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    Plan détaillé Texte intégral Les mécanismes visuels Les observations de Chevreul Conclusion Remerciements Bibliographie Auteur

    Michel-Eugène Chevreul

    Ce livre est recensé par

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    Table des matières

    Parallèle entre certaines observations de Chevreul et les acquis récents sur les mécanismes visuels

    Parallel between some observations made by Chevreul and current knowledge of visual functioning

    Françoise Viénot

    p. 147-158

    Résumé

    Four visual phenomena described by Chevreul have been selected and explained in relation to recent knowledge of visual functioning. The two ways of judging Value are clarified. The physiological origin of contrast is assessed, together with a clear distinction between simultaneous contrast, successive contrast and rotative contrast. The several mechanisms of visual functioning related to the three phases of rotation of the complementary top are outlined. Objective indices are given for a good vision of printed plates.

    Note de l’éditeur

    In : G. ROQUE, B. BODO & F. VIÉNOT (eds) Michel-Eugène Chevreul. Un savant, des couleurs ! MNHN/EREC. 1997, 147-158, Paris ISBN 2-85653 50308

    Texte intégral Bibliographie Références bibliographiques Auteur

    Texte intégral

    1Les propos de Chevreul sont clairs. Il n’a cessé de répéter « que le contraste simultané était un fait incontestable » et qu’il convient de « ne jamais oublier que lorsqu’il est dit, dans l’énoncé des phénomènes de contraste simultané, que telle couleur placée à côté de telle autre en reçoit une telle modification, cette manière de parler ne signifie pas que les deux couleurs, ou plutôt les deux objets matériels qui nous les présentent, aient une action mutuelle, soit physique, soit chimique ; elle ne s’applique réellement qu’à la modification qui se passe en nous, lorsque nous percevons la sensation simultanée de ces 2 couleurs » (Chevreul, 1839, avant-propos).

    2Dans le domaine de la vision des couleurs, les observations empiriques ont souvent précédé les vérifications biologiques. C’est pourquoi nous avons tenté une relecture de certains textes de Chevreul avec pour arrière-plan les acquis récents sur les mécanismes de la vision des couleurs.

    Les mécanismes visuels

    3Rappelons l’essentiel du fonctionnement des mécanismes visuels.

    L’organisation des mécanismes pour la vision des couleurs

    4La couleur est une sensation qui naît de l’action de la lumière sur les cônes de notre rétine. Dans l’environnement physique, la lumière est définie comme une grandeur physique : énergie rayonnante qui se propage dans les milieux transparents sous la forme d'ondes électromagnétiques dont celles qui nous intéressent constituent ce qu’on appelle le spectre visible. Chaque rayonnement simple ou monochromatique est déterminé par sa longueur d'onde et son intensité.

    5La lumière, ayant pénétré dans l’œil par la pupille, atteint la rétine. C'est alors en plusieurs étapes que s’élabore l’information colorée. Plusieurs modèles proposent des schémas de fonctionnement qui ont le mérite de cadrer assez simplement avec les mécanismes physiologiques (Jameson et Hurvich, 1972, Guth, 1980).

    6La rétine est un tissus nerveux composé de cellules réceptrices de lumière, les cônes et les bâtonnets, et d’un réseau de neurones. Les cônes qui sont les récepteurs utiles pour la couleur, appartiennent à 3 familles : l’une absorbant plus facilement les rayonnements de grande longueur d'onde, une autre les rayonnements de moyenne longueur d'onde, et une troisième, numériquement moins importante, les rayonnements de courtes longueurs d'onde (Dartnall, Bowmaker et Mollon, 1983). Lorsqu'un photon (particule d’énergie lumineuse) est absorbé par un cône, il s’y produit une cascade de réactions physico-chimiques qui aboutissent à la production d'un signal électrique. Cette1re étape est celle de la réception.

