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physique et chimique de la couleur : Les rouages de la lumière

Vous êtes ici : » » physique et chimique de la couleur : Les rouages de la lumière ; écrit le: 9 mai 2012 par La rédaction



Nous pouvons peut-être pardonner à Newton quelque imprécision sur la manière dont nous voyons les couleurs, étant donné ses découvertes dans le mécanisme les produisant. Mais son détracteur Goethe avait raison de souligner que la couleur ne concerne pas la lumière seule. Il y a aussi la manière dont nous la percevons, et c’est l’affaire la plus délicate de toutes.
Par exemple, la couleur dépend des circonstances dans lesquelles nous la regardons. Il y a du sens à considérer les feuilles comme possédant une sorte de « verdeur » latente, en ce qu’elles contiennent un composé [la chlorophylle] qui absorbe le rouge et le bleu de la lumière blanche. Mais, bien sûr, les feuilles vertes ne sont pas « vertes » en toutes circonstances, par exemple sous la lumière des étoiles ou vues à travers un filtre rouge. La couleur est fonction de l’éclairage.

Cela peut sembler assez évident; mais il serait parfaitement fallacieux de regarder, comme les anciens Grecs, la couleur comme une propriété intrinsèque, ne requérant la lumière que pour l’activer, à la manière de l’électricité activant une ampoule. La confusion apparaît bien dans les propos d’Aristote sur les relations entre couleur et lumière:Il affirme, en d’autres mots, que la couleur est une propriété qui fait briller les choses. Pour Descartes et Newton, la couleur était assimilée à la lumière elle-même, et non pas à l’objet illuminé. Les expériences newtoniennes sur le prisme montraient que la lumière apparemment sans couleur contenait pourtant de la couleur.

Au xixe siècle, l’énergie s’est à nouveau déplacée. À strictement parler, il n’existe pas de lumière colorée, mais seulement des radiations électromécanique de différentes longueurs d’onde. La couleur est une affaire de perception, un résultat de l’effet de la lumière sur l’œil et le cerveau. Newton avait une petite idée de cela, en disant que « les rayons ne sont pas colorés ». Il est étonnant que nous percevions des change­ments aussi importants (et inégaux] dans la teinte à cause d’aussi faibles variations de longueur d’onde, comme si la mer devait passer du vert au rouge, lorsque le vent tombe et que les vagues s’allongent.

C’est seulement dans les deux derniers siècles que l’on a réelle­ment évalué dans quelle mesure la couleur elle-même, contrairement aux caractéristiques mesurables des matériaux comme l’absorption de la lumière, était un phénomène contingent. Les nombreux tours que notre système visuel nous joue, lorsque les couleurs sont présentées dans des contextes différents, en témoignent.



Quiconque a passé ses premières années à mélanger des peintu­res, avec cet attachant et enfantin mélange d’instinct et d’empirisme, est étonné de découvrir pour la première fois que mélanger les lumières rouge et verte ne produit pas de la lumière marron mais jaune. Un peu plus de connaissance et de réflexion rend l’énigme plus profonde. La lumière jaune a une longueur d’onde d’environ 580 nanomètres [un nanomètre est le millionième d’un millimètre], alors que les longueurs d’onde des lumières rouge et verte sont habituellement de 620 et 520 nanomètres. Est-ce que ces deux dernières à ce moment-là vont se combiner d’une manière ou d’une autre, pour créer une radiation électromagnétique d’une longueur d’onde différente? Pas du tout. La « jauneté » n’est pas intrinsèque au signal lumineux, mais apparaît dans notre perception de celui-ci. Newton avait évidemment raison: les rayons n’ont pas à être colorés de jaune pour nous faire connaître cette teinte.

Mais nous avons appris que le jaune était une couleur primaire qui ne peut être obtenue par l’alliance d’autres couleurs. Alors nous sommes- nous fourvoyés? Combien de couleurs basiques, après tout, suffiront pour lier toutes les autres et quelles sont-elles? La question des couleurs pri­maires « irréductibles » a longtemps préoccupé les théoriciens de la cou­leur, à la fois dans l’art et dans les sciences, et cela étaye un paysage entièrement conceptuel et sémantique de la couleur. Les expériences de Newton sur la lumière semblaient rendre, si c’était possible, cette ques­tion moins claire que jamais.

Cartographie de l’espace de la couleur

L’idée que les couleurs, comme les substances chimiques, aient des composants élémentaires permettant de les analyser, remonte à l’Antiquité. Pour les Grecs, il y avait dans l’espace de la couleur seulement deux vastes royaumes primaires, qui ne correspondaient pas exactement aux « couleurs » mais au lumineux et au sombre. Le bleu était du noir avec l’ajout d’un peu de lumière, le rouge était constitué de clair et de sombre en quantités égales et ainsi de suite.

