Tout le monde ou presque prend des photos, d’un seul geste du doigt, pour ainsi dire sans y penser… Imagine-t-on les centaines d’années de sciences et de techniques qui ont pu mener à une production si facile d’images de grande qualité - sinon artistique, au moins technique? Petite promenade scientifique dans le monde de la photographie, où on parlera de tombeaux néolithiques, de Vermeer et du théorème de Thalès.
Qu’est-ce qu’une photographie?
Qu’est-ce qu’une photographie, au fond? Qu’est-ce qui la distingue d’un dessin? L’étymologie nous le dit: photo-graphie signifie que le dessin (graphein) est obtenu grâce à la lumière (photos). Lors d’une photographie, la lumière dessine ellemême! Un dessin, en revanche, est fait par un humain. Pour faire une photo, il faut donc commencer par fabriquer une image au sens qu’on donne à ce terme en physique, c’est-à-dire faire converger les rayons lumineux issus d’un objet (un paysage, par exemple) en une zone où on pourra placer un écran pour pouvoir voir l’image en question.
Antique sténopé
Comment réaliser ceci facilement? Mettons-nous dans une pièce aux volets bien fermés et perçons dans ces volets un tout petit trou de quelques millimètres de diamètre. On constate que les rayons lumineux passant par le trou se projettent sur le mur opposé aux volets, où ils forment donc bien une image du paysage extérieur. Cette image est à l’envers, ce qui est assez aisé à comprendre lorsqu’on remarque que les rayons venant du ciel vont de haut en bas, tandis que ceux venant du sol vont vers le haut. Pour autant que le trou percé soit assez petit, on obtient une image étonnamment nette de ce qui se passe à l’extérieur de la pièce! C’est le principe du sténopé, que l’on peut rendre «portatif» en faisant un trou dans une petite boîte étanche à la lumière. Il ne serait pas étonnant que ce phénomène, aussi appelé chambre noire («camera obscura», d’où le terme moderne de caméra) soit connu depuis des temps très anciens[1], puisqu’il suffit, au fond, de disposer d’un lieu très sombre où la lumière extérieure ne rentre que par un petit orifice. Un tel événement peut très bien arriver par hasard dans une grotte, ou peut-être de façon contrôlée dans certains monuments préhistoriques (certains auteurs font ainsi remonter le sténopé au Néolithique, une hypothèse intéressante quoique incertaine[2] ). Il m’est arrivé de voir un tel effet dans une pièce bien étanche à la lumière, mais où la lumière rentrait par le trou de la serrure. La projection du monde extérieur, à l’envers et avec une netteté extraordinaire, a de quoi étonner, voire effrayer.
La lentille améliore la chambre noire
Le sténopé présente un défaut majeur: sa netteté est inversement proportionnelle à la taille du trou, et donc à la luminosité de l’image. Il ne permet pas d’avoir une image à la fois nette et brillante, ce qui en limite l’usage. Pour dépasser cette difficulté, on place au cours du 16e siècle, en lieu et place du trou du sténopé, une «lentille convergente», autrement dit une loupe[3]. On sait tailler des lentilles (pièces de verre en forme de… lentille) depuis l’Antiquité, et elles sont utilisées pour corriger la vue depuis la fin du Moyen Age. Dans la chambre noire, la lentille fait converger la lumière en un lieu précis (le plan focal[4]) où on peut placer un écran. Sur cet écran apparaît alors l’image, toujours inversée, mais beaucoup plus lumineuse qu’avec le sténopé ancien. En effet, une modeste lentille de trois centimètre de diamètre collecte déjà mille fois plus de lumière qu’un trou de sténopé d’un millimètre de diamètre! Le gain de luminosité est énorme. Il est probable que des peintres des 16 et 17e siècles se soient servis de ce procédé pour se faciliter la tâche. En effet, pour obtenir une image réaliste d’un paysage, il suffit finalement de se placer dans une pièce bien noire, de faire un trou dans les volets, d’y placer une lentille, puis de placer une toile en son foyer, et ensuite de dessiner tranquillement le paysage extérieur comme si on décalquait. Peut-on parler de photographie? Pas encore, puisque la lumière ne fabrique pas toute seule une image durable: c’est encore le peintre qui applique les pigments! On est quelque part à mi-chemin entre le dessin d’observation et la photographie. Peuton dire que Vermeer ou Antonio Canal[5] ont «triché»? L’utilisation de la chambre noire enlève-t-elle ou non du génie à ces peintres? Je ne trancherai pas cette querelle qui n’a plus rien à voir avec la physique, mais il faut bien reconnaître qu’avec cette astuce, un enfant de dix ans peut exécuter un dessin à la perspective parfaite… Mais il lui reste du chemin avant d’arriver à la Jeune fille à la perle.
Grâce à la chimie, la vraie photo, enfin!
