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Action de la lumière sur le film


La lumière est le plus souvent considérée comme un simple phénomène ondulatoire. Or, on peut la considérer d’un point de vue différent : celui de la théorie corpusculaire.
Puisque le rayonnement lumineux est susceptible d’avoir des effets photochimiques ou photoélectriques, c’est qu’il correspond à un transfert d’énergie. Ces deux aspects du rayonnement, qui se sont longtemps opposés pour le monde scientifique, ont finalement été réconciliés sous le signe de la théorie des quanta. Cette théorie admet que la lumière, tout en étant un rayonnement ondulatoire, se traduit par le bombardement de photons, ou « atomes de lumière », capables, par exemple, de transformer une émulsion.

Ce bombardement photonique a pour conséquence une première transformation de l’émulsion qui aboutit à une « image latente » ; puis, sous l’action du révélateur l’image se développe, c'est-à-dire qu’elle apparaît progressivement. Elle subit une seconde transformation, les parties les plus affectées par les photons présentant le noircissement le plus important.

Le noircissement d’une émulsion sous l’action du révélateur constituera le négatif ; il dépend de trois facteurs : les qualités propres de l’émulsion, la quantité de photons ayant impressionné l’émulsion et la durée d’action du révélateur.
La quantité de lumière dépend elle-même de l’intensité de la source et du temps d’exposition de l’émulsion à cette source ; mais en cinématographie, le temps d’exposition est imposé par le rythme de déroulement du film : il est en principe constant (sauf variation de surface de l’obturateur, ce qui est peu fréquent). Vingt-quatre images défilent en une seconde et la moitié du temps de défilement est consacré au déplacement de la pellicule, donc chaque image n’est exposée que pendant 1/48 de seconde. Le cinéaste, par conséquent n’a pas la chance du photographe qui peut jouer du temps de pose.

La sensitométrie est la science qui pose les lois du noircissement des émulsions sous l’action de la lumière et du révélateur. Sa connaissance est indispensable au studio, lors de la prise de vue, mais aussi au laboratoire, lors du développement.


Notions de photométrie et de sensitométrie


1° Comment mesurer la lumière ?


Il n’existe pas d’unités mesurant la quantité de lumière (unité qui correspondrait en électricité au coulomb). La candella ou bougie nouvelle, exprime une intensité, c’est-à-dire une quantité pendant une unité de temps, comparable à l’ampère.

Cette notion d’intensité, cependant, ne tient pas compte de l’importance des radiations lumineuses, c’est-à-dire du flux. Une intensité peut se représenter par une droite, mais un flux ne peut être figuré que par un cône. Soit une source de 1 candella éclairant une surface de 1 m² située à 1 mètre de la source : le flux produit est égal à 1 lumen.

Cette surface de 1 m² subit donc un éclairement qui est mesuré par la densité du flux lumineux sur une surface donnée. L’unité d’éclairement est ainsi le lumen par m², appelé lux.

Notre œil n’est directement sensible à aucune de ces quantités : il est seulement sensible à l’intensité lumineuse que lui reflètent les surfaces et ces surfaces absorbent toujours une partie de la lumière. Supposons que notre surface de 1 m² à l’éclairement de 1 lux ait un coefficient de réflexion de 100 % c’est-à-dire qu’elle n’absorbe aucune énergie lumineuse, on dira que sa brillance (ou sa luminance) est de 1 blondel.
Cette notion de luminance est fondamentale, car ce sont les différences de luminance entre les objets que l’œil perçoit. L’émulsion doit alors les traduire fidèlement.





2° Les caractéristiques d'une émulsion

a) La densité

Une pellicule peut être plus ou loin transparente ou opaque. Plus l’émulsion a noirci sous l’action du révélateur, plus le film est opaque. Entre la transparence complète et l’opacité la plus épaisse, il existe toute une gamme de densités intermédiaires. C’est de la densité de l’émulsion que dépend l’intensité du faisceau lumineux qui traverse le film à la projection avant d’atteindre l’écran. C’est donc des différences de densités de l’image que dépend la restitution correcte de la luminance des différentes plages sur l’écran. Autrement dit, pour que l’image soit correcte, la gamme des densités sur le film doit correspondre à la gamme des luminances du sujet.
On peut alors tracer une courbe : en ordonnées, nous inscriront les densités, en appelant 0 la transparence et densité infinie l’opacité totale. En abscisse, nous porterons les luminances, mais selon une échelle logarithmique. En effet, on s’est rendu compte que pour obtenir une augmentation arithmétique de la sensation de brillance, une augmentation géométrique de l’éclairement était nécessaire. Ainsi, si l’éclairement augmente de 1, 2, 4, 8, 16 fois, l’œil aura l’impression que la luminance augmente de 1, 2, 3, 4, 5 fois.

