Photographie/Mesure de la lumière, posemètres/Indices de lumination
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Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | ||||||
Introduction
modifierLes indices de lumination (IL), en anglais exposure values (EV) sont des nombres qui caractérisent les diverses combinaisons de temps de pose et d'ouvertures du diaphragme pour obtenir une exposition donnée. Cette notion a été introduite en Allemagne au cours des années 1950 pour tenter de simplifier les réglages des appareils photographiques.
En fait, l'échelle des indices de lumination correspond tout simplement à un niveau lumineux. Plus la lumière est abondante, plus l'indice est élevé. L'échelle est par ailleurs établie en faisant en sorte qu'une variation de 1 unité de l'indice de lumination correspond à un doublement ou à une division par deux du niveau lumineux. Il s'ensuit qu'à diaphragme constant, le temps de pose est divisé ou multiplié par deux lorsque l'indice varie d'une unité, ou qu'à temps de pose constant il faut ouvrir ou fermer le diaphragme d'un cran pour cette même variation.
Si, pour un même indice de lumination, on double le temps de pose, il faut alors fermer le diaphragme d'un cran, et donc diviser par deux l'éclairement de la couche sensible. L'exposition du film ou du capteur sera la même mais il ne faut jamais oublier les conséquences de ces réglages sur la netteté des images : avec un sujet mobile, l'allongement du temps de pose augmentera le degré de flou de ce sujet, tandis que la fermeture du diaphragme aura pour effet d'augmenter la profondeur de champ.
vitesse rapide, la vague est nette |
diaphragme ouvert, le fond est flou |
vitesse lente, la vague est floue |
diaphragme fermé, le fond est net |
Indépendamment des aspects purement photométriques, c'est-à-dire de la manière de trouver la bonne combinaison de paramètres pour obtenir une exposition correcte, on voit bien que cette question ne peut pas être dissociée des aspects esthétiques.
Dans la littérature anglo-saxonne on devrait trouver le symbole pour désigner les exposure values, cependant on trouve plus fréquemment EV. En langue française, plutôt que EV, on devrait employer systématiquement IL, comme dans ce livre (sauf probablement quelques oublis...).
Définition mathématique
modifierL'indice de lumination, qui varie de 1 unité à chaque fois que le niveau lumineux varie dans le rapport 2 ou 1/2, est en fait un logarithme à base 2, donc un logarithme binaire.
- est l'ouverture relative de l'objectif utilisé (nombre sans unité)
- est le temps de pose, exprimé en secondes
La conséquence immédiate de cette définition est que l'indice de lumination IL = 0 correspond à une ouverture de diaphragme de f/1,0 combinée à un temps de pose de 1 s.
Du point de vue purement scientifique, cette définition poserait un problème, puisque les indices de lumination sont donnés sans unité par un logarithme alors que l'un des paramètres utilisés correspond à un temps. En fait cette formule ne correspond à aucune loi physique, elle constitue seulement un moyen pratique de codifier les combinaisons de réglages des appareils.
On est rigoureux sur le vocabulaire ou on ne l'est pas...
modifierIl faut rappeler ici que l'exposition lumineuse, ou lumination, est le produit d'un éclairement par un temps :
- est la lumination de la surface sensible, en lux.s
- est l'éclairement reçu par cette dernière, en lux
- est le temps de pose, en s
L'éclairement dépend bien sûr directement de l'ouverture du diaphragme.
En anglais, exposure value est un terme plus ou moins ambigu pouvant laisser penser qu'un seul nombre peut représenter à la fois les deux valeurs de l'ouverture relative et de la vitesse, ce qui n'est évidemment pas le cas. Pour éviter toute confusion, certains fabricants d'appareils ont utilisé le terme camera exposure. La norme ASA de 1964 définissant les spécifications à observer pour la commande automatique des appareils photographiques parle plus explicitement de camera exposure settings, donc des réglages pour l'exposition.
En français, indice de lumination fait davantage référence à un niveau lumineux, plus exactement à une quantité de lumière.
Dans les deux cas, il s'agit bien entendu de caractériser un couple de valeurs qui, pour une sensibilité donnée, permettra de conserver une valeur constante à l'exposition.
