Le phénomène des ombres colorées dans la loi du contraste
Coloured shadows phenomenon within the law of contrast
p. 159-166
Résumé
Coloured shadows occur when some object is illuminated by 2 light sources of different colours, and of similar luminosities. The hues of the 2 shadows are always complementary. Historical recall: coloured shadows were at first considered as physical entities; their psycho-sensorial character was evidenced by Rumford and Goethe, and they were incorporated by Chevreul in the global concept of simultaneous colour contrast. Nevertheless, the mechanism of the coloured shadows is still not settled: the role of chromatic adaptation, of marginal colour contrast, of the so-called «white reference» and of the saturation are discussed.
Note de l’éditeur
In : G. ROQUE, B. BODO & F. VIÉNOT (eds) Michel-Eugène Chevreul Un savant, des couleurs ! MNHN/EREC. 1997, 159-166, Paris ISBN 2-85653 50308
Texte intégral
1Les ombres colorées constituent un exemple frappant du phénomène de contraste coloré simultané ; il n'est donc pas étonnant que Chevreul s'y soit intéressé, et revienne sur le sujet à plusieurs occasions ; et on peut dire que c'est lui qui les a incorporés dans le concept global de contraste coloré.
2La présente étude envisagera :
3La définition des ombres colorées ;
4La place de Chevreul dans l'évolution historique de leur interprétation ;
5Les problèmes non résolus que pose encore ce phénomène.
Définition des ombres colorées
6L'étude des ombres colorées part de cette observation commune que les ombres naturelles des objets ne sont pas toujours – comme on pourrait le penser – ou grises, ou noires, mais sont au contraire souvent teintées, et parfois même de couleurs vives et frappantes comme, par exemple, les ombres bleues sur la neige. Ces ombres colorées ont été bien observées et souvent reproduites par les peintres impressionnistes qui en ont fait un motif fréquent de leurs tableaux de paysages, nous en fournissant ainsi de multiples et jolis exemples (Fig. 1).
7Pour que des ombres colorées se produisent, plusieurs conditions sont nécessaires :
- un même objet opaque doit être éclairé par deux sources de lumière distinctes ;
- ces deux lumières doivent être de couleurs différentes ;
- et la luminosité de ces deux lumières doit être voisine.

Figure 1. La pie, vers 1869, par C. Monet (Musée d'Orsay).
8L'exemple le plus simple de production des ombres colorées est représenté ci-dessous (Fig. 2).

Figure 2. Production des ombres colorées. La lumière A colorée et la lumière B blanche éclairent l'objet opaque P, produisant ainsi les ombres O1 et O2.
9Deux sources de lumière, la source A colorée et la source B « blanche », éclairent un même objet opaque P. Les deux lumières produisent deux ombres de l'objet P : la lumière A produit l'ombre 02, la lumière B produit l'ombre 01. Par suite :
- l'ombre 01, qui est éclairée par la lumière A, est de la couleur de A ;
- par contre, l'ombre 02, qui est éclairée par la lumière B, lumière « blanche », n'est pas cepen3ant incolore : elle est en fait de la couleur complémentaire de A.
10C'est l'existence de cette seconde couleur qui pose un problème et qui a donné lieu à des explications historiques diverses.
Histoire des ombres colorées
11L'évolution historique des idées sur l'origine des ombres colorées est intéressante à étudier, car, contrairement à ce qui se produit souvent, on est parti d'une explication purement physique pour arriver à une interprétation psychosensorielle.
Léonard de Vinci
12Bien que la constatation d’ombres colorées ait sûrement été connue depuis l'Antiquité, on n'y trouve pas allusion dans la littérature Gréco-Latine philosophique et scientifique. La première étude écrite connue se trouve dans les travaux de Léonard de Vinci (1942, 1987). Pour Léonard, la couleur des ombres des objets peut avoir trois origines possibles : la couleur locale de l'objet où se forme l'ombre ; les reflets colorés des objets de voisinage ; et la couleur même de l'air, qui est bleue sous une grande épaisseur comme on peut le constater dans les lointains, et comme Léonard l'a lui-même figuré dans ses tableaux de paysage (La Vierge aux rochers ; La Vierge à l'œillet ; Sainte Anne ; La Joconde). L'objection évidente, bien entendu, est que les ombres colorées existent même pour les ombres proches où l'air est de faible épaisseur.
