PARTIE I - CHAPITRE III LES BASES DE LA COLORIMETRIE

Deux boules rouges. Comment décrire la différence de couleur?

Les attributs de la couleur

La couleur d’un objet est déterminée suivant trois critères ou attributs que sont la teinte (hue), la clarté ou luminosité (value) et la saturation (chroma). Nous pouvons ainsi définir très précisément les propriétés d’une couleur, ce qui sera utile dans le cadre d’une mesure colorimétrique.

LA TEINTE

La teinte est liée à la longueur d’onde réelle sur le spectre visible, et définit donc le nom de la couleur de l’objet. Nous utilisons cette notion de teinte pour exprimer en colorimétrie le nom de la couleur qui est employé quotidiennement par chacun d’entre nous. L’ensemble de ces teintes peut être représenté sur une roue, appelée roue des couleurs.

LA LUMINOSITE

La luminosité, pour chacune de ces teintes, peut varier du sombre au clair. Elle est déterminée par un pourcentage de lumière réfléchie par l’objet coloré. Nous verrons que certaines couleurs sont par nature plus sombre que d’autres (par exemple, le rouge est plus sombre que le vert, qui est la couleur pour laquelle l’oeil est le plus sensible). La mesure de ce paramètre peut être effectuée indépendamment de la teinte de l’objet coloré.

LA SATURATION

Le dernier attribut de la couleur est la saturation. Elle fait intervenir la notion de pureté d’une couleur.
Une couleur ayant une teinte précise sera dessaturée si celle-ci est associée à un gris possédant une luminosité identique. Cette notion de saturation est indépendante des deux précédentes.

Les systèmes CIE « Device–independent »

L’espace colorimétriqueCIE Yxy

Nous pouvons représenter ces trois attributs de la couleur dans un espace colorimétrique appelé TSL (Teinte, Saturation , Luminosité). Il est aussi intitulé HSL (Hue, Saturation, Lightness), HCL (Hue, Chroma, Lightness), HSB (Hue, Saturation, Brightness), ou HSV (Hue, Saturation, Value).

La mesure des couleurs a connu au cours de son histoire de nombreux moyens de représentation colorimétrique. A.H.Munsell a mis au point une méthode de comparaison visuelle d’échantillons colorés, classés suivant les trois attributs de la couleur. Cette représenta-tion montre comment les couleurs ont pu être classées, ce

qui permet de réaliser un catalogue des couleurs appelé Atlas de Munsell. Plus tard, la Commission Internationale de l’Eclairage (C.I.E.) a adopté un espace couleur appelé CIE Yxy (1931). Cet espace sera décliné en 1976 en un autre espace appelé CIE L*a*b*, dont nous allons voir les caractéristiques et les évolutions.

L’espace colorimétrique CIELAB

En 1931, la C.I.E. a mis au point un espace représentant les couleurs, l’espace Yxy. Ce système colorimétrique est basé sur les fonctions de mélanges décrites par Wright et Guild. Son développement est une transformation linéaire de ces fonctions. Les composantes trichromatiques X, Y et Z sont des primaires virtuelles sur lesquelles reposent le développement des fonctions de mélanges. Les coordonnées trichromatiques x et y issues de ces composantes X, Y et Z, sont utilisées dans

le but de pouvoir représenter graphiquement les résultats colorimétriques dans le diagramme de chromaticité que nous connaissons. A son origine, les valeurs tristimulus XYZ, qui correspondent aux trois composantes rouge, verte et bleue, sont déduites et calculées à partir des fonctions de mélanges obtenues pour un observateur moyen. Cette notion est appelée observateur standard, et a été représentée en 1931 sur un graphique déterminant la sensibilité spectrale de l’oeil humain moyen (Cf. schéma 5 ci-contre). Les couleurs sont donc calculées en fonction de ces valeurs tristimulus XYZ, et représentées dans l’espace couleur Yxy en deux dimensions, pour chaque valeur de Y. La primaire Y a été déterminée de telle façon que la fonction de mélange lui correspondant soit proche de la fonction de visibilité de l’observateur de référence.

