De Chevreul aux nouvelles technologies informatiques dans le domaine de la couleur
From Chevreul to the new computing technologies in the field of colour
p. 193-201
Résumé
This paper discusses Chevreul's colour classification system and shows how it can be adapted to instrument needs by using all the possibilities given by a micro-computer. The NIMES software constitutes an important tool for colour representation whose interest extends beyond the Manufacture des Gobelins.
Note de l’éditeur
In : G. ROQUE. B. BODO & F. VIÉNOT (eds) Michel-Eugène Chevreul. Un savant, des couleurs ! MNHN/EREC. 1997, 193-201, Paris ISBN 2-85653 50308
Texte intégral
Chevreul précurseur
1L'intitulé « De Chevreul aux Nouvelles Technologies Informatiques... » situe clairement la place d'Eugène Chevreul dans l'histoire de la Couleur au même titre que nous retenons aujourd'hui les noms de Newton et Goethe, comme il situe aujourd'hui le problème de la rénovation des gammes de coloris que le grand savant prévoyait déjà en en traçant les voies :
2– Parlant des 14 420 points de couleurs distribués dans sa construction hémisphérique, Chevreul pose le problème de leur réalisation, non plus intuitive, mais scientifique ; ainsi : « Que faudrait-il maintenant pour que cette construction devint aussi utile qu'on peut se l'imaginer d'après ce qui précède. C'est qu'on peut l'exécuter partout de manière à rendre le langage uniforme, ainsi qu'on le fait pour la détermination des températures au moyen d'un thermomètre. Pour y parvenir, il faudrait prendre tous les types invariables de la couleur, soit dans le spectre de la lumière, soit la lumière polarisée, soit dans les anneaux colorés, soit dans les couleurs développées d’une manière constante par un procédé quelconque, puis de les imiter aussi fidèlement que possible, au moyen de matières colorées que l’on appliquerait sur le plan circulaire de notre construction chromatique... » (Chevreul, 1839 : § 172).
3Conscient qu'une nomenclature des couleurs ne devait pas être seulement imprimée, Chevreul cherche à décrire celles-ci « en rapportant chacune d'elles à des types fixes susceptibles d'être reproduits partout » par la réalisation de cercles chromatiques : « Ils ne sont que la réalisation de la construction chromatique-hémisphérique que je décrivis en 1839 dans mon livre de la loi du Contraste simultané des Couleurs ».
4On ne peut être plus clair pour exprimer les recherches et les résultats acquis par la colorimétrie, cent ans plus tard. La couleur accepte maintenant des définitions formelles, internationalement reconnues, établies sur des phénomènes universels, se traduisant en termes alphanumériques indestructibles par le temps.
Histoire des couleurs : d'un espace à l’autre
5L'histoire de la couleur nous montre les tentatives de repérage et classification des Coloris. On en trouve des preuves dès les premières études de la couleur avec Newton qui représenta les couleurs pures sur la circonférence d’un cercle dont le centre était le lieu du blanc et qui portait sur sa périphérie des autres couleurs plus ou moins saturées. La représentation plane de l'organisation chromatique ne se prête qu'à l'étude de la variation de deux propriétés de la couleur, par exemple dans le cercle de Newton, de la teinte et de la saturation. La nature trivariante de la couleur conduit nécessairement à la conception d'espaces tridimensionnels.
6Un des plus anciens est certainement celui de Forsius décrit en 1611 dans son livre Physica comme étant sphérique. Il comporte dans le plan de l'équateur 4 couleurs : le rouge, le bleu, le vert et le jaune disposées comme dans le diagramme de Newton et, dans l'axe Nord/Sud de la sphère, l'échelle des luminosités incolores des couleurs dites achromatiques, allant du noir en bas au blanc en haut. Le XVIIIe siècle, siècle de la métrologie et des modèles verra la construction des premiers emblèmes de la colorimétrie : la pyramide de Lambert en 1772 qui reprend les bases du trichromatisme élémentaire déjà déterminé par Le Blon en 1756 : une figure géométrique qui simule un prisme au sommet clair et à la base violette, sur les faces duquel se disposent les différentes couleurs du spectre (rouge, orange, jaune-vert, indigo, violet). Tobias Mayer en 1745 avait identifié un principe d'inversion chromatique d'après deux pyramides triangulaires en contact par la base, la couleur partant du sommet supérieur clair (brillance) et se terminant dans le sommet inférieur obscur (saturation).
