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A.01. Les courbes spectrales de sources lumineuses



0194*/0941*/0942
A.1.1. Les courbes spectrales de quelques sources lumineuses colorées

Les schémas des planches 194 et 941 montrent les courbes spectrales de quelques sources lumineuses colorées.




Il n’y a pas deux sources lumineuses colorées qui présentent la même courbe spectrale. Si deux sources lumineuses colorées présentent la même courbe spectrale, c’est qu’elles ont la même couleur. C’est pour cela qu’on dit qu’une courbe spectrale, c’est comme l’empreinte de doigt d’une couleur («the fingerprint of the colour»).

La courbe spectrale d’une source lumineuse, c’est un graphique qui montre la quantité d’énergie de cette source lumineuse à intervalles réguliers tout le long du spectre des lumières visibles.

Les courbes spectrales, c’est la manière la plus complète de décrire les caractéristiques des sources lumineuses.

Pour mesurer la courbe spectrale d’une source lumineuse, on utilise un instrument qui s’appelle un spectroradiomètre… Le spectroradiomètre mesure l’énergie de la lumière émise par la source lumineuse, avec une cellule photosensible et à intervalles réguliers tout le long du spectre des lumières visibles.

Les courbes spectrales de sources lumineuses s’appellent en réalité les «Courbes de répartition de la puissance spectrale» (Spectral Power Distribution Curves). Durant cette formation en colorimétrie appliquée, nous utiliserons le terme «courbe spectrale de la source lumineuse».

Les courbes spectrales de sources lumineuses sont capables de décrire toutes les couleurs visibles par l’œil humain, et même encore plus : même la partie ultraviolette non visible de la couleur d’un éclairage est décrite dans la courbe spectrale de cet éclairage… Comme on le verra plus loin, c’est important lorsqu’on opère des calculs qui concernent la manière dont cet éclairage interagit avec certaines matières fluorescentes.

Les courbes spectrales des couleurs peuvent être converties vers d’autres manières plus simples de décrire la couleur, moins gourmandes en ressources informatiques, comme RGB, CMYK, Pantone Matching System, etc. Ces autres manières plus simples de décrire la couleur ne sont pas capables de décrire toutes les couleurs visibles par l’œil humain, c’est pourquoi les courbes spectrales de couleurs sont parfois converties vers une valeur dans ces modèles qui correspond le plus à la couleur décrite par la courbe spectrale.

Parce qu’une courbe spectrale contient énormément d’informations à propos des couleurs, il n’est pas possible de convertir la courbe spectrale d’une couleur vers un de ces modèles (RGB, CMYK, Pantone) puis de reconvertir la couleur d’un de ces modèles (RGB, CMYK, Pantone) vers une courbe spectrale.

Observez les courbes spectrales des couleurs sur les planches 194 et 941. Remarquez comment l’amplitude (la hauteur) de la courbe influence la luminosité des couleurs, et comment la forme de la courbe influence la saturation (la pureté) d’une couleur… Une courbe avec une forme bien franche donne une couleur «vibrante». Une courbe avec une forme moins franche donne une couleur plus indéfinissable, plus désaturée.


2079/2080*/2053
A.1.2. Quand on ne connaît que la courbe spectrale d’une source lumineuse, c’est difficile de prévoir quelle sera exactement chez l’observateur la sensation colorée que provoquera cette source lumineuse

On pourrait penser que le fait de mesurer l’intensité lumineuse d’une source lumineuse pour chacune des longueurs d’ondes visibles serait la meilleure manière de décrire la couleur de cette source lumineuse. Une telle mesure, qui se traduit par une courbe spectrale, montre les propriétés optiques qui influencent la perception de la couleur, mais ce n’est toutefois pas facile de prévoir l’apparence visuelle de la couleur au départ de cette information…

Regardez la courbe spectrale sur la planche 2080… on peut repérer assez facilement sur la courbe spectrale quelle est la longueur d’onde dominante : dans ce cas c’est du vert, mais comment savoir vraiment quelle va être la contribution des autres longueurs d’ondes dans la perception de la couleur ? De quel type de vert s’agit-il vraiment ?





Plus loin dans cette formation, nous verrons que l’être humain préfère lorsque les couleurs sont décrites avec des termes psychologiques, mais que ces termes psychologiques ne sont pas fiables, ils ne sont pas utilisables dans le contexte de la production industrielle, qui demande plus de rigueur… Ce sera le rôle de la colorimétrie, nous aurons l’occasion d’en reparler.


A.1.3. Les courbes spectrales de sources lumineuses qu’on peut qualifier de «lumière blanche»

1346*/1349*
Sur le net, David Porter a mis à disposition des scientifiques des courbes spectrales de 62 lumières du jour. La répartition de la puissance spectrale (Spectral Power Distribution, SPD) a été mesurée tous les 5 nanomètres sur la totalité des ondes du spectre des lumières visibles, et même plus, puisque les fréquences vont de 300 nanomètres à 830 nanomètres, alors que généralement on dit que les lumières visibles ont des longueurs d’ondes qui se situent entre 400 nanomètres et 700 nanomètres.


0551*/1351*/0183*
Les schémas sur la planche 0551 montrent la courbe spectrale d’un éclairage par une ampoule à incandescence, c’est-à-dire une ampoule avec un filament en tungstène (en haut) et la courbe spectrale d’un éclairage de la lumière du jour (en bas).



