Illuminants et température du blanc

Quand la lumière est réfléchie par une feuille de papier recouverte d’encre, sa couleur résulte de l’absorption, par le papier et les pigments colorés de l’encre, d’une partie du spectre émis par la source de lumière. En d’autres termes, le spectre lumineux perçu par l’observateur est le produit du spectre de l’illuminant et du spectre d’absorption du pigment coloré sur le papier. Pour mesurer une couleur réfléchie, un spectrophotomètre éclaire lui-même l’objet réfléchissant avant d’évaluer le spectre réfléchi. Il est bien sûr primordial de normaliser cette lumière sous laquelle la couleur est appréciée, car les mesures ne seraient d’aucune utilité si elles s’effectuaient sous une lumière incertaine.

Lumière du jour
Lorsque l’on évoque une couleur, il est entendu que celle-ci est observée sous une lumière blanche dite « lumière du jour ». Une lumière est perçue comme blanche si sa courbe spectrale tend à être horizontale, c’est-à-dire si l’énergie des longueurs d’onde qui la compose est sensiblement la même d’un bout à l’autre du spectre visible. Mais il existe une infinité de nuances colorées que l’on peut qualifier de Blanc. Pour définir précisément la couleur d’une lumière blanche, on a donc recours à la notion de température du blanc, exprimée en Kelvin (K) dont le zéro, dit absolu, correspond à -273 °C (Celsius).

shema du principe du spectre reflechi

La température de la couleur
Le concept de température, appliquée à la couleur, ne va pas de soi. Deux objets de différentes couleurs sont bien souvent à la même température. Chauffons-les, il y a beaucoup de chance pour qu’ils ne changent pas de couleurs, sauf si… on les chauffe beaucoup, mais dans ce cas ce ne seront plus les mêmes objets, ils auront fondu, brûlé ou se seront évaporés.
Depuis l’âge de bronze, les hommes ont remarqué qu’un objet chauffé, par exemple un bout de métal, produisait une lueur. Au début, il rougit, puis il tend vers l’orangé. Si on augmente encore la chaleur, il devient jaune puis blanc. Il est dit alors « chauffé à blanc ». Il diffuse une lueur blanche qui, elle-même, tend vers le jaune au début, puis vers le bleu si la température continue d’augmenter. On retrouve ces nuances de couleur dans la flamme d’une bougie. À sa base, là où la chaleur est la plus forte, elle est bleue. En montant, la flamme est refroidie par l’air ambiant et devient jaune puis orange.

Corps noir
En colorimétrie, on ne peut naturellement pas se contenter d’observer que la matière que l’on chauffe produit une lumière blanche qui « tire » sur le jaune ou « vire » sur le bleu. Il faut être infiniment plus précis.
Force a donc été de modéliser ce phénomène, c’est-à-dire de le traduire en équations pour en tirer une représentation mathématique.
Imaginons, pour cela, un objet théorique : un Corps noir. Celui-ci serait un « radiateur parfait » : une sphère noire qui aurait pour particularité d’absorber l’entièreté de l’énergie qu’elle reçoit et de la restituer, à la demande, dans son intégralité. Ce radiateur parfait n’autoriserait aucune déperdition d’énergie.
Imaginons désormais que l’on perce un minuscule trou dans cette sphère pour en laisser échapper la lueur qui résulte de l’énergie restituée. Si on mesurait cette lueur, avec un spectrophotomètre, on pourrait établir une relation mathématique entre la lueur observée et la température du radiateur ou du Corps noir. C’est ce qu’a démontré un physicien du nom de Max Planck dans une équation qui porte son nom et dont on peut tirer la représentation suivante qui présente les courbes spectrales de blancs de différentes températures.
On retrouve, dans les équations de Planck, ce que l’homme observe depuis l’âge du bronze : au fur et à mesure que l’on chauffe un corps, la lueur qu’il émet passe d’une tendance rouge (3 800 K) à une tendance bleue (9 300 K), en passant par une tendance jaune (5 000 K). Paradoxalement plus la température est élevée plus la couleur produite est froide, dans le jargon des chromistes.

courbe de temperature des illuminants standards

Les illuminant standards
Au début de notre siècle, une entreprise du nom de Gaz de France entreprit des travaux en vue de standardiser la couleur de l’éclairage public et domestique (en particulier des becs de gaz). Ainsi est née la Commission internationale de l’éclairage (CIE), aujourd’hui encore présidée par la société française récemment privatisée. Une de ses tâches fut de définir des standards de lumière du jour, sous lesquels on allait s’atteler à l’observation et à la comparaison des couleurs. Ainsi, sont nés les illuminants standards A (lampe à tungstène d’une température de 2 850 K), B et C (de températures voisines respectives de 4 800 et 6 500 K), obtenus par la même lampe, filtrée par des solutions chimiques spécifiques. Ces standards A, B et C sont aujourd’hui obsolètes.
Les illuminants normalisés, actuellement utilisés, sont toujours définis par la CIE. Les principaux sont le D50 (pour Daylight 50) qui précise les caractéristiques d’une lumière du jour d’une température proche de 5 000 K, le D65 (6 500 K) et le D75 (7 500 K). Le D50 est l’illuminant de référence de l’industrie graphique, spécifié dans par la norme ISO 13 655 (1996). C’est ce D50 qui est utilisé par nos spectrophotomètres pour mesurer les couleurs.