7Cette conception inspira tous les solides de couleurs postérieurs comme ceux de l'allemand Runge et celui de Chevreul, hémisphérique, qui comporte également sur un plan horizontal le cercle des couleurs saturées avec le blanc au centre, mais le noir est disposé en haut du demi axe vertical. Les couleurs saturées étant placées selon leur ordre spectral et selon leur luminosité propre, ce qui explique que le jaune est près du blanc et le violet près du noir. Chaque calotte hémisphérique est le lieu des teintes ayant même luminosité. Le lieu des teintes de même saturation est un tore. Le cercle chromatique comporte 72 tonalités dont chaque gamme, chromatique est composée de 200 tons soit un ensemble de 14 400 tons. L'espace de Chevreul est remarquable par son inclusion des couleurs d'efficacité visuelle maximale situées suivant leurs teintes à des distances variables du centre, à la limite des couleurs « franches et rabattues », mais présente l’inconvénient d'être un espace fermé ne permettant pas l'introduction de coloris aux caractéristiques nouvelles par exemple de forte saturation, issus du progrès de la chimie des colorants.
8« Aux Gobelins, on n'a exécuté que 1 440 tons du premier cercle et le 10e et 11e ton des 9 autres cercles et de plus les 21 tons de noir, ce qui donne 1 440 + 648 + 21 = 2 109, et c'est avec eux que l'on a fait toutes les déterminations décrites dans le trente-troisième volume des mémoires de l'Académie » (Chevreul, 1872).
9Comme l'explique Mme Gastinel-Coural : « En effet les cercles chromatiques devraient être au nombre de dix, le premier celui exposé à Londres, comprenant les trois couleurs simples ou primaires (jaune, rouge, bleu) et les trois couleurs binaires : orange (jaune + rouge), vert (jaune + bleu) et violet (rouge + bleu). Chevreul partage le cercle en secteurs égaux au nombre de 72, soit 23 entre le rouge et le jaune, 23 entre le jaune et le bleu et 23 entre le bleu et le rouge. Ces 72 types ou nuances sont représentés par 72 écheveaux de laine. Multipliés par 20 tons, ils donnent 1 440 tons. Les neufs autres cercles devaient comprendre les 72 types du premier cercle, ternis par du noir à différents degrés permettant de déterminer ainsi les couleurs rabattues » (Gastinel-Coural, 1989).
10Inconnue alors, l’importance des couleurs d'efficacité visuelle maximale fut soulignée par Chevreul qui les appela tons normaux respectant ainsi les positions relatives des couleurs saturées non seulement en chromaticité mais aussi en luminosité.
11Nous devons à M. Lebois, chef d'atelier des teintures des Manufactures Nationales de Tapisseries, l'exécution d'admirables cercles chromatiques avec des laines teintes sous la direction de Chevreul. « Ainsi depuis le commencement de l'année, M. Lebois n'a pu trouver le temps pour faire des corrections aux neufs cercles chromatiques qui restent à terminer pour que mon travail sur les moyens de nommer et de définir les couleurs soit achevé ».
Espaces perceptifs psychométriques de la couleur
12A partir de 1825, la tentative de Chevreul de vouloir repérer et classer les coloris selon la perception est exprimée clairement quand il parle de gammes et de nuances :
13Pour Chevreul la gamme caractérise « l'ensemble des tons d'une même couleur ainsi modifié... » alors qu'il entend par nuances : « toutes les modifications que reçoit une couleur de l'addition d'une petite quantité d'une autre couleur » (Chevreul, 1839 : § 180). Les diverses combinaisons de ces mélanges permettent à Chevreul de définir 6 harmonies (de gamme, de nuances, de lumière colorée dominante, du contraste de nuances, du contraste de gammes et du contraste des couleurs).
14« Deux couleurs de même nuance, mais de ton différent, paraissent encore plus différentes quand elles sont juxtaposées » autrement dit, les différences s’exagèrent par suite du contraste de ton.
15C'est pourquoi les marchands de dentelles présentent les dentelles noires sur du papier jaune : par contraste, du violet au noir et le fait paraître plus profond (sombre et coloré), mais sur du papier bleu, le noir prendrait du jaune et semblerait fort affaibli.
16Toutes ces recherches expérimentales sont prémisses :
A la mise en place d'une théorie du contraste où les trois attributs perceptifs de la couleur ; la clarté, la chroma et la tonalité jouent un rôle fondamental dans la compréhension des contrastes simultanés et successifs de clarté, de saturation et tonalité.
A l'établissement d'espaces perceptifs, psychométriques comme variété au sens mathématique du terme de l'espace perceptif des couleurs basé sur l'espacement uniforme des échelles de couleurs selon leurs trois variables perceptives de clarté, chroma, et tonalité, équivalents perceptifs de la luminance, pureté et longueur d’onde dominante rencontrés lors de l'étude des espaces physiques colorimétriques.
Au développement de la Psychométrie chromatique qui établit la relation entre la mesure quantitative scientifique et les phénomènes qualitatifs psycho-physiologiques résultant du traitement des informations au niveau du cortex.