Tableau de référence
modifierTemps de pose en secondes ou en minutes (min) en fonction de l'indice de lumination et de l'ouverture relative IL ouvertures relatives 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0 5,6 8,0 11 16 22 32 45 64 −6 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 256 min 512 min 1 024 min 2 048 min 4 096 min −5 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 256 min 512 min 1 024 min 2 048 min −4 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 256 min 512 min 1 024 min −3 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 256 min 512 min −2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 256 min −1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 128 min 0 1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 64 min 1 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 32 min 2 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 16 min 3 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 8 min 4 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 min 4 min 5 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 min 6 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 7 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 8 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 9 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 10 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 11 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 12 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 13 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 14 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 15 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 16 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 17 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 18 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 1/60 19 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 1/125 20 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 1/250 21 1/32 000 1/16 000 1/8 000 1/4 000 1/2 000 1/1 000 1/500 IL 1,0 1,4 2,0 2,8 4,0 5,6 8,0 11 16 22 32 45 64 ouverture relative
Bien entendu, ce tableau est extensible à volonté, dans toutes les directions.
Situations pratiques
modifierLa plupart des photographes font confiance aux réglages automatiques donnés par leurs appareils mais dans un certain nombre de cas ceux-ci montrent leurs limites et il est alors nécessaire de passer en mode manuel. Le tableau ci-dessous permet de définir divers réglages d'exposition avec une assez bonne précision.
Correspondance approximative des indices de lumination
pour une sensibilité de 100 ISOIL Conditions d'éclairement -6 pleine nuit, loin des lumières des villes, éclairage par le ciel étoilé, éventuellement par un très mince croissant de Lune, aurore boréale ou australe très peu lumineuse -5 pleine nuit, éclairage par un mince croissant de Lune, aurore boréale ou australe peu lumineuse -4 pleine nuit, loin des lumières des villes, éclairage par une demi-Lune, aurore boréale ou australe brillante -3 pleine nuit, loin des lumières des villes, éclairage par la pleine Lune, aurore boréale ou australe très brillante -2 pleine nuit, loin des lumières des villes, paysage de neige éclairé par la pleine Lune -1 sujets éclairés par un très faible éclairage artificiel 0 sujets éclairés par un faible éclairage artificiel 1 photographie de nuit, paysage lointain avec éclairage artificiel 2 photographie de nuit, immeubles lointains avec éclairage artificiel, Lune en situation d'éclipse totale 3 photographie de nuit, bâtiments, monuments et fontaines éclairés, environnement éclairé par un feu d'artifice 4 photographie de nuit, bâtiments, monuments et fontaines éclairés, environnement éclairé par un feu d'artifice, sujets éclairés par des réverbères, illuminations de Noël, sujets photographiés à la lueur des bougies 5 photographie de nuit, bâtiments, monuments et fontaines éclairés, environnement éclairé par un feu d'artifice, sujets éclairés par des réverbères, illuminations de Noël, sujets photographiés à la lueur des bougies, des phares des véhicules, des feux de camps, intérieurs faiblement éclairés, églises, etc. 6 intérieurs moyennement éclairés, foires, parcs d'attractions 7 intérieurs éclairés, foires, parcs d'attractions et autres scènes de nuit, canopée des forêts primaires, vitrines de magasins, spectacles sur scène, lieux de travail 8 intérieurs bien éclairés, scènes de nuit brillantes, rues commerçantes de nuit, feux de camp, incendies, spectacles sportifs en nocturne, vitrines de magasins bien éclairées, spectacles sur scène, lieux de travail 9 crépuscule juste après le coucher du Soleil, sports en nocturne, incendies, spectacles très éclairés, vitrines de magasins bien éclairées, galeries marchandes, enseignes lumineuses, objets éclairés par des projecteurs 10 crépuscule juste après le coucher du Soleil, enseignes lumineuses, galeries d'art, photo de la Lune au téléobjectif 11 paysage après le coucher du Soleil, galeries d'art, enseignes lumineuses, sujets à l'ombre dense du Soleil 12 Coucher de Soleil, croissant de Lune, paysages par temps très nuageux, sujets à l'ombre découverte, paysages juste avant le coucher du Soleil 13 sujets par temps nuageux clair sans ombres, demi-Lune au téléobjectif, paysages avant le coucher de Soleil 14 temps brumeux avec ombres légères, pleine Lune au téléobjectif, arc-en-ciel sur un ciel nuageux, 15 paysage en plein soleil avec ombres très marquées, pleine Lune au téléobjectif, arc-en-ciel sur ciel clair, on peut appliquer la règle du diaphragme 16 16 Soleil brillant sur sable ou neige, avec des ombres distinctes 17 reflets du Soleil sur l'eau, certaines sources de lumière artificielle 18 reflets du Soleil, certaines sources de lumière artificielle 19 reflets du Soleil sur des surfaces métalliques, certaines sources de lumière artificielle 20 certaines sources de lumière artificielle 21 certaines sources de lumière artificielle 22 certaines sources lumineuses artificielles extrêmement brillantes 23 certaines sources lumineuses artificielles extrêmement brillantes
Dans les situations difficiles, le tableau ci-dessus donne une base de départ pour la détermination des données de l'exposition. Il ne faut pas hésiter à affiner le résultat en procédant à des essais permettant d'obtenir les meilleures images possibles.