    7Les signaux électriques issus des cônes ne sont pas acheminés directement au cerveau, mais transitent par le réseau rétinien, subissant à chaque transfert synaptique facilitation ou inhibition. Il sort de la rétine un signal, élaboré au niveau de neurones appelés cellules ganglionnaires. A l'état de repos, la cellule ganglionnaire est le siège de décharges spontanées dont le rythme, à la suite d’une stimulation lumineuse de la rétine, peut être accéléré ou ralenti. Or, la réponse de ces cellules dépend de plusieurs paramètres. De façon générale, elles répondent dans un sens si la lumière tombe sur une petite zone localisée de la rétine, mais dans l'autre si la lumière tombe au voisinage immédiat de cette zone. La majorité d'entre elles répondent en sens opposé selon la partie du spectre à laquelle appartient la lumière inondant la rétine. Enfin, leur réponse peut être modifiée par l'ambiance colorée générale ou selon le rythme des présentations lumineuses : les cellules s’adaptent (Zrenner, 1983). C’est la 2e étape, celle du codage antagoniste. Ce dispositif permet de faire ressortir dans une image les contrastes, les variations chromatiques, les contours et les changements dans le temps. En outre, il possède 2 qualités : optimisation et flexibilité.

    8Répondre de façon distinctive à deux rayonnements du spectre n’est pas suffisant pour voir les couleurs. Plusieurs étapes de traitement ultérieures sont nécessaires pour reconnaître la couleur dans un patchwork, l’identifier en termes simples et l’attribuer à un objet de la scène visuelle. Certaines aires corticales sont le siège d'une activité spécifique à la couleur (Zeki, 1973, Livingstone et Hubel, 1984, Zeki, 1990).

    L’origine des contrastes

    9C’est l'organisation neuronale qui est à l’origine des phénomènes de contraste. Le contraste simultané est un effet quasi-instantané. Le contraste de clarté s’explique par des influences latérales simples, dans les couches rétiniennes.

    Image

    Figure 1. Gamme chromatique Rouge (Chevreul, 1864 : pl. XVI).

    10Tout récepteur stimulé entraîne sur place une activité neuronale directe et induit dans son voisinage immédiat une activité opposée. Le contraste chromatique nécessite sans doute quelques étapes supplémentaires. Au niveau cortical, on peut admettre l’existence de dispositifs neuronaux, capables de comparer des équilibres chromatiques sur des zones voisines du champ visuel (Hubel, 1988, chap. 8). Ainsi, présentées sur des surfaces côte-à-côte, deux couleurs s’écartent l’une de l’autre. Dans une scène visuelle complexe, le contraste enrichit considérablement l’éventail des couleurs perçues et assure à chaque objet une couleur qui lui est propre.

    11Toutefois, si les motifs colorés se présentent sous des dimensions réduites, de façon plutôt répétitive, le contraste ne peut plus jouer, le fond prend légèrement la couleur des motifs. A ce stade, le système visuel est sollicité à ses limites. Il peut encore distinguer les formes, mais le mécanisme de contraste chromatique est en quelque sorte hors-circuit. Ce phénomène s’appelle l’assimilation. On appelle contraste et assimilation des phénomènes d’induction.

    12Le contraste successif s’apparente aux phénomènes d’adaptation chromatique, plus lents que les phénomènes d’induction. La modification apparente d’une couleur est liée à une exposition préalable de la rétine à une autre couleur. (C’est le phénomène que nous expérimentons passagèrement lorsque nous passons de l'extérieur d’une maison à une pièce éclairée à la lumière artificielle.) A chaque renouvellement de l’exposition lumineuse, se produit un réajustement de la sensibilité des cônes, suivi d’un réajustement de la sélectivité spectrale des cellules ganglionnaires. L’alternance de deux couleurs peut aussi provoquer des modifications plus profondes de la transmissivité du système visuel.

    Les observations de Chevreul

    13Nous avons sélectionné quatre études de Chevreul à mettre en parallèle avec les études actuelles sur la vision des couleurs.