17Si les premiers espaces de Runge et Chevreul, résultant seulement d'arrangements systématiques de couleurs, ne représentent qu'approximativement leurs véritables propriétés métriques, le développement de concepts mathématiques a permis de les incorporer dans des espaces tridimensionnels suite aux travaux de Schrodinger, de Luther et de Nyberg portant sur l'équivalence axiomatique de l'espace des couleurs et des espaces vectoriels.
18La représentation vectorielle s'applique correctement dans les limites de la vision photopique à des couleurs lumières, mais englobe également le domaine des couleurs objets dans les limites de :
La non uniformité de répartition des couleurs dans cet espace.
La prise en compte du métamérisme de couleurs pour lequel à chaque point de cet espace correspond un grand nombre de coloris métamères (coloris de caractéristiques physiques colorimétriques différentes mais de perceptions semblables sous un éclairage donné et différentes sous un autre éclairage).
19Nous savons aujourd'hui que la représentation dans un espace tridimensionnel Euclidien des échelles équiperceptives de couleurs est rendu impossible de par la nature intrinsèquement non Euclidienne de l'espace perceptif des couleurs qui est similaire à un espace de type Riemann de la Relativité Générale, suite à nos derniers travaux de recherche portant sur le contraste simultané, espace « torve » que nous pensons dû aux effets de contrastes d'environnement inhérents à toute perception visuelle, contrairement aux espaces physiques objectifs, colorimétriques, dans lesquels la couleur analysée est isolée de son contexte. Malgré l'impossibilité théorique de la solution de ce problème, des approximations valables peuvent être trouvées :
Soit par des ajustements empiriques, telles que celles des trois systèmes uniformes de classification des couleurs : Munsell, DIN, NCS (Natural Color System suédois), des échelles uniformes de l'OSA (Optical Society of America) de la CIE 1976 L* u* v* et L* a* b*
Soit par l'utilisation de la puissance de calcul de la micro-informatique actuelle associée à des analyseurs trichromes de haute intégration technologique s'appuyant sur des modèles perceptifs numériques, tel celui que nous avons développé pour les Manufactures Nationales de Tapisseries : le logiciel NIMES (Nuancier Informatique des Manufactures nationalES), NIMES espace de classification psychométrique (similaire aux systèmes L* u* v* et L* a* b* 1976) pour lequel le chroma est normalisé à 100 % pour la couleur de niveau de coloration maximale.
Couleur et informatique
20Le phénomène d'intégration dans l'espace et le temps, lié au pouvoir séparateur de l'œil, conduit à chercher à représenter chaque couleur, subjective ou non, à l'aide de quelques couleurs primaires seulement. Tous les procédés de reproduction des couleurs s'appuient sur les principes de la trichromie, énoncés par Young-Maxwell et Helmholtz, d'après lesquels on peut recréer pratiquement toutes les sensations colorées par le mélange de trois couleurs primaires judicieusement choisies, le trio R.V.B. en synthèse additive permettant la reproduction du plus grand nombre de couleurs. Le choix des primaires adopté en télévision couleur est dicté par les caractéristiques de radiations des substances luminescentes utilisées pour les écrans des moniteurs vidéos.
21La trichromie, imposée par les consoles de visualisation actuelles, présente certains inconvénients au niveau du traitement numérique des couleurs, et de leur manipulations par un utilisateur non averti.
22La majorité des utilisateurs étant peu familiarisés avec la synthèse additive des couleurs pour laquelle un jaune résulte du mélange du rouge et d'un vert. La synthèse des coloris utilisée en teinture est au contraire une synthèse soustractive ou le vert s'obtient par mélange de bleu et de jaune. On peut bien évidemment fournir un espace de couleurs plus adapté à l'utilisateur en considérant l'espace complémentaire de (R.V.B.) soit (C.M.J.) (Cyan, Magenta, Jaune). Néanmoins les deux espaces ci-dessus comportent de grosses difficultés de manipulation, dues à l'abstraction de trois paramètres prépondérant de la vision : la teinte, la luminosité et l'ensemble chroma, saturation.
23On peut représenter l'espace des couleurs perceptives en fonction de ces trois paramètres, comme le physicien Munsell en eut l'idée en 1905, ou bien comme nous le proposons aux Manufactures nationales de Tapisseries selon un développement graphique Couleur : le NIMES (Fig. 1).

Figure 1. Colorimètre et configuration informatique NIMES. (Coll. Mobilier national).