Dans la nature, on ne rencontre pratiquement aucun niveau de luminosité supérieur à 18 - 19. Il est donc absolument inutile que les posemètres des appareils puissent aller au-delà. Mieux même, aux environs de 19 il s'agit de reflets directs du Soleil, si intenses que l'œil ne peut en soutenir l'éclat. De ce fait, il n'est pas souhaitable de rendre des détails dans ces zones par des valeurs de gris ; c'est l'un des très rares cas où le regard accepte sans problème la présence de zones totalement « percées » dans les photographies.
Changement de sensibilité
modifierLe tableau ci-dessus a été établi pour une sensibilité de 100 ISO. Lorsque l'on adopte une sensibilité plus faible ou plus élevée, il faut bien sûr modifier en conséquence les valeurs de l'indice de lumination. Il est possible de faire cette correction à l'aide d'une formule mais en pratique les choses sont beaucoup plus simples.
- est ici la nouvelle sensibilité ISO
Si nous passons par exemple de 100 à 400 ISO :
Si au contraire nous abaissons la sensibilité de 100 à 50 ISO :
Le calcul est en fait extrêmement simple, il suffit d'ajouter 1 à l'ancienne valeur à chaque fois que l'on double la sensibilité, ou de retrancher 1 à chaque fois qu'on la divise par 2. Cela correspond bien sûr au passage d'une division entière du diaphragme : à temps de pose égal, si l'on double la sensibilité, il faut diviser par 2 l'éclairement de la surface sensible et donc fermer le diaphragme d'une valeur normalisée à la suivante.
Utilisation pratique sur les appareils
modifierLes années 1960 ont été caractérisées par un énorme développement de la photographie, particulièrement chez les amateurs. Tous les constructeurs d'appareils et autres matériels ont fait de leur mieux, d'une part pour améliorer la valeur technique des produits mis à la disposition de la clientèle, d'autre part pour simplifier les réglages en vue de faire venir à la photographie un public souvent rebuté (ou supposé tel) par les questions techniques.
D'où certaines publicités que l'on jugerait sans doute en 2011 comme sexistes ou déplacées, comme celle qui montrait une charmante jeune personne juchée sur un tabouret pour « échapper » à une souris, avec cette légende : « de nos jours, une femme n'a plus peur d'une caméra ».
Les posemètres indépendants étaient généralement munis de graduations donnant directement l'indice de lumination, mais ce paramètre n'a finalement été utilisé directement que sur un nombre restreint d'appareils, et parfois de façon quelque peu aberrante.
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Ce posemètre Gossen permet d'obtenir, outre les classiques indications de vitesse et de diaphragme, l'indice de lumination correspondant à une sensibilité donnée de pellicule |
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L'appareil d'entrée de gamme Kodak Pony II comporte une échelle d'indices de lumination graduée de 10 à 15, ce qui correspond à des conditions de lumière relativement intense ; en fait l'obturateur du Pony II ne donne qu'un seul temps de pose et en tournant la bague des indices de lumination on agit uniquement sur le diaphragme... ce qui n'est pas fondamentalement intéressant ! |
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L'appareil plus perfectionné Kodak Retina 1b comporte une échelle d'indices de lumination, graduée en rouge de 3 à 18, qui complète sans les remplacer les graduations habituelles. Le diaphragme étant ici couplé à la vitesse, il suffit d'afficher l'indice de lumination fourni par le posemètre pour obtenir la bonne exposition, puis de choisir le diaphragme et/ou la vitesse pour effectuer la prise de vue, l'autre paramètre étant modifié automatiquement en conséquence. |
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Bague avec indices de lumination (Focaflex, 1960). |
On rencontre également les échelles d'indices de lumination sur les objectifs de certains appareils de moyen format fabriqués par Rollei ou Hasselblad.