    La détermination de la clarté

    14Le premier exemple est emprunté à l'« Exposé des moyens de définir et de nommer les couleurs, d’après une méthode précise et expérimentale ». Dans sa construction chromatique, Chevreul s’efforce de partager les clartés et les couleurs en intervalles égaux (Fig. 1). Il propose deux méthodes :

    15« Il existe deux manières de juger la hauteur des tons, (c’est-à-dire la clarté), qui portent le même numéro, c’est de les regarder l’un à côté de l’autre ou bien de les mêler, en enroulant chacun d'eux sur un cylindre (une bobine) ou sur l’ongle. Les tons (les clartés) sont égaux si l’un ne domine pas l’autre. » (Chevreul, 1861)

    16Or, si l’on procède à l’expérience, les deux méthodes ne mènent pas au même résultat. Ce n’est que depuis une quinzaine d’années que l’on a levé cette apparente contradiction.

    17L’évaluation d’une grandeur lumineuse, telle que la luminosité, dépend de la technique employée. Si les échantillons à comparer sont fractionnés en petits éléments, ou présentés en alternance selon un rythme très rapide, la luminosité apparente des échantillons, correspond simplement à la réponse achromatique, c’est-à-dire à la somme, avec certains coefficients, des excitations des photorécepteurs. Mais si les échantillons sont présentés en grande dimension de façon permanente, chacun gagne un surplus de luminosité dû au contenu chromatique de la couleur, ce qui fait qu’un échantillon rouge, par exemple, paraît plus éclatant en grande surface, que réduit en fragments espacés (Commission Internationale de l’Eclairage, 1978).

    18La description que nous avons donnée du transfert des signaux dans le système visuel peut nous fournir l’explication de l'ambivalence de l’estimation de la luminosité. Lorsque le système visuel est sollicité dans des conditions limites – détails très fins ou lumières très brèves – seule l’information achromatique est extraite des signaux issus des cônes. Si la présentation des plages colorées est faite sur des surfaces étendues et durablement, l’information chromatique est aussi extraite des signaux des cônes et peut contribuer à donner la luminosité.

    Le contraste simultané

    19Dans La loi du contraste simultané des couleurs, les paragraphes dans lesquels Chevreul donne la définition du contraste et indique les conditions de sa manifestation ou son origine physiologique gardent une portée générale. « Si l’on regarde à la fois 2 zones inégalement foncées d’une même couleur, ou 2 zones également foncées de couleurs différentes qui soient juxtaposées, c’est-à-dire contiguës par un de leurs bords, l’œil apercevra, si les zones ne sont pas trop larges, des modifications qui porteront dans le1er cas sur l’intensité de la couleur, et dans le second sur la composition optique de deux couleurs respectives juxtaposées. » ... « Or, comme ces modifications font paraître les zones, regardées en même temps, plus différentes qu’elles ne sont réellement, je leur donne le nom de contraste simultané des couleurs, et j’appelle contraste de ton la modification qui porte sur l’intensité de la couleur, et contraste de couleur celle qui porte sur la composition optique de chaque couleur juxtaposée. » (Chevreul, 1839, § 8) (Fig. 2).

    20Quelques passages, toutefois, pourraient induire le lecteur en erreur. D’une part, alors que Chevreul cherchait à convaincre que le phénomène de contraste n’est qu’une modification de l’impression visuelle, excluant toute réaction physique ou chimique des objets matériels présentés, ce qui est vrai, il n’a pu éviter les références physiques. Ainsi, il explique le phénomène de contraste en « considérant la comparaison physique de la lumière blanche » (Chevreul, 1839, § 76) ou indique que deux groupes de lumière sont « appelés complémentaires, parce qu’en les réunissant, ils reproduisent de la lumière blanche » (Chevreul, 1879, § 10).

    Image

    Figure 2. Illustration du contraste de couleur par un élève de Chevreul (coll. Laboratoire de Chimie du Muséum).

    Image

    Figure 3. Pirouette pour démontrer le contraste rotatif (Chevreul, 1879 : p. 63) Bibliothèque Centrale MNHN Paris).

    Image

    Figure 4a. Feuillets présentant des caractères noirs sur des papiers de couleurs diverses (Chevreul, 1839 : atlas).

    Image

    Figure 4b. Caractères typographiques fond rouge (Chevreul, 1839 : atlas, pl. XXXII, détail).