Ce n’est qu’au xvnesiècle que les trois primaires modernes — le rouge, le jaune et le bleu — furent établies. En 1601, un professeur de médecine italien nommé Guido Antonio Scarmiglioni proposa qu’il y ait cinq couleurs « simples », dont toutes les autres seraient composées: blanc jaune, bleu, rouge et noir. En 1664, Robert Boyle, le chimiste qui est habi­tuellement crédité de la conception moderne de l’élément chimique, reprit à son compte ce « quintet » avec plus d’autorité, affirmant « qu’avec ces cinq-là, le peintre habile pouvait produire n’importe quelle sorte de couleur qu’il lui plairait, beaucoup plus nombreuses qu’il n’existe de noms pour les nommer ».



Mais comment relier celles-ci aux couleurs « irréductibles » de l’arc-en-ciel de Newton? La lumière blanche du soleil n’est à l’évidence pas seulement composée des trois primaires, mais contient aussi du vert, de l’orange et, si nous reconnaissons l’arbitraire des deux subdivisions fina­les de Newton, la lumière pourpre. Toutefois, ces trois couleurs sont des secondaires, chacune pouvant être obtenues par mélange de deux primai­res par le peintre. Dans l’arc-en-ciel, le vert se trouve soigneusement placé entre le jaune et le bleu, et l’orange entre le jaune et le rouge. Mais le pourpre, alliance de rouge et de bleu, se trouve [sous l’apparence du vio­let), au-delà du bleu, à l’extrémité opposée du rouge. L’invitation évidente est d’unifier le spectre dans une boucle: un disque chromatique . Dans son Optique [1704], c’est justement ce qu’a fait Newton, unissant le rouge et le violet à travers une couleur n’appartenant pas « aux cou­leurs prismatiques, mais un pourpre penchant vers le rouge et le violet ».

En termes de physique, le cercle chromatique est une figure tota­lement artificielle puisque la lumière, qu’elle dénote, monte en fréquence, du rouge au violet, avant de sauter dans une discontinuité en arrière vers le rouge. Mais le cercle organise l’espace des couleurs en un modèle agréablement symétrique dans lequel primaires et secondaires alternent avec leurs relations de mélange clairement définies. Ce n’est, cependant, pas tout à fait la manière dont Newton voyait les choses : il n’accordait pas une importance particulière aux teintes que nous regardons aujourd’hui comme primaires, et son cercle était une figure à sept rayons d’interval­les inégaux , Les théoriciens de la couleur qui suivirent eurent ten­dance à insister sur la symétrie .

Même s’il n’y avait pas un accord total sur le nombre de subdivi­sions, le cercle chromatique devint iconique dans les théories des couleurs du xixe siècle et du début du xxe; peu d’artistes ignoraient cette représen­tation emblématique du territoire dont ils s’occupaient. Un des cercles les plus impressionnants fut celui publié par le théoricien et chimiste français, Michel-Eugène Chevreul, dans son ouvrage Des couleurs et de leurs appli­cations aux arts industriels (1864], Là, les gradations douces d’une couleur à la suivante  portaient la technologie contemporaine de l’im­pression en couleur à ses limites, et l’imprimeur M. Digeon obtint une récompense de la Société française d’Encouragement pour l’industrie nationale. C’était du bon travail : le cercle original paraît encore stupéfiant aujourd’hui.

Le cercle chromatique fournit un principe d’organisation pour les artistes mais ne permet pas de résoudre les contradictions apparentes entre les couleurs primaires constituées de mélanges de pigments et cel­les à base d’alliances de lumières. Dans le premier cas, le jaune est primaire et le vert secondaire; dans le suivant, c’est l’inverse. De plus, les peintures rouge, jaune et bleue donnent du noir [ou proche] en se mélan­geant, alors que Newton soutenait que le mélange de l’ensemble des cou­leurs de l’arc-en-ciel donne du blanc. Goethe et ses acolytes furent prompts à mesurer cette apparente inconséquence de la théorie de Newton. N’importe quel idiot peut voir qu’aucun mélange de pigments ne donnera un blanc pur, et même très loin de là.

James Clerk Maxwell dissipa la confusion, tout au moins parmi les scientifiques, en montrant en 1855 que trois sortes de lumières colorées suffisaient à produire presque n’importe quelle couleur: le rouge-orange, le bleu-violet et le vert; ce trio étant habituellement dénoté simplement comme du rouge, du bleu et du vert. Mélanger la lumière, explique Maxwell, n’est pas pareil que de mélanger des pigments. En mêlant des rayons lumineux de différentes lon­gueurs d’onde, on synthétise la couleur par l’addition de différents com­posants, qui ensemble stimulent la rétine et créent une sensation de couleur particulière. Cela s’appelle un mélange additif. Au lieu de se servir de rayons lumineux, on peut réaliser un mélange additif en alternant rapidement les couleurs séparées dans le champ visuel.



Les expériences initiales de Maxwell, assisté par le théoricien et architecte d’intérieur écossais D.R. Hay, employaient des disques tournants avec les trois couleurs pri­maires additives. Les disques étaient faits de segments s’entrecroisant et se chevauchant que Maxwell combinait pour varier les proportions jusqu’à ce qu’ils s’allient dans un gris argent achromatique. En 1860, Maxwell inventa un instrument lui permettant de synthétiser une large gamme de couleurs directement à partir de la lumière par la fusion des rayons de trois longueurs d’onde différentes — « rouge », « bleu » et « vert » — dans des proportions variables.