Correction d'exposition à l'aide des indices de lumination
modifierLa plupart des appareils modernes, en particulier les appareils numériques, permettent de corriger facilement les conditions de pose par rapport à ce que préconise le système de détermination de l'exposition.
En exprimant les corrections sous forme d'indices de lumination, il faut bien comprendre que la valeur de la correction doit être retranchée à l'indice, et pas ajoutée.
Autrement dit, l'indice varie en sens inverse de la correction affichée !
Supposons que nous nous trouvions sur une plage violemment éclairée, la sensibilité étant fixée à 100 ISO. L'indice de lumination correspondant est voisin de 16, ce qui donne a priori une pose de 1/500 s à f/11. Constatant que les photographies obtenues sont systématiquement trop sombres, nous en déduisons qu'il faut exposer davantage et nous affichons alors une correction de + 1 IL, ce qui revient à doubler la lumination de la surface sensible par rapport aux indications du posemètre. Nous pouvons par exemple choisir un temps de pose de 1/250 s si nous souhaitons maintenir le diaphragme à f/11. Constatons que cette nouvelle combinaison, 1/250 s à f/11, correspond à un indice de lumination de 15 au lieu de 16.
Sur la plupart des appareils compacts numériques, l'étendue de la correction possible est de +/- 2 IL, et l'on peut agir par incréments de 1/3 d'IL. Sur les appareils reflex numériques, l'amplitude de la correction possible est souvent plus étendue, et parfois on peut opérer avec plus de finesse.
Indice de lumination et conditions d'éclairement
modifierLes conditions d'exposition pour une mesure en lumière réfléchie sont telles que :
avec
- ouverture relative de l'objectif
- temps de pose en s
- luminance moyenne de la scène photographiée
- sensibilité ISO
- constante dépendant du posemètre utilisé en lumière réfléchie
Or,
Les réglages de l'appareil peuvent également être obtenus en utilisant la lumière incidente, d'où :
avec
- éclairement fourni par la source lumineuse
- constante dépendant du posemètre utilisé en lumière incidente
Il en résulte que :
Les limites de l'utilisation des indices de lumination apparaissent ici clairement : selon que l'on se réfère à la lumière incidente ou à la lumière réfléchie, les valeurs de l'indice de lumination données par le posemètre peuvent être différentes, et cette différence dépend entre autres du pouvoir réfléchissant du sujet. L'usage de la lumière incidente devrait normalement donner des valeurs plutôt fiables mais lorsque l'on utilise des posemètres intégrés aux appareils, la mesure a lieu en lumière réfléchie.
S'il s'agit de photographier des scènes abondamment éclairées et dont le coefficient moyen de réflexion de la lumière est de l'ordre de 18 %, ce qui est le cas pour de nombreux paysages, il n'y a pas de difficulté notable pour appliquer directement ces formules, qui donnent alors des résultats cohérents. En revanche, lorsque la distribution des luminances est atypique, dans le cas de scènes de nuit, de contrejours ou encore s'il y a des sources de lumière dans le champ, le calcul formel aboutit souvent à des échecs : dans ce cas, l'indice de lumination correspondant aux meilleurs réglages possibles est mieux déterminé par les évaluations subjectives du photographe que par les valeurs des éclairements et des luminances.
Les indices de lumination et le système APEX
modifierAPEX est l'acronyme de l'expression anglaise Additive system of Photographic EXposure, qui correspond à un système proposé dans les années 1960 par lAmerican Standards Association (ASA) pour définir la sensibilité des films mais aussi pour étendre et généraliser le concept d'indice de lumination.
En utilisant les logarithmes à base 2, il est possible de remplacer tous les produits et les quotients de facteurs intervenant dans les calculs d'exposition par des sommes ou des différences, ce qui a priori procure une plus grande facilité d'utilisation.
À propos du sujet qui nous préoccupe, on tire des équations la formule suivante :
où :
- est là pour Exposure value, valeur qui n'est autre que l'indice de lumination IL
- pour Aperture value, valeur caractérisant l'indice d'ouverture iO,
- pour Time value, valeur caractérisant l'indice du temps de pose iT.