    21D’autre part, Chevreul avait clarifié la différence entre contraste simultané et successif, examinant avec précision toutes les conditions de manifestation du contraste simultané et les distinguant des conditions expérimentales du contraste successif. Mais ce qu’il appelle contraste successif semble plutôt définir ce que nous appellerions des post-images. « Le contraste successif des couleurs renferme tous les phénomènes qu’on observe lorsque les yeux, ayant regardé pendant un certain temps un ou plusieurs objets colorés, perçoivent, après avoir cessé de les regarder, des images de ces objets offrant la couleur complémentaire de celle qui est propre à chacun d’eux » (Chevreul, 1839, § 79). L’observation nécessite un long moment de fixation ; les bords de la post-image sont nets. Ce phénomène, lent et précisément positionné sur la rétine, a son siège au niveau des photorécepteurs qui changent de sensibilité. Le contraste successif est le phénomène que Chevreul décrira plus tard sous le vocable de contraste rotatif, et qui prend place en quelques fractions de secondes ou quelques secondes.

    22Enfin, il est étonnant qu’au cours de ses observations minutieuses, Chevreul n'ait jamais noté le phénomène d’assimilation, par lequel des fonds colorés dans lesquels sont inclus des motifs répétitifs de petite taille, prennent une teinte plus proche de ceux-ci. Le rôle de la dimension des zones à examiner n’est qu’assez vaguement défini par Chevreul « Si les zones ne sont pas trop larges » (Chevreul, 1839, § 8).

    23« Il y a contraste de couleurs toutes les fois que les surfaces différemment colorées sont convenablement rapprochées et susceptibles d’être vues simultanément et parfaitement distinctes l’une de l'autre » (Chevreul, 1839, § 375).

    La toupie

    24Les observations suivantes sont tirées du procédé de la « pirouette complémentaire » (Chevreul, 1879, § 234) Ce simple « joujou » – selon l’expresion même de Chevreul – recèle l’essentiel des phénomènes relatifs à la vision des couleurs (Fig. 3).

    25Un disque de carton blanc, coloré sur une moitié, est mis en rotation autour de l’axe perpendiculaire à son plan. Chevreul distingue 3 phases dans la rotation, chacune caractérisée par des phénomènes visuels spéciaux (Chevreul, 1879, § 170). Dans la1re phase, la rotation du cercle est si rapide, qu’il n'apparait qu’une seule teinte uniforme. Puis, le mouvement de rotation se ralentissant, « le mélange cesse de paraître homogène. » (Chevreul, 1879, § 29). Un jeu de couleurs variées, fugaces, impossibles à fixer, insaisissables, instantanées et étonnantes, constitue la 2e phase du mouvement, celle à laquelle Chevreul applique l’expression « mélodie des couleurs » (Chevreul, 1879, § 164, § 211). Enfin, lorsque la vitesse atteint 1 à 3 tours par seconde, les couleurs se séparent et prennent des teintes complémentaires, le renouvellement de l’exposition rétinienne par les rotations successives rehaussant encore le contraste. Citons en exemple :

    2659. ROUGE ORANGE.

    Noir,

    moitié

    Rouge orangé ton 8,

    moitié

    1. Mouvement rapide. Rouge orangé 5/10 ton 10.
    2. Mouvement ralenti. Moire. Eclairs jaunes, verdâtres, puis rougeâtres.

    27Les couleurs commencent à se séparer en jaunissant.

    28Noir bleu verdâtre.

    29Rouge séparé en prenant du jaune, eu égard au norme.

    Magnifique contraste.

    Noir bleu verdâtre.

    Rouge orangé.

    30Décrivant cette phase du mouvement ralenti, Chevreul ajoute : « C'est à mon sens, la plus importante par ses conséquences. » (Chevreul, 1879, § 170c). En effet, elle lui permit de démontrer de façon incontestable « le contraste rotatif à couleurs complémentaires ».