Buffon
13Après Léonard, divers chercheurs, tel Otto Von Guerricke, décrivirent des ombres colorées (bibliographie exhaustive dans Plateau, 1878), mais ce fut véritablement Buffon qui remit le problème à l'ordre du jour à propos de ce qu'il nommait, très judicieusement : « les couleurs accidentelles » (Buffon, 1743) (Il pensait même avoir découvert le phénomène, en s'étonnant d'ailleurs que personne avant lui n'ait observé un aspect aussi frappant). Buffon décrivit principalement des observations faites au coucher du soleil ; il réfuta à juste titre la théorie de la couleur de l'air ; mais il attribua néanmoins les ombres colorées à une cause purement physique, à savoir la réflexion de la couleur bleue du ciel. Cette interprétation fut souvent reprise après lui, sans doute sous son influence, et comporte d'ailleurs une part de vérité ; mais elle ne rend évidemment pas compte de toutes les ombres qui ne sont pas bleues, ni des phénomènes visuels proprement dits.
Rumford
14Il appartenait au Comte Rumford (Benjamin Thompson) de donner une explication différente, psychosensorielle, du phénomène des ombres colorées (Thompson, 1794). Il y eut d'autant plus de mérite qu'il était essentiellement un physicien. L’idée d'étudier les ombres colorées lui vint peut-être quand il chercha à construire un photomètre à ombres, en se heurtant précisément au fait que les ombres étaient difficiles à comparer du fait de leurs couleurs différentes. Rumford fit ainsi plusieurs constatations fondamentales :
- les ombres colorées sont de couleurs diverses, variant selon les couleurs des lumières qui les produisent (ce qu’il étudia au moyen de filtres colorés) ;
- les ombres colorées sont de couleurs complémentaires entre elles ;
- la couleur de l'ombre disparaît si on l'isole du contexte en l'observant par un tube étroit ; et Rumford en tire la conclusion capitale que les ombres colorées ne sont pas un simple phénomène physique, mais un phénomène de nature subjective (« a visual deception »), de l'ordre des sensations.
Goethe
15A la même époque, Goethe lui aussi s'intéressa au problème des ombres colorées. Son Traité des couleurs (Goethe, 1810) contient une superbe description d'une promenade dans le Harz au crépuscule où il observait les changements des ombres colorées des montagnes avant la tombée du jour. Il contient aussi un dessin colorié de sa main où sont représentées les ombres colorées produites par une bougie ; et Goethe revient à diverses reprises sur le sujet, tant dans sa correspondance que dans ses conversations avec Eckermann. Bien entendu, pour Goethe les ombres colorées sont un phénomène subjectif, ce sont des « couleurs physiologiques » selon son heureuse terminologie, autrement dit elles sont de nature sensorielle.
Chevreul
16Dans son ouvrage majeur consacré au contraste simultané des couleurs, Chevreul ne pouvait faire moins que de s'intéresser aux ombres colorées. Fort pertinemment, il commence par citer Rumford : « Le contraste simultané a été pour le comte de Rumford un objet d'expériences et d'observations sur lesquelles je dois insister, parce que parmi les recherches que l'on a faites à ce sujet, il n'en est aucune qui ait plus de rapport avec les miennes » (Chevreul, 1839). Dans le détail, Chevreul réfute sans équivoque la théorie tenace de la réflexion du ciel bleu : « Cette coloration (des ombres) n'est point due à la couleur du ciel, comme tant de personnes l'ont cru ; car si les corps, au lieu d'être frappés par la lumière orangée du soleil à l'horizon, l'étaient par de la lumière rouge, jaune, verte, violette, les ombres paraîtraient vertes, violettes, rouges, jaunes » (§ 961), autrement dit complémentaires des lumières. Au point de vue pratique, Chevreul parle encore des ombres colorées en deux occasions : à propos des ombres des statues éclairées par deux lumières différentes ; et à propos des chapeaux des dames, dans un minutieux, et amusant, paragraphe (§ 695 et suivants). L'apport de Chevreul au problème des ombres colorées est donc de les incorporer clairement dans les phénomènes visuels de contraste simultané des couleurs, c'est-à-dire dans des phénomènes subjectifs de nature psychosensorielle.