L’espace colorimétrique CIELUV

Dans ce cas précis, les trois paramètres que sont les composantes X, Y et Z peuvent être divisés en deux groupes représentant la chromaticité et la luminosité. C’est pour cela que l’espace colorimétrique Yxy peut être représenté en deux dimensions. Les calculs pour obtenir les coordonnées x, y et z, à partir des valeurs tristimulus

XYZ sont les suivants :
Les mesures pour l’observateur standard dépendent d’un autre facteur qu’est l’angle d’observation ou le champ de vision. Deux valeurs ont été retenues par la C.I.E. (2° et 10°). Cet espace couleur Yxy est dit Device independent puisqu’il est basé sur la vision humaine et non pas sur des valeurs machines.
En 1976, la C.I.E. met en place un espace couleur appelé CIE L*a*b*, qui est actuellement très utilisé pour la mesure des couleurs. Un des principaux problèmes de l’espace couleur Yxy était que les différences de couleur observables sur le graphique ne correspondaient pas aux écarts de couleur perçus par l’oeil. L’espace CIE L*a*b* essaie de résoudre ce défaut, en intégrant les trois attributs de la couleur dans ces formulations. Les coordonnées de chromaticité a* et b* représentent des axes de couleurs. La coordonnée a* définit l’axe rouge/vert (+a* et -a*), et b* représente l’axe jaune/bleu (+b* et -b*). La saturation augmente au fur et à mesure que l’on s’éloigne du centre du diagramme. Cet espace couleur est donc tridimensionnel et uniforme (dit pseudo-uniforme). Les valeurs L*a*b* sont calculées à partir de leurs tristimulus XYZ.
L* = 116(Y/Yn)1/3 -16
a* = 500((X/Xn)1/3-(Y/Yn)1/3)

b* = 200((Y/Yn)1/3-(Z/Zn)1/3)
X, Y, Z sont les valeurs tristimulus de l’échantillon.
Xn, Yn, Zn sont les valeurs tristimulus d’un diffuseur par réflexion parfait.
Si les valeurs X/Xn, Y/Yn ou Z/Zn sont des valeurs inférieures à 0,008856, les équations sont différentes

(elles sont consultables dans la norme AFNOR X08-14 - «Colorimétrie. Espaces colorimétriques pseudo-unifor-mes : CIELUV et CIELAB - Formules d’écart de couleur associées». 1998).
L’espace CIE L*u*v* a été développé la même année que le CIE L*a*b*, et correspond à une améliora-tion de l’espace U*V*W* défini en 1964. Il est à peu près uniforme et possède des propriétés différentes de celles de l’espace CIELAB. Il peut être représenté dans un diagramme appelé Yu’v’.

Les calculs et formules de différences de couleurs

Les calculs et formules de différences de couleurs font appel à un certain nombre de fonctions mathémati-ques qu’il n’est pas utile de détailler ici. Il est toutefois intéressant de constater que ces écarts mesurés entre les couleurs sont fort utiles quant il s’agit de comparer des couleurs de façon extrêmement précise. Ainsi, dans l’espace CIELAB, l’écart de couleur représente le degré d’écart de couleur sans indiquer la direction dans laquelle il se trouve. La formule mathematique est la suivante

ƒ¢E*ab=ã((ƒ¢L*)2+(ƒ¢a*)2+(ƒ¢b*)2)
Les autres formules dfecarts couleurs definies dans dfautres espaces sont les suivantes :
Espace L*C*h* : ƒ¢H* =ã((ƒ¢E*ab )2 - (ƒ¢L*)2 - (ƒ¢C*)2)
Espace Hunter Lab : ƒ¢Eh=ã((ƒ¢L )2 - (ƒ¢a)2 - (ƒ¢b)2)
Espace L*u*v* : ƒ¢E*uv=ã((ƒ¢L* )2 - (ƒ¢u*)2 - (ƒ¢v*)2)
Espace CIE 1994 :
ƒ¢E*94=((ƒ¢L*/SLKL )2 + (ƒ¢C*ab/SCKC )2 + (ƒ¢H*ab/SHKH)2)1/2

ƒ¢E*ab superieur ou egal a 1 est visible. En realite meme une difference de couleur plus importante nfest pas visible dans certaine region de couleur, comme le jaune.
En impression un ƒ¢E* entre 4 et 8 se situe en general a lfinterieur de la tolerance des normes.