Ces deux éclairages peuvent être qualifiés de «lumière blanche», et pourtant l’aspect qu’auront des objets sous l’un ou l’autre de ces éclairages peut varier considérablement.

Les schémas sur les planches 1351 et 183 montrent également les courbes spectrales de ces deux types de sources lumineuses.



1365*/0184*
Les schémas sur la planche 1365 montrent à nouveau la courbe spectrale d’un éclairage par une ampoule à incandescence et la courbe spectrale d’un éclairage de la lumière du jour, mais cette fois-ci on va pouvoir comparer ces deux types d’éclairage à un troisième type : l’éclairage par tube fluorescent…


Il s’agit de tubes fluorescents de type «TL84», qui sont utilisés dans les magasins Mark & Spencer. Cette chaîne de magasins a des activités de recherches dans le domaine de la couleur. Nous en reparlerons lorsque nous étudierons les modèles colorimétriques.

Le schéma de la planche 0184 montre également la courbe spectrale d’une source lumineuse naturelle de plein jour, et aussi la courbe spectrale d’une source lumineuse par tube fluorescent.

Remarquez que la source lumineuse par tube fluorescent est de puissance faible.

Remarquez aussi comment pour certaines longueurs d’ondes la puissance est beaucoup plus élevée que pour d’autres longueurs d’ondes… C’est une caractéristique de ce type d’éclairage, et c’est ce qui rend ce type d’éclairage tout à fait inadéquat lorsqu’on doit juger des couleurs, ou créer avec les couleurs.

1359*
Le schéma de la planche 1359 montre la courbe spectrale de quatre types de lampes fluorescentes. Quel que soit le type d’éclairage par tube fluorescent, il présente toujours une courbe spectrale avec des «pointes d’énergie» à certaines longueurs d’ondes.



1219/1220
A.1.4. Fonctionnement des tubes fluorescents, et catégories de tubes fluorescents

Une lampe à tube fluorescent, c’est une lampe qui utilise le principe de la fluorescence.

Cette lampe est composée d’un tube de verre rempli de vapeurs de mercure à basse pression. D’autres gaz sont parfois utilisés.

L’intérieur du tube fluorescent est tapissé d’une matière fluorescente. Cette matière est également phosphorescente…

On charge les vapeurs de mercure avec un courant électrique, cela produit des radiations ultra‑violettes. Ces radiations invisibles stimulent la matière fluorescente qui émet à son tour de la lumière, mais cette fois de la lumière visible.

La matière fluorescente a donc pour but de convertir les radiations ultraviolettes invisibles qui ont très peu de longueurs d’ondes, en une plus grande gamme de longueurs d’ondes du spectre des lumières visibles. C’est le type de matière fluorescente qui est utilisé dans les lampes à tubes fluorescents qui fait la différence entre les tubes… En général, il y a un compromis entre l’utilisation maximale de l’énergie de la lumière ultraviolette émise par les vapeurs de mercure, et la bonne redistribution de cette énergie par la surface fluorescente vers différentes longueurs d’ondes du spectre de lumières visibles.

Il y a 12 types d’éclairages fluorescents standards. Ces 12 types sont classés en trois catégories…

1) La catégorie F1‑F6 est appelée «normale» parce qu’il y a une bonne efficacité… L’énergie de la lumière ultraviolette dégagée par les vapeurs de mercure donne une lumière correcte et assez puissante.

2) La catégorie F7‑F9 est appelée «large‑bande» parce que la distribution des longueurs d’ondes est meilleure (il y a plus de lumières visibles), mais l’énergie ultraviolette dégagée par les vapeurs de mercure est mal utilisée (= l’éclairage consomme plus pour une même quantité de lumière visible, mais la lumière visible dégagée est plus riche).

3) La catégorie F10‑F12 est appelé «tri‑bande» parce que les longueurs d’ondes visibles sont principalement concentrées dans trois bandes du spectre des lumières visibles… 435, 545, et 610 nanomètres. Ces tubes fluorescents utilisent bien l’énergie ultraviolette dégagée par les vapeurs de mercure, mais les couleurs des objets ne sont pas très justes vues sous cet éclairage.

La Commission Internationale de l’Éclairage recommande d’utiliser, parmi ces trois catégories, le F2, F7, et F11.


1165
A.1.5. Une explication du phénomène de la phosphorescence

La phosphorescence c’est la propriété d’une matière ou d’un objet à absorber des radiations temporairement, puis à les ré‑émettre peu de temps après… La matière phosphorescente continue d’émettre de la lumière pendant un certain temps après que la source lumineuse soit partie.

Les phosphores sont utilisés pour tapisser l’intérieur des tubes de télévision, les moniteurs d’ordinateurs, et les tubes fluorescents.


0230*/0231*
A.1.6. La courbe spectrale d’un laser rouge

Le schéma de la planche 231 montre la courbe spectrale d’une couleur pure comme un laser rouge. Le schéma de la planche 230 montre en comparaison la courbe spectrale d’une couleur bleue.




Le laser est une couleur composée d’une seule longueur d’onde. Dans la nature, on ne trouve pas des lumières qui sont composées uniquement d’une seule longueur d’onde. Les lumières dans la nature sont composées de plusieurs longueurs d’ondes à différentes intensités… Ce sont les courbes spectrales qu’on a vues.
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