Nous voici donc au 16e siècle avec des chambres noires munies d’un objectif, qui permettent de projeter une image sur un papier, sur lequel on peut dessiner. Pour obtenir une photographie au sens strict, il faut que la lumière crée elle-même une image pérenne sans intervention de la main humaine. On cherche donc une substance qui réagisse à la lumière, de façon à «figer» l’image présente sur l’écran. Cette substance, ce seront certains sels d’argent (chlorures ou bromures d’argent) déposés sur une plaque, sels qui ont la propriété de noircir à la lumière - l’image sera donc en négatif. L’opération nécessite plusieurs minutes de pose, car la plaque photographique est encore assez peu sensible, puis une fixation, et une conversion du négatif vers le positif. Mais il s’agit bel et bien d’une photographie, au sens où les rayons de lumière issus du paysage, après passage dans la lentille, font tout seul le travail de fixation de l’image. Ce premier succès est obtenu vers 1830 par Niepce puis Daguerre: la photo est née avec la Belgique!
Vers le numérique
La photographie telle que nous la connaissons date donc d’il y a 190 ans. La suite, ce sont des améliorations intéressantes mais marginales du point de vue fondamental: remplacement de la plaque de verre par un film souple, passage à la couleur (avec un film à trois couches sensible aux trois couleurs primaires, rouge, vert, bleu), augmentation de la sensibilité des films et de la qualité des lentilles, et, plus récemment, fixation de l’image par des procédés électroniques et non chimiques. Lorsqu’on possède une chambre noire dans laquelle l’image fabriquée par la lentille est projetée non pas sur un film argentique, mais un «capteur CCD» (qui transforme la lumière en un signal électronique), on a dans les mains un appareil-photo numérique . Quelles seront les prochaines améliorations des appareils-photos? On peut se poser la question, tant les photos obtenues de nos jours sont étonnamment ressemblantes avec le sujet photographié.
Comment regarder une photo?
Thalès à la rescousse Justement: comment regarder une photo pour obtenir une ressemblance maximum avec le paysage photographié? La première condition est de se placer à distance correcte de l’image. Imaginons un cliché d’un arbre de 30 mètres de haut pris à 45 mètres du pied de l’arbre, et supposons que l’image de l’arbre ait une hauteur de 50 centimètres. Pour recréer la perspective telle que vue par la personne ayant réalisé l’image, il faudra respecter les proportions de manière à ce que l’image d’arbre de 50 cm ait la même hauteur apparente que le vrai arbre de 30 mètres vu à 45 mètres. Respecter ces proportions conduit ici à placer la photo à une fois et demie la hauteur de l’arbre, donc à 75 centimètres devant soi. Ceci est finalement une application du théorème de Thalès: pour avoir le même angle de vue, le rapport «taille du sujet / distance photographe-sujet» doit être le même que le rapport «taille de la photo / distance spectateur-photo.». Bien sûr, il n’est pas facile de respecter ces conditions avec de petits tirages de 10 x 15 cm, qui devraient être vus de très près. C’est une des raisons pour lesquelles on gagne à tirer les photos en images d’assez grande dimension, par exemple un mètre, que l’on peut regarder à une distance de l’ordre du mètre également[6].
Admirer les photos… d’un seul œil!
Les humains possèdent une bonne vision binoculaire, c’est-à-dire qu’une grande partie de ce que nous voyons devant nous l’est par les deux yeux. Au contraire, un pigeon, par exemple, possède une vision essentiellement monoculaire: son œil gauche voit le paysage côté gauche, différent du paysage vu par son oeil droit. La vision binoculaire est très intéressante: comme les deux yeux sont séparés de quelques centimètres, ils ne voient pas exactement la même chose. Le cerveau, en superposant et en comparant ces deux images, est capable d’estimer la distance des objets, et nous donne ainsi la notion de profondeur (on peut s’en convaincre en tentant de jouer au tennis avec un œil bandé!). Imaginons donc un visiteur d’une exposition de photographies, face à une photo représentant un chien au premier plan, un arbre au second plan, et des nuages loin derrière. Le spectateur possède deux yeux, et utilise sa vision binoculaire pour analyser une photographie, objet parfaitement plat. Le cerveau du spectateur à deux yeux ne peut donc que constater que l’image de ce chien, de cet arbre et de ces nuages sont au même niveau, et ne pourra pas vraiment ressentir le chien comme étant devant l’arbre. Comment percevoir l’impression de profondeur présente dans la scène réelle? Voici le secret: paradoxalement, il vaut mieux regarder la photo d’un seul œil. Ainsi, l’information «cet objet est plat» ne parviendra pas au cerveau, qui pourra tenter de reconstituer la profondeur d’après d’autres indices présents sur l’image (effet de flou, lointains bleutés, etc.). Je regarde toujours les photographies en fermant l’œil gauche. L’effet est saisissant! C’est à mon avis le meilleur moyen de vraiment parvenir à voir un relief sur un cliché. François Chamaraux, Docteur en physique, enseignant en sciences et mathématiques [1] www.aaronwatson.co.uk/ archaeooptics-overview [2] www.aaronwatson.co.uk/ archaeooptics-overview [3] Ou encore le verre correctif d’un presbyte [4] En réalité, la convergence se fait légèrement à côté du plan focal. [5] Parmi les artistes ayant probablement utilisé la chambre noire, Vermeer est sans doute le plus célèbre [6] Grosso modo, on peut retenir qu’avec un appareil dont la focale est à peu près la taille du capteur, ce qui est fréquent, la distance entre le spectateur et l’image doit être égale à la taille de l’image. Illustration: La première photographie connue de l’histoire, «Point de vue du Gras» prise par Nicéphore Niépce en 1826.