Les systèmes CIE Device –dependent

L’espace RVB

Les moniteurs et scanners utilisent un espace colorimétrique de représentation des couleurs en trois dimensions appelé espace RVB (ou RGB pour Red, Green, Bleu). C’est un espace qui repose sur le système connu de la synthèse additive. Il est dit Device –dependent car il est en étroite relation avec le périphérique qui l’utilise. Il peut être représenté graphiquement par un cube sur lequel les teintes des couleurs primaires (RVB) et secondaires (CMJ) sont présentes à chaque sommet. Les deux derniers sommets représentent le noir et le blanc. Nous verrons que cet espace RVB peut se décliner sous plusieurs formes (sRGB, AdobeRGB, ColorMatch RVB, etc.). L’espace RVB est un espace purement «artificiel».

L’espace CMJN

Cet espace colorimétrique a été conçu sur le principe de la synthèse soustractive des couleurs (Cf. chapitre précédent). Il est utilisé dans les domaines de l’impression couleur. Cet espace est restreint par rapport au RVB, qui lui aussi est inférieur à l’espace de référence Yxy.
Ces espaces colorimétriques étant dépendants des périphériques auxquels ils sont associés, chacun d’entre eux diffère dans une proportion plus ou moins grande.
Les nuanciers couleurs

Ces systèmes sont appelés systèmes de référencement. La gamme des couleurs Pantone, par exemple, montre l’ensemble des couleurs suivant une classification bien déterminée des couleurs. La palette des couleurs est surtout utilisée par les directeurs artistiques et les créateurs dans les domaines de la publicité et de la com-munication, pour lesquels le repérage visuel instantané est indispensable. Il présente cet avantage que n’ont pas les autres sytèmes de représentation des couleurs. Il faut distinguer les systèmes nuanciers de tons directs (Pantone, Focoltone, Toyo, Trumatch, etc.), des nuanciers en quadrichromie. Pour ces derniers, les indications pour chaque couleur représentée sont faites en valeurs CMJN. Il faut cependant prendre avec beaucoup de précaution ce système de référencement puisqu’il est directement dépendant du type d’encre, ainsi que du type de papier et du système d’impression utilisé.

Les nuanciers Pantone

Un jaune profond peut être assimilé à un Pantone 123, un vert clair à un Pantone 358C, etc. Il est possible de choisir le type de support sur lequel ces échantillons sont représentés. Ainsi, Pantone propose ses nuanciers sur des papiers couchés et non couchés (coated & uncoated). La trame est aussi intégrée dans ces nuanciers puisque chaque échantillon possède un tramage précis (175 lignes dans les dernières versions), élément indispensable à maîtriser dans toute application graphique et auquel l’utilisateur peut ici se référencer. Des nuanciers spécifiques pour le Web, le graphisme, le textile, ou le plastique peuvent être choisis par les utilisateurs selon leurs besoins. Les nuanciers peuvent être associés à un logiciel de visualisation sur écran, avec la possibilité dans certains cas, d’examiner l’ensemble des échantillons colorés en faisant varier le fond tramé.
Des logiciels existent qui peuvent indiquer les valeurs CMJN les plus proches possibles d’une couleur Pantone, dans l’espace colorimètrique du profil sélectionné:
Par exemple les valeurs CMJN, pour reproduire le Pantone 180 CVC sur une machine offset, papier couché sont conseillées par le logiciel comme suit: C: 17,2%, M:100% Y: 99,2% N: 13,3% pour une impression «Newspaper 280», le logiciel conseille C: 0% M: 87,5% Y: 100% N: 0%