24Outre l'intérêt de manipulation aisée de l'espace perceptif, cette représentation présente l'avantage de faciliter le traitement numérique des informations colorées notamment dans la synthèse informatique des images. En particulier l'effet d'ombrage ou de vision crépusculaire d'un objet se traduit par une simple interpolation sur le paramètre de luminosité entre la couleur et le noir, les effets de brumes, fumées ou de dispersions atmosphériques par une simple interpolation linéaire sur le paramètre de chroma (entre la couleur initiale et un gris de même clarté). La mise en évidence de gammes d'harmonies simples sera facilitée par la constance d'un paramètre, clarté pour les gammes isophanes, tonalité pour les gammes isochromes et saturation pour les gammes isosaturées (Fig. 2). La même interpolation dans l'espace R.V.B. produirait des teintes aberrantes.

Figure 2. Panneau isochrome des échantillons en laine selon le nouvel espace perceptif. (Coll. Mobilier national).
Épilogue
25Comme l'a souhaité Chevreul en 1837, lorsqu'il réalisa pour les Manufactures nationales de Tapisseries, un nuancier de 14 420 tons, la colorimétrie puis la psychométrie ont trouvé des invariants :
26La luminance, la pureté, la longueur d'onde dominante pour la colorimétrie, puis la clarté, le chroma et la tonalité pour la psychométrie. Grâce à la représentation du stimuli objectifs et à la connaissance plus fine des espaces perceptifs, le passage de l'espace physique à l'espace perceptif de la couleur a pu se faire par l'intermédiaire du couplage informatique et colorimétrique par l'usage du colorimètre trichrome assisté par ordinateur. Ainsi la constitution de nuanciers informatiques, nouvelles bases de données couleurs, chromothèques des années futures, facilitant l'acquisition, classification, conservation et consultation graphique des coloris. Cette approche que 150 ans auparavant Chevreul avait entrepris avec la technologie de son époque, visionnaire et précurseur de la colorimétrie assistée et de la Psychométrie informatique.
27L'intérêt de Chevreul pour une classification des coloris selon un langage commun à toutes les Manufactures est d'autant plus d'actualité que se pose la question européenne de la standardisation des espaces perceptifs de classification et d'une terminologie chromatique adaptée au contexte international et européen de la communication couleur. A la demande de l'ISO TC137 un rapport final, devrait être fourni. Divers systèmes existent, que ce soient les systèmes DIN, OSA, NCS, Munsell... qui tous ont montré et montrent encore des intérêts divers. La pluralité d'usage des nouveaux espaces psychométriques de la couleur rencontrés dans le domaine graphique du traitement des images numériques, au travers des espaces HLS, présage du devenir interactif des bases de données couleur au travers des réseaux. Ces réseaux numériques, connectant diverses bases de données couleurs existantes, permettront une communication aisée dans un langage adapté à l’utilisateur, tout en respectant son histoire culturelle et symbolique, présageant pour le XXIe siècle proche d'une discussion enfin possible des goûts et des couleurs11.
28L’auteur remercie la Direction du Muséum d'Histoire Naturelle, la Direction du Mobilier National et des Manufactures Nationales de Tapisseries de lui avoir donné la possibilité d'intervention au cours de cet anniversaire. Il remercie également l'ensemble du personnel des Manufactures de Tapisseries sans qui NIMES n'aurait pu être réalisé.
Bibliographie
Références bibliographiques
Chevreul M.-E., Leçons de chimie appliquée à la teinture, Paris, t. 1, 1829 ; t. 2, 1830.
Chevreul M.-E., De la loi du contraste simultané des couleurs..., Paris, 1839.
Chevreul M.-E., « Note sur la stabilité des couleurs fixées sur les étoffes en général et sur la soie en particulier », Comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences, 1872.
Gastinel-Coural Ch., « Michel-Eugène Chevreul 1786-1889, Directeur des teintures des Gobelins », communication lors du congrès C.I.E.T.A., Chicago, octobre 1989.
Longavesne J.-R, « Relativité générale et perception des couleurs. Plus qu'une analogie ! Application à la théorie des contrastes », publication de l'ACFAS (Association Canadienne Française pour l'Avancement des Sciences), Québec.
Notes de bas de page
1 L'auteur et collègue J. Salinaro ainsi que J. Fillacier Coloriste Conseil (disparu brutalement en novembre 1986), sont à l'origine au sein du GRIP (Groupe de Recherche Informatique Picturale) de la mise au point et du développement actuel de NIMES1, NIMES2 et ACCES soutenu financièrement par de CNAP du Ministère de la Cuture et de la Communication.
L'ensemble des travaux développés par le GRIP, laboratoire recherche couleur de l'I.U.T. d'Orsay, s'appuie sur un corpus de recherches théoriques portant sur la mesure et la perception des coloris.
Notes de fin
1 A.C.C.ES : Aide à la Communication des Coloris dans les Espaces chromatiques.
Auteur
-
Jean-Paul Longavesne
GRIP (Groupe Recherche Informatique Picturale)
Université Paris XI
Plateau du Moulen
91400 ORSAY
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