Les valeurs de et sont définies ainsi :
et
avec
- ouverture relative de l'objectif et
- temps de pose en s.
Lorsque l'ouverture relative est f/1 et le temps de pose 1 s, ces deux termes sont nuls et l'on retrouve immédiatement un indice de lumination égal à zéro, ce qui est cohérent avec la définition donnée initialement.
L'utilisation généralisée du système APEX aurait nécessité que l'on gradue selon des échelles logarithmiques les bagues de réglage de la vitesse et du diaphragme, ce qui n'a jamais été mis en pratique. En fait, la généralisation des systèmes d'exposition automatiques a rendu ce système caduc avant même que l'on ait commencé à l'appliquer.
L'APEX survit néanmoins, à l'insu de la plupart des photographes, car il est utilisé pour coder les paramètres de l'exposition dans les métadonnées EXIF qui sont stockées dans les fichiers des images numériques.
Les indices de lumination et la photométrie
modifierIl est tentant d'établir une relation entre les indices de lumination et les grandeurs photométriques habituelles, à savoir les luminances et les éclairements. Scientifiquement parlant, une telle relation n'existe pas, car les divers paramètres intervenant dans la définition d'une exposition correcte ne sont pas définis avec une rigueur suffisante.
Néanmoins, les fabricants de matériel photographique ont pris depuis longtemps l'habitude d'utiliser les indices de lumination à 100 ISO pour exprimer les luminances, lorsqu'il s'agit de caractériser les étendues de mesure des posemètres ou les performances des systèmes autofocus en basse lumière.
La valeur de la constante d'étalonnage des posemètres dans le cas de la lumière réfléchie varie quelque peu selon les marques, mais une valeur communément adoptée par des fabricants tels que Canon, Nikon ou Mamiya (posemètres Sekonic) est 12,5. En utilisant cette valeur, la correspondance entre la luminance et l'indice de lumination devient :
- , pour 100 ISO
En utilisant cette relation, un posemètre possédant une échelle d'indices de lumination et fonctionnant en lumière réfléchie peut fournir des valeurs approximatives des luminances.
Le problème est nettement plus compliqué, contrairement à ce que l'on pourrait croire, lorsque l'on opère en lumière incidente. En effet, la réponse des posemètres est très différente selon qu'ils utilisent des récepteurs de lumière plats (réponse de type cosinus) ou hémisphériques (réponse de type cardioïde). Avec un récepteur plat, la constante d'étalonnage est généralement évaluée à environ 250. En adoptant cette valeur on trouve la relation suivante :
- , toujours pour 100 ISO
Comme précédemment, un posemètre fournissant les valeurs des indices de lumination peut être utilisé pour obtenir des valeurs approximatives des éclairements.
En pratique, les sujets communément photographiés ne sont pas plats et ils sont soumis à des éclairages plus ou moins complexes de la part des sources lumineuses principales, des réflecteurs, de la lumière renvoyée par les objets environnants, etc. Un récepteur hémisphérique donne alors de meilleurs résultats. Les valeurs du coefficient d'étalonnage sont un peu plus élevées, Minolta donne par exemple 320 et Sekonic 340, pour un éclairement exprimé en lux.
Correspondance approximative entre
les indices de lumination,
les luminances et les éclairements,
pour une sensibilité de 100 ISO
etEV100 Luminance Éclairement cd/m2 fL lx fc −4 0,008 0,0023 0,156 0,015 −3 0,016 0,0046 0,313 0,029 −2 0,031 0,0091 0,625 0,058 −1 0,063 0,018 1,25 0,116 0 0,125 0,036 2,5 0,232 1 0,25 0,073 5 0,465 2 0,5 0,146 10 0,929 3 1 0,292 20 1,86 4 2 0,584 40 3,72 5 4 1,17 80 7,43 6 8 2,33 160 14,9 7 16 4,67 320 29,7 8 32 9,34 640 59,5 9 64 18,7 1 280 119 10 128 37,4 2 560 238 11 256 74,7 5 120 476 12 512 149 10 240 951 13 1 024 299 20 480 1 903 14 2 048 598 40 960 3 805 15 4 096 1 195 81 920 7 611 16 8 192 2 391 163 840 15 221
fL et fc sont les unités anglo-saxonnes foot-lambert et foot-candle.
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