qu'il fasse suffisamment d'ombre sur l'objectif et qu'il soit convenablement découpé pour ne pas assombrir certaines parties de l'image. Un site propose des patrons de pare-soleils que chacun peut fabriquer facilement à l'aide de carton noir et adapter à ses objectifs : http://www.lenshoods.co.uk/
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