Photographie/Optique/Absorption de la lumière

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Lorsque la lumière frappe un objet quelconque non fluorescent, une partie est réfléchie et/ou transmise et le reste est absorbé. Comme nous l'avons vu précédemment, à une température donnée, l'absorption peut varier très fortement selon la longueur d'onde de la lumière.


Corps gris, corps colorés[modifier | modifier le wikicode]

Si un objet reçoit une lumière « blanche » contenant en quantités égales toutes les radiations visibles et s'il les absorbe toutes de la même façon, il prend un aspect gris ; si au contraire certaines radiations colorées sont davantage absorbées que les autres, alors il paraît coloré.

Une lumière colorée peut être considérée comme une lumière blanche dont certaines radiations auraient été retirées en proportions variables ; un objet quelconque éclairé par une telle lumière prend généralement un aspect coloré qui peut très bien ne pas correspondre à la couleur de la lumière qu'il reçoit. Un objet qui renvoie la plus grande partie de la lumière qu'il reçoit semble clair ; s'il en absorbe beaucoup, en revanche, il paraît sombre.

Les objets qui nous paraissent colorés lorsqu'ils sont éclairés en lumière blanche peuvent paraître clairs ou sombres selon la couleur de la lumière qu'ils reçoivent. Par exemple, un objet qui absorbe le bleu mais renvoie le rouge et le vert est « jaune », car la rétine qui reçoit simultanément le rouge et le vert transmet au cerveau la même information que quand elle reçoit une vraie lumière jaune. Quand cet objet est éclairé par une lumière bleue, dont il absorbe la majeure partie, il prend un aspect bleu sombre. S'il est éclairé par du vert ou par du rouge, il est au contraire vert clair ou rouge clair. S'il est éclairé par du jaune et du vert, alors il paraît jaune clair. S'il est éclairé par une lumière pourpre contenant à la fois du rouge et du bleu, alors il paraît rouge.

La couleur des objets n'est pas une propriété intrinsèque, puisqu'elle dépend non seulement de leurs propres caractéristiques d'absorption, mais aussi de la lumière qui sert à les éclairer.


Simple reflectance.svg
Complex reflectance.svg
Un objet bleu éclairé en lumière blanche absorbe le rouge et le vert et renvoie le bleu. Cette dernière couleur est obtenue par soustraction d'une partie du rayonnement incident. Pour en savoir plus il faut étudier la répartition spectrale de la lumière incidente et de la lumière réfléchie car, contrairement à l'oreille qui analyse le timbre d'un son de hauteur donnée, l'œil peut très bien fournir la même sensation de couleur à partir de rayonnements dont les compositions sont très différentes.

Corps « noirs » réels[modifier | modifier le wikicode]

Besoins et applications[modifier | modifier le wikicode]

De tels corps ont un intérêt en photographie à la fois pour la construction du matériel, au moment de la prise de vue ou encore lors du tirage d'épreuves sur papier. On a également besoin dans de nombreux autres domaines de disposer de surfaces aussi absorbantes que possible.

  • La chambre noire des appareils photographiques porte un nom qui définit bien ses propriétés. Il ne suffit pas qu'elle soit parfaitement étanche à la lumière venant de l'extérieur, elle doit également absorber la lumière parasite qui pourrait circuler à l'intérieur. On sait en effet que les films et plus encore les capteurs diffusent et réfléchissent une partie importante de la lumière qu'ils reçoivent. Si celle-ci continuait de « rebondir » sur les parois de la chambre noire, elle finirait par impressionner plus ou moins uniformément la surface sensible et amoindrir le contraste de l'image qui s'y forme au moment de la prise de vue. On utilise donc des surfaces et des revêtements aussi absorbants que possible, en particulier sur les lamelles du diaphragme. Les parois de la plupart des chambres noires sont également striées de façon à favoriser la réflexion résiduelle de la lumière vers des « pièges » d'où elle ne pourra pas parvenir jusqu'à la surface sensible. Les angles de ces stries sont donc particulièrement bien étudiés.
  • Lorsque l'on doit photographier des objets brillants, il faut faire très attention aux reflets. Les uns font en quelque sorte « vivre » la matière et ils sont indispensables pour que l'oeil comprenne qu'il a affaire à des surfaces brillantes et non à des surfaces mates. En revanche, certains reflets sont particulièrement gênants, entre autres ceux qui se produisent sur les contours des objets. Cet effet se voit très bien lorsque l'on photographie une bouteille de verre devant un fond clair, les contours disparaissent pratiquement et la bouteille paraît plus ou moins floue. En disposant des surfaces noires absorbantes aux bons endroits, on évite ces reflets périphériques et on redonne des contours nettes aux objets photographiés.
  • Lors du tirage d'une photographie sur papier, la présence de noirs profonds est indispensable si l'on veut bénéficier du plus grand éventail possible de valeurs de gris. Il est assez facile d'obtenir ce résultat avec des supports très brillants, à condition évidemment de ne pas se mettre dans les conditions d'une réflexion spéculaire, mais c'est assez difficile avec des papiers mats.

Matériaux et traitements[modifier | modifier le wikicode]

Pour obtenir une surface noire il faut utiliser des matériaux aussi absorbants que possibles et aussi faire en sorte que la lumière soit piégée dans la texture de leur surface.

Peu de substances permettent d'obtenir une absorption importante tout au long du spectre visible. L'une des plus efficaces et des plus économiques est le noir de carbone que l'on retrouve par exemple dans les peintures, dans l'encre de Chine ou comme additif permettant de teinter les matières plastiques dans la masse. L'encre noire ordinaire, de même que la plupart des teintures pour les tissus et les cuirs, comportent des mélanges de colorants solubles qui, ensemble, absorbent les divers composantes lumineuses du spectre visible. On sépare facilement les composantes des encres noires pour stylos à l'aide de papier buvard : on dépose une goutte d'encre sur la feuille, ce qui forme une tache à peu près circulaire, puis on alimente le centre de cette tache avec de l'eau pure. Cette eau entraîne les divers colorants vers l'extérieur à des vitesses différentes, ce qui produit une série d'anneaux colorés. Ce processus est connu en analyse chimique sous le nom de chromatographie.

Parmi les matériaux agissant grâce à leur structure se trouvent certains tissus et en particulier les velours dont les innombrables poils perpendiculaires à la surface capturent la lumière qui s'y infiltre. Les velours noirs constituent d'excellentes surfaces absorbantes.

Jusqu'ici les surfaces les plus absorbantes que l'on savait réaliser étaient constituées par un dépôt en couche mince d'un certain alliage de nickel et de phosphore. Le pouvoir de réflexion de ce revêtement n'excède pas 0,16 à 0,18 %, ce qui veut dire que la lumière est absorbée à raison de plus de 99,8 %.

Pour évoquer des résultats récents, les chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute [1] de l’Université Rice (États-Unis) ont atteint un pouvoir d'absorption record de plus de 99,95 % à l'aide d'une sorte de « velours » formé de nanotubes de carbone dont les diamètres sont de l'ordre de 8 à 10 nm, soit environ 0,00001 mm, et les longueurs de 0,5 à 1 mm. La difficulté consiste évidemment à aligner parfaitement ces structures minuscules.

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