Mesurer la couleur

Si la perception de la couleur par les êtres humains comporte une part de subjectivité, la couleur, en tant que phénomène physique, peut se mesurer. Et c’est heureux pour l’industrie !

Du point de vue du physicien, une couleur est un mélange d’ondes magnétiques de différentes longueurs. Mesurer une couleur consiste donc à mesurer l’énergie lumineuse de chaque longueur d’onde qui la compose. Par facilité, on regroupe ces longueurs d’onde en bandes plus ou moins étroites selon la précision de la mesure que l’on recherche.
Le spectrophotomètre est l’instrument qui sert à cette mesure. Il divise le spectre visible en général en 16, 32 ou 64 bandes et, pour chacune d’entre elles, renvoie une valeur d’énergie. Il calcule ensuite une courbe reliant ces valeurs entre elles. Cette courbe représente la densité spectrale de la couleur mesurée.

L’étude du spectre
Même si on se contente d’analyser le spectre visible sur 32 bandes, selon un échantillonnage réduit de 100 niveaux d’énergie pour chaque bande, on arrive à décrire 10032, soit 1064 (10 suivi de 64 zéros !) spectres différents ! Or on considère généralement que l’œil humain n’est capable de percevoir « que » 10 millions (106) de nuances colorées. On peut donc en déduire, qu’en moyenne, plus de cent milliards (1010) de densités spectrales différentes produisent, dans notre cerveau, la même sensation colorée !
Ainsi, un jaune peut être provoqué par une longueur d’onde voisine de 580 nm, un mélange de lumières rouges et vertes ou encore par une lumière blanche dont une partie de la composante spectrale bleue serait soustraite.
Les lumières composées d’une seule longueur d’onde (celle des lampes au sodium par exemple) sont dites simples (ou monochromatiques) par opposition aux lumières complexes, caractérisées par leur composition spectrale.

spectrophotometre

Sensibilité de l’oeil humain.
Notre œil présente une sensibilité différente aux diverses radiations. Ainsi, nous savons qu’il ne perçoit pas les infrarouges ni les ultraviolets. Sa courbe de sensibilité démarre, nous l’avons vu, aux alentours de 380 nm pour s’éteindre vers 760 nm. Elle est maximale aux alentours de 555 nm dans le champ vert.
Cette sensibilité influe naturellement sur notre perception des couleurs.

courbe de sensibilite de l'oeil humain

Le colorimètre
La mesure d’une couleur par la connaissance des 32 points de sa courbe spectrale apparaît parfois disproportionnée en regard de la précision recherchée. Les théories de Thomas Young (1773-1829) et de Hermann Grassmann (1809-1877) démontrent que la couleur de chaque spectre lumineux peut être reproduite, à l’identique, par une proportion précise de trois longueurs d’onde correspondant au rouge, au vert et au bleu. Ce système de définition de la couleur, est celui retenu par la synthèse additive de la couleur, comme nous l’avons vu au chapitre précédent. Il est proche de la façon dont le cerveau humain synthétise la couleur à partir des informations recueillies par les récepteurs rétiniens et transmises par le nerf optique.
Pour certaines applications, le recours à un spectrophotomètre n’est donc pas forcément nécessaire : un colorimètre suffit. Celui-ci analyse la lumière à travers trois filtres et en tire trois valeurs de rouge, de vert et de bleu. Pour être efficaces, ces filtres doivent produire une courbe de réponse parfaitement stable et connue. L’idéal serait que les trois filtres des colorimètres correspondent exactement à la réponse des cônes de l’œil aux stimuli lumineux. Dans ce cas, un colorimètre serait aussi performant qu’un spectrophotomètre. Malheureusement, on ne sait pas fabriquer de tels filtres. Force est donc, lorsque l’on veut effectuer des mesures précises, de faire appel à un spectrophotomètre.