    31Ce qui est remarquable, c’est que ces 3 phases se rapportent à des mécanismes visuels qui ne sont pas de même nature. Lorsque le disque est en rotation très rapide, par exemple à une vitesse supérieure à 15 tours par seconde, les unités neuronales ne sont pas capables de suivre les alternances de lumières, et par conséquent tous les signaux issus des cônes se conjuguent dans une opération de sommation ou de moyennage.

    32Lorsque la vitesse se ralentit, d'une part, les unités neurales les plus rapides sont capables de suivre le rythme des alternances, traduisant la non-uniformité de la présentation au cours du temps, d’autre part, les unités plus lentes s’adaptent au mieux aux caractéristiques temporelles de la présentation puis à ses caractéristiques spectrales. Il n’est plus question de sommation simple des signaux issus des cônes, mais d’un jeu subtil de facilitations et d’inhibitions dans la transmission des signaux, aboutisssant aux sensations visuelles variées telles que des moirés ou des éclairs. A l’heure actuelle, ce serait sans doute cette 2e phase qui aiguiserait l’intérêt des chercheurs. Enfin, dans la 3e phase, les cellules ganglionnaires chromatiques recouvrent les conditions de codage chromatique optimum ; la réponse chromatique s’exprime pleinement et le contraste est valorisé.

    La lisibilité des caractères typographiques

    33Le quatrième exemple concerne l’application de la loi des contrastes à « l’Impression des caractères d'imprimerie ou au tracé de l’écriture sur des papiers de diverses couleurs. » (Fig. 4). Il faut retenir ce conseil, à la fois pragmatique et magistral : « Le contraste de ton est ce qu’il y a de plus favorable à la vision distincte » (Chevreul, 1839, § 507). Puis d’excellents conseils sur les variations d’assortiment des couleurs possibles pour la lecture : « Toutes les fois qu'on voudra s'écarter de l’opposition du blanc et du noir, il faudra faire à la fois un contraste de ton et de couleur. » (Chevreul, 1839, § 512). Et une remarque sur la supériorité des fonds clairs avec caractères foncés sur la disposition inverse. « Après l’opposition du noir et du blanc, viennent celles du noir et des tons clairs, des couleurs lumineuses, telles que le rouge, l'orangé et le jaune, puis celles du bleu foncé et de ces mêmes tons clairs. » (Chevreul, 1839, § 513).

    34Des examens objectifs peuvent désormais corroborer ces observations. L’œil dispose d'un appareil optique qui permet de former sur la rétine une image nette de la scène que nous examinons. Cet appareil optique est muni d'un réglage automatique de la mise au point et de l'ouverture, comme les appareils photographiques automatiques disponibles sur le marché. Pour assurer la netteté de l’image, le cristallin, qui compose l’objectif, est soumis à de continuelles variations de forme et de puissance. La qualité de l’activité de cet ajustement de la mise au point est un indice direct de la capacité d’opération de l’œil. En mesurant cette activité in vivo chez des observateurs placés devant un écran de visualisation, on a vérifié la supériorité incontestable du contraste de luminance sur tous les autres contrastes : une lettre noire sur un fond coloré déclenche une plus grande activité qu’une lettre grise. Dans l’ordre, les caractères noirs sur fond blanc ou jaune-clair donnent de meilleurs résultats que sur fond orange, rouge ou bleu. Reste un point de désaccord inexpliqué ; le vert sur fond blanc ne donne pas de bonnes performances. Il est donc tout à fait justifié de suivre le conseil de Chevreul : « Toutes les fois qu’on voudra s’écarter de l’opposition du blanc et du noir, il faudra faire à la fois un contraste de ton et de couleur. » (Chevreul, 1839, § 512)

    Conclusion

    35L’œuvre de Chevreul sur la vision des couleurs présente deux grandes qualités.

    1. Elle s'appuie sur une somme d'observations nombreuses, précises, honnêtes et universelles. Pour ces raisons, l’œuvre de Chevreul ne passera pas.
    2. Elle ouvre des perspectives de recherche interdisciplinaire. A l’évidence, les observations de Chevreul relèvent de la sensation ; elles ont été analysées comme des faits appartenent aux sciences exactes et ont provoqué des retombées d’ordre technologique. Il semble que lui-même ait oscillé entre la cause physiologique « affaiblissement » de la sensation (Chevreul, 1839 § 142) et cependant fondé ses espoirs sur les « géomètres-physiciens » (Chevreul, 1879, § 205) pour faire avancer la science des contrastes visuels.