17Après Chevreul, on peut dire que les ombres colorées sont définitivement considérées comme des phénomènes d'ordre physiologique ; et les travaux des grands psychophysiologistes allemands du XIXe siècle (travaux de Brücke, Fechner, Helmholtz, Hering) finiront d'en préciser les caractères. Après la revue exhaustive de la littérature faite par Plateau en 1878 et suivie de trois suppléments, la question paraît tout à fait connue. Il en résulte que les travaux sur les ombres colorées se font fort rares au XXe siècle ; elles connaîtront cependant un regain d'intérêt spectaculaire avec les expériences de Land et sa théorie discutée, dont l'étude déborde le cadre de cet article.
Problèmes posés par les ombres colorées
18Si le phénomène général des ombres colorées apparaît aujourd'hui comme bien connu, il existe encore des questions non résolues concernant leur mécanisme exact. Nous en dirons quelques mots dans cette dernière partie.
Phénomène général des ombres colorées
19Les conditions de production des ombres colorées ont été décrites au début ; éclairement d'un objet par deux lumières de couleurs différentes et de luminosités proches. Toutefois, dans notre exemple initial l'une des deux sources lumineuses était supposée « blanche » ; il convient à présent d'étudier le cas le plus général où les deux lumières sont colorées.
201) Le cas le plus général des ombres colorées peut être décrit comme indiqué (Fig. 3) :
- l'éclairement est produit par deux lumières A et B de couleurs différentes ;
- le mélange additif de ces deux lumières aboutit à une teinte intermédiaire qui colore et la face éclairée de l'objet opaque P et le fond F ;
- l'objet opaque P produit deux ombres colorées, 01 et 02, et la couleur de chacune de ces ombres est un mélange additif coloré entre :
- d'une part, la lumière colorée qui éclaire l’ombre : 01 est éclairée par A et 02 est éclairée par B ;
- d'autre part, la complémentaire F' de la couleur du fond F, complémentaire induite par contraste simultané : c'est là le mécanisme essentiel ;

Figure 3. Phénomène général des ombres colorées. Les 2 lumières colorées A et B produisent par mélange la couleur intermédiaire du fond F. et l’objet opaque P produit deux ombres colorées O1 et O2 ; O1 est un mélange de la teinte de A et de la complémentaire F’ du fond F ; et O2 est un mélange de B et de F’. De la sorte O1 et O2 sont toujours de teintes complémentaires.
21Il en résulte que les deux ombres colorées sont toujours de couleurs complémentaires entre elles, comme le disait déjà Rumford, et comme l'ont démontré ensuite Brücke et Fechner (celui-ci au moyen d'une ingénieuse expérience, avec les post-images consécutives des ombres colorées !).
222) Dans le cas particulier vu au début où l'une des sources lumineuses est « blanche », la même règle de complémentarité s'applique, l'une des ombres ayant la couleur d'une source et l'autre sa teinte complémentaire induite par contraste ;
233) Enfin dans le second cas particulier où les deux sources lumineuses sont elles-mêmes de couleurs complémentaires entre elles, la même règle s'applique bien entendu encore, chaque ombre ayant la couleur d'une source ; la règle de complémentarité est donc générale.
Questions discutées concernant les ombres colorées
24On discute encore les questions suivantes :
251) Les ombres colorées sont-elles un phénomène d'adaptation chromatique ?
26La théorie classique de la « fatigue rétinienne » explique les ombres colorées par l'adaptation des récepteurs rétiniens « fatigués » par une couleur durable, et devenant hypersensibles à la complémentaire ; mais une objection importante est le caractère immédiat des ombres colorées, obligeant à admettre une adaptation quasi-instantanée.
272) Les ombres colorées sont-elles un phénomène de contraste marginal ?
28Cette hypothèse paraît peu probable pour deux raisons : d'une part, il n'existe aucun renforcement de la teinte sur les bords, comme c’est le cas dans le contraste marginal proprement dit ; d’autre part la coloration de l’ombre est uniformément répartie, de saturation égale sur toute son étendue ; et ceci, fait frappant, même dans le cas où la surface de l’ombre est plus grande que celle de la surface qui induit le contraste coloré.
293) Le fond est-il considéré comme « blanc de référence » par l’observateur ?