Si l’émulsion était parfaite, la courbe obtenue serait une droite exprimant une proportionnalité de la densité de l’émulsion au logarithme de la luminance. La densité serait nulle lorsque la luminance serait nulle, puis augmenterait de 1, 2, 3, 4, 5 unités lorsque l’éclairement augmenterait de 1, 2, 4, 8, 16 unités. Mais l’examen attentif d’une courbe caractéristique d’émulsion montre qu’il n’en est rien.





Au départ, la courbe présente un pied exprimant le fait suivant : pour de petites augmentations d’éclairement, la densité reste la même. C’est que l’émulsion présente une certaine inertie. Ce pied de courbe figure la zone de sous-exposition ; les éclairements très faibles correspondant à cette région de la courbe n’impressionneront pas l’émulsion, ou du moins celle-ci sera incapable de traduire leurs nuances par des densités différentes.

À l’opposé, la courbe présente à sa partie supérieure une épaule. C’est la zone de sur-exposition. Les différences d’éclairement ne jouent plus au-delà d’une intensité limite. Le bromure d’argent est, si l’on veut, « saturé de lumière » et ne réagit plus aux augmentations d’éclairement.

Entre ces deux extrêmes, la courbe présente une ligne droite : c’est la zone d’exposition correcte, où les différences de densité traduisent correctement les différences d’éclairement.

Cette courbe caractéristique est fondamentale : elle permet de connaître les éclairements minima et maxima nécessaires à la prise de vue avec une émulsion déterminée.

b) La rapidité

C’est l’éclairement minimum exigé pour qu’une différence de densité se manifeste sur l’émulsion. On l’exprime en degrés ISO.

c) Le contraste

La partie rectiligne de la courbe caractéristique peut avoir une pente plus ou moins accentuée. Cette pente (appelée gamma de la courbe) traduit le contraste de l’image.
En effet, prenons sur la figure ci-dessous la courbe A, qui a un gamma élevé. Elle est presque verticale. On voit que pour une faible différence d’éclairement Delta E, la différence de densité Delta est considérable. Le contraste sera très élevé ; ainsi deux plages de luminance légèrement différentes seront représentées sur le négatif, la plus éclairée par un noir presque opaque et la moins éclairée par une plage assez transparente.
Par contre, si le Gamma est très faible, la courbe B tend vers l’horizontal, un changement important d’éclairement Delta E correspond à une faible différence de densité Delta D. La densité du film sera presque uniforme et l’image sera plate.





Notons que l’on peut agir sur le Gamma en jouant sur le temps de développement. En effet, si le révélateur agit seulement quelques instants sur l’émulsion, l’argent se forme sur les couches superficielles de cette émulsion, celles sur lesquelles la lumière agit de la façon la plus égale. Mais si le révélateur agit longtemps, il permet la formation de l’argent dans les couches profondes de l’émulsion : or, seules les parties les plus exposées ont été impressionnées en profondeur ; donc seules ces parties subissent l’action du révélateur. Les différences de densités seront bien plus remarquables et le contraste sera beaucoup plus fort.

d) Le pouvoir de résolution

L’émulsion est constituée de cristaux microscopiques de bromure d’argent, noyés dans une couche de gélatine. Le révélateur transforme ce bromure en argent. Mais les molécules d’argent s’agglomèrent au cours de cette transformation pour former de petits amas argentiques, des grains assez importants pour être vus avec une forte loupe. Cette granulation limite évidemment la finesse des détails. Pour mesurer le pouvoir de résolution d’une émulsion, on filme des traits noirs équidistants de plus en plus rapprochés : il arrive un moment (lorsque l’espace entre les traits devient plus petit que les grains) où ces traits se confondent. Une émulsion a un pouvoir de résolution qui varie en général entre 40 et 80 traits par millimètre.