    36Reste un paradoxe. Chevreul, lui-même chimiste, avait dû convaincre de la réalité d'un phénomène subjectif. Pourquoi a-t-il tant tenu à se démarquer des autres savants de son siècle, tels que les physiciens Young ou Helmholtz (Chevreul, 1879, § 19) ? Relatant ses expériences sur les couleurs en mouvement de rotation, il avait reconnu que l’on pouvait envisager l’étude des couleurs de manières différentes. « Le procédé d’un mouvement de rotation a montré les deux phénomènes extrêmes de couleurs produits l'un par leur mélange, l’autre par leur contraste » (Chevreul, 1879, § 192). Cette explication aurait pu justifier les conclusions des uns et des autres.

    Remerciements

    37Je remercie John Motion et Paul Whittle de leurs remarques sur ce manuscrit.

    38Enfin, nous sommes conscients que l'héritage de Michel-Eugène Chevreul s’est transmis par l’intermédiaire des professeurs de Chimie et de Physique appliquée du Muséum, dont Yves Le Grand et François Parra qui auraient certainement contribué avec cœur au succès de cette manifestation.

    Bibliographie

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    Cette bibliographie a été enrichie de toutes les références bibliographiques automatiquement générées par Bilbo en utilisant Crossref.

    Références bibliographiques

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    10.1016/0006-8993(73)90227-8 :

    Zeki S.M., « Colour coding in rhesus monkey prestriate cortex », Brain Res., 1973, vol. 53, p. 422-427.

    Zeki S.M., « La construction des images par le cerveau », La Recherche, 1990, no 122, p. 712-721.

    10.1007/978-3-642-87606-6 :

    Zrenner E., Neurophysiological aspects of color vision in primates, Berlin, Springer-Verlag, 1983.

    Auteur

    • Françoise Viénot

      Laboratoire de Physique Appliquée
      Muséum national d'Histoire naturelle
      CNRS UPR 257
      43, rue Cuvier
      75005 Paris
      Maître de Conférences au Muséum national d’Histoire naturelle. Elle est spécialiste de la vision des couleurs.

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    Viénot, F. (1997). Parallèle entre certaines observations de Chevreul et les acquis récents sur les mécanismes visuels. In G. Roque, B. Bodo, & F. Viénot (éds.), Michel-Eugène Chevreul. Paris: Publications scientifiques du Muséum. https://doi.org/10.4000/books.mnhn.580
    Viénot, Françoise. « Parallèle entre certaines observations de Chevreul et les acquis récents sur les mécanismes visuels ». In Michel-Eugène Chevreul, édité par Georges Roque, Bernard Bodo, et Françoise Viénot. Paris: Publications scientifiques du Muséum, 1997. doi:10.4000/books.mnhn.580.
    Viénot, Françoise. « Parallèle entre certaines observations de Chevreul et les acquis récents sur les mécanismes visuels ». Michel-Eugène Chevreul, édité par Georges Roque et al., Publications scientifiques du Muséum, 1997, https://doi.org/10.4000/books.mnhn.580.

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    Roque, G., Bodo, B., & Viénot, F. (éds.). (1997). Michel-Eugène Chevreul. Paris: Publications scientifiques du Muséum, European renewable energy council. https://doi.org/10.4000/books.mnhn.454
    Roque, Georges, Bernard Bodo, et Françoise Viénot, éd. Michel-Eugène Chevreul. Paris: Publications scientifiques du Muséum, European renewable energy council, 1997. doi:10.4000/books.mnhn.454.
    Roque, Georges, et al., éditeurs. Michel-Eugène Chevreul. Publications scientifiques du Muséum, European renewable energy council, 1997, https://doi.org/10.4000/books.mnhn.454.
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