D’un autre côté, un mélange de pigments soustrait des longueurs d’onde de la lumière blanche. C’est-à-dire que les pigments ne sont pas en eux-mêmes les sources de la lumière provoquant une sensation de cou­leur, mais un moyen qui agit sur une source de lumière séparée. Un pigment rouge soustrait les rayons bleus et verts, et la plupart des jaunes ; seule la lumière rouge est réfléchie. Un pigment jaune capte les rouges, les bleus et la plupart des verts. Ainsi, un mélange de rouge et de jaune ren­voie seulement ces rayons dans l’étroite gamme où l’absorption des deux matériaux n’est pas trop forte, dans la partie orange du spectre. Chaque fois qu’un pigment est ajouté à un mélange, un autre gros morceau du spectre est soustrait de la lumière réfléchie. En conséquence, la couleur devient plus terne et sombre. Chaque fois qu’un rayon de lumière est ajouté à un mélange, d’un autre côté plus de photons sont injectés dans le rayon obtenu, et le faisceau de lumières combinées devient plus brillant. Donc faire des couleurs en mélangeant des pigments s’appelle mélange soustractif.

Le mélange soustractif pénalise inévitablement la luminosité des pigments, parce qu’une plus grande partie de la lumière est absorbée par le mélange. Par exemple, la plupart des pigments rouges et des pigments jaunes absorbent inévitablement un peu de la lumière orange. Ainsi l’orange qui résulte de leur mélange n’est pas vraiment brillant, une partie de la lumière orange s’étant perdue à partir de la lumière blanche qui illu­mine l’image. À l’opposé, un pigment véritablement orange n’absorbe vir­tuellement aucune lumière dans la partie orange du spectre et ainsi ne souffre pas de ce défaut. C’est pourquoi un pigment véritablement orange peut être plus brillant qu’un mélange de rouge et de jaune. Au xixe siècle, le technicien de la couleur George Field expliqua cela dans son ouvrage Chromatography [1869], faisant allusion en même temps aux hasards chi­miques des mélanges [la possibilité que les pigments puissent réagir avec un autre : Ainsi, l’ancien tabou sur le mélange étaient toujours puissants au xixesiècle ; jusqu’à cette époque, les artistes n’avaient pas à leur disposi­tion un bon pigment orange pur, ni d’ailleurs violet.

Couleurs exigeantes

Le disque à six bandes de couleurs capte un autre aspect des relations entre couleurs qui est d’une importance vitale pour l’artiste. Chaque primaire se situe en opposition à la secondaire composée des deux autres primaires: rouge contre vert, bleu contre orange, jaune contre violet. On pourrait dire que chacune de ces paires contient, du point de vue de la couleur, tout ce que l’autre n’a pas. Elles sont complémentaires l’une de l’autre comme l’impression négative et positive d’une image pho­tographique [l’analogie est en fait tout à fait exacte].

Goethe reconnaissait que les couleurs violentes ont tendance à donner une sensation de leur couleur complémentaire dans la surface environnante, comme un halo contrasté. Le même effet apparaît dans l’ « image persistante » qui se produit quand on fixe une couleur pendant un long moment et puis que l’on regarde ailleurs. Goethe raconte comment, dans une auberge éclairée par le soleil couchant, il vit l’image persistante d’une jeune fille à la peau veloutée dans une robe rouge, comme une silhouette sombre enrobée dans un beau vert de mer. Il appela ces oppo­sitions couleurs « exigeantes » (called for), chacune semblant réclamer son complément.

L’observation n’était pas totalement originale: parmi ceux qui avaient déjà remarqué le phénomène de l’image persistante au xvme siècle, on trouve Buffon, le théoricien de la couleur Moses Harris, et les scienti­fiques Joseph Priestley et Benjamin Thomson [le comte Bumford}. Mais Goethe se rendait compte que cette sensation de complémentaires est produite par le système visuel, et n’a rien à voir avec la lumière atteignant l’œil à ce moment-là. « Chaque couleur prononcée fait violence à l’œil et le force à résister », suggère-t-il, plus ou moins correctement. C’est pour la même raison physiologique qu’une couleur semble plus vive à côté de sa complémentaire: les deux couleurs se mettent en valeur l’une l’autre, et génèrent une sorte de vibration à leur interface. L’idée devait devenir cen­trale pour la réflexion de tout artiste du xixe siècle intéressé par la cou­leur, et particulièrement pour les impressionnistes.

Que certaines combinaisons de couleurs fonctionnent bien n’était pas vraiment une découverte de Goethe. De telles idées avaient commu­nément cours au moins au xve siècle, et l’œil aiguisé de Léonard lui a per­mis d’anticiper l’appariement goethéen des complémentaires: « De diffé­rentes couleurs également parfaites apparaîtra plus excellente celle vue à côté de son contraire direct […] le bleu près du jaune, le vert près du rouge: parce que chaque couleur est vue plus distinctement lorsqu’elle est opposée à son contraire plus qu’à n’importe quelle autre couleur pro­che d’elle. »

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