Applications pratiques de la photométrie et de la sensitométrie


1° Le problème de l'exposition lors de la prise de vue


Au début du cinéma, les solutions adoptées étaient empiriques, mais devenaient très sûres lorsque l’œil était formé. Un simple verre traité restituait à l’œil la courbe de sensibilité de l’émulsion panchromatique et l’opérateur jouait sur les sources lumineuses et le diaphragme en conséquence.

La cellule photoélectrique a marqué un progrès évident dans ce domaine. Elle permet de mesurer les brillances d’un sujet par des voies détournées. Cet appareil peut être employé comme « posemètre » (mesure de la lumière réfléchie) ou comme « luxmètre » (mesure de la lumière incidente).

Par la suite, un nouvel appareil a fait son apparition sur les plateaux de tournage : le « brillancemètre », encore appelé « spotmètre » ou « nitomètre ». Il permet, grâce à un système de visée, une mesure à distance de chaque plage d’un sujet.

Enfin, même de nos jours, il ne faut pas négliger le « pifomètre ». Quelle que soit l’indication de la cellule, le directeur de la photographie n’hésite pas à donner un coup de pouce correctif, dans un sens ou dans l’autre, selon le plan filmé.
Par exemple, il fermera d’un cran pour les grands panoramas et les lointains afin de compenser l’actinisme des radiations ultra-violettes et il ouvrira d’un cran pour filmer un vieux mur aux pierres noircies par les ans.

Il ne faut pas croire cependant que le métier de directeur de la photographie se résume à la détermination d’un diaphragme. L’éclairage d’une scène relève en fait d’une sensibilité d’un tout autre genre que celle de la pellicule : la sensibilité artistique qui, elle, ne se mesure ni en lux, ni en ISO.

La lumière d’une scène combine en principe quatre groupes principaux de sources lumineuses :
- La face, ou keylight
C’est elle qui donne la plus grande partie de la lumière et assure une intensité constante tout au long de la scène.
- L’ambiance
C’est un éclairage complémentaire destiné à adoucir les ombres trop dures. On fait parfois appel à des panneaux blancs pour jouer ce rôle.
- Le contre-jour
Il est destiné à donner du relief en « détachant » les personnages du décor. C’est une partie délicate de l’éclairage qui fait appel à tout un ensemble d’accessoires destinés à modeler le faisceau lumineux (volets de nature diverse).
- Les effets
Ils sont destinés à créer des taches d’ombre et de lumière pour souligner certains aspects du jeu ou du décor et à créer une atmosphère.

Ces différents procédés permettent d’obtenir un modelé de l’image correspondant au style de film. Mais les éléments qui entrent en jeu sont tellement complexes que leur mise en pratique concerne l’art beaucoup plus que la technique.

On voit souvent, sur les forums, des personnes qui cherchent comment donner un « aspect cinéma » à leurs images vidéo… On pense à filmer en progressif, à rajouter du grain, à utiliser des logiciels spécialises, etc… alors que la vraie solution commence par le soin apporté à l’éclairage.


2° Comment déterminer, au laboratoire, la courbe caractéristique d'une émulsion ?


a) sensitomètres et sensitogrammes

Un sensitomètre est un appareil permettant d’exposer un échantillon de film à une série d’intensités lumineuses croissantes. Il en existe deux types :
Ceux qui exposent le film à une source d’intensité constante et font varier le temps d’exposition.
Ceux qui font varier l’intensité de la courbe en conservant un temps d’exposition constant. C’est le cas du coin photométrique de Goldberg.





C’est un prisme de verre fumé gris neutre qui absorbe d’autant plus de lumière que son épaisseur est plus grande. Après développement les échantillons de film obtenus présentent une série de densités croissantes : le sensitogramme.

b) Densitomètres

Ce sont des appareils destinés à mesurer les densités d’un négatif de film. Grâce à eux, on peut dresser la courbe caractéristique de toutes les émulsions.

Malgré toutes ces mesures, un directeur de la photographie fait souvent appel au système empirique des bouts d’essais, même si son expérience de la lumière remonte à de nombreuses années. Pour cela, il fait développer, sur place, un échantillon de film de la scène qui vient d’être filmée. Cela lui permet de découvrir d’éventuels défauts à un moment où il est encore possible de rattraper une erreur en recommençant la prise de vue.