30La couleur du fond est en général peu saturée ; cela n'est pas surprenant, puisque cette couleur est un mélange soit d'une couleur et du blanc, soit de deux couleurs dont la résultante additive est d’autant moins saturée que les deux teintes sont plus éloignées. C’est pourquoi Helmholtz considérait que le fond est perçu comme « blanc », et que, par suite, l’ombre qui se détache sur ce fond semble colorée. Cependant, en fait, le fond ne paraît pas blanc subjectivement ; et si les lumières colorées sont de teintes pures et assez voisines (par exemple rouge et jaune) leur mélange est d’aspect franchement coloré (en orange dans notre exemple) ; et les ombres n’en sont pas moins teintées, encore qu’assez faiblement dans ce cas. Cela nous amène à parler du rôle de la saturation.
314) Quel est le rôle de la saturation dans le mécanisme des ombres colorées ?
32La saturation des ombres colorées est souvent très franche, mais le plus frappant est que cette saturation est d’autant plus accentuée que celle du fond est plus atténuée : si le fond est saturé, les ombres sont faiblement teintées ; si le fond est désaturé, proche du blanc, les ombres sont fortement teintées et peuvent même sembler, assez paradoxalement, plus saturées que le fond qui pourtant contribue à les produire. Il convient à ce propos de rappeler deux expériences classiques :
- d’abord l’expérience de Mayer (décrite, par exemple, dans Helmholtz, 1867) : une surface colorée induit sa complémentaire sur un petit cercle gris posé à sa surface. Si on recouvre le tout avec un papier calque la saturation de la surface colorée inductrice baisse beaucoup ; mais par contre la saturation de la teinte complémentaire induite dans le petit cercle gris augmente ; et par suite le contraste coloré semble très augmenté ;
- d’autre part, l'expérience de Koffka, 1935 ; 258-259 : si la seconde lumière colorée (lumière B dans nos exemples, figures 1 et 2) au lieu d’éclairer tout le fond F n’éclaire que la surface correspondant à l’ombre 02, le fond F est alors très saturé, de la teinte de la lumière A ; par contre l’ombre reste incolore, le contraste ne se produit pas. Koffka en conclut qu’on ne peut considérer les ombres colorées comme un véritable phénomène de contraste simultané ; et que, plutôt, il faut élargir le concept même de contraste coloré, pour y englober tous les rapports de couleurs dans un champ donné.
Conclusion
33L'intérêt persistant des chercheurs pour le problème des ombres colorées depuis le XVIe siècle suffit sans doute à montrer son importance théorique. D'abord pris pour un simple effet physique, il a été considéré depuis Rumford comme de nature sensorielle et, depuis Chevreul, comme le type même du contraste coloré simultané. Les idées modernes amènent cependant à nuancer ces conceptions, pour englober les ombres colorées dans une définition plus large de la couleur.
Bibliographie
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Références bibliographiques
Buffon, G.-L., Observations sur les couleurs accidentelles et les ombres colorées, (Mém. Acad. Sri., Paris, 1743), reproduit dans Binet J.-L. et Roger J., Un autre Buffon, Paris, Hermann, 1977.
Chevreul, M.-E., De la loi du contraste simultané des couleurs..., 1839, rééd. Paris, Laget, 1969.
Goethe, J.-M., Le traité des couleurs, 1810, tr. fr„ Paris, Triades, 1973 (3e éd. revue 1986).
Helmholtz, H. von, Optique physiologique, tr. fr., Paris, Masson, 1867.
10.4324/9781315009292 :Koffka, K., Principles of Gestalt Psychology, London, Routledge & Kegan Paul, 1935.
Léonard de Vinci, Les carnets de Léonard de Vinci, tr. fr., Paris, Gallimard, 1942.
Léonard de Vinci, Traité de la peinture, tr. fr., Paris, Berger Levrault, 1987.
Plateau, J., « Bibliographie analytique des principaux phénomènes subjectifs de la vision. Sixième section : ombres colorées », Mém. Acad. royale Belg., 42, 1878, (6), 1-36. Suppléments pour les années suivantes, t. 42, 43 et 45 (1883).
Thompson, B. (comte de Rumford), « An account on some experiments upon colored Shadows », Phil. Trans., London, 84, 1794, p. 107-118.
Auteur
-
Philippe Lanthony
Laboratoire de la vision des couleurs
Centre Hospitalier National d'Ophtalmologie des Quinze-Vingts
28, rue de Charenton
5012 Paris
Le texte seul est utilisable sous licence Licence OpenEdition Books. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont « Tous droits réservés », sauf mention contraire.
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