Température de couleur

La température de couleur d’une source de lumière est la température d’un radiateur à corps noir idéal qui émet une lumière d’une couleur comparable à celle de la source de lumière. La température de couleur est une caractéristique de la lumière visible qui a des applications importantes dans l’éclairage, la photographie, la vidéographie, l’édition, la fabrication, l’astrophysique, l’horticulture et d’autres domaines. En pratique, la température de couleur n’a de sens que pour des sources lumineuses qui correspondent en fait assez étroitement au rayonnement d’un corps noir, à savoir celles d’une ligne allant du rouge / orange au jaune et plus ou moins blanc au blanc bleuâtre; il n’est pas logique de parler de la température de couleur, par exemple, d’une lumière verte ou violette. La température de couleur est exprimée conventionnellement en kelvin, en utilisant le symbole K, une unité de mesure pour la température absolue.

Les températures de couleur supérieures à 5000 K sont appelées « couleurs froides » (blanc bleuté), tandis que les températures de couleur inférieures (2700-3000 K) sont appelées « couleurs chaudes » (blanc jaunâtre à rouge). « Chaud » dans ce contexte est une analogie au flux de chaleur rayonnée de l’éclairage incandescent traditionnel plutôt que de la température. Le pic spectral de la lumière chaude est plus proche de l’infrarouge, et la plupart des sources lumineuses de couleur chaude naturelle émettent un rayonnement infrarouge significatif. Le fait que l’éclairage « chaud » ait dans ce sens une température de couleur « plus froide » conduit souvent à de la confusion.

Catégoriser l’éclairage différent
La température de couleur du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir idéal est définie comme sa température de surface en kelvins, ou encore en mireds (kelvins micro-réciproques). Ceci permet la définition d’une norme par laquelle les sources lumineuses sont comparées.

Dans la mesure où une surface chaude émet un rayonnement thermique mais n’est pas un radiateur à corps noir idéal, la température de couleur de la lumière n’est pas la température réelle de la surface. La lumière d’une lampe à incandescence est un rayonnement thermique, et l’ampoule se rapproche d’un radiateur de corps noir idéal, de sorte que sa température de couleur est essentiellement la température du filament. Ainsi, une température relativement basse émet un rouge terne et une température élevée émet le presque blanc de l’ampoule à incandescence traditionnelle. Les métallurgistes sont capables de juger la température des métaux chauds par leur couleur, du rouge foncé au blanc orangé puis au blanc (voir chaleur rouge).

De nombreuses autres sources de lumière, telles que les lampes fluorescentes, ou les LED (diodes électroluminescentes) émettent de la lumière principalement par des processus autres que le rayonnement thermique. Cela signifie que le rayonnement émis ne suit pas la forme d’un spectre de corps noir. Ces sources reçoivent ce qu’on appelle une température de couleur corrélée (CCT). CCT est la température de couleur d’un radiateur à corps noir qui, pour la perception de la couleur humaine, correspond le mieux à la lumière émise par la lampe. Parce qu’une telle approximation n’est pas nécessaire pour la lumière incandescente, le CCT pour une lumière incandescente est simplement sa température non ajustée, dérivée de la comparaison à un radiateur à corps noir.

Le soleil
Le Soleil se rapproche étroitement d’un radiateur à corps noir. La température effective, définie par la puissance radiative totale par unité carrée, est d’environ 5780 K. La température de couleur de la lumière solaire au-dessus de l’atmosphère est d’environ 5900 K.

Comme le soleil traverse le ciel, il peut sembler être rouge, orange, jaune ou blanc, selon sa position. La couleur changeante du soleil au cours de la journée est principalement le résultat de la diffusion de la lumière et n’est pas due à des changements dans le rayonnement du corps noir. La couleur bleue du ciel est causée par la diffusion Rayleigh de la lumière du soleil par l’atmosphère, qui tend à disperser la lumière bleue plus que la lumière rouge.

Certaines lumières du matin et du soir (heures d’or) ont une température de couleur plus basse en raison de la diffusion accrue de la lumière à faible longueur d’onde par l’effet Tyndall. Cet effet a été particulièrement marqué en raison de l’augmentation des petites particules de poussière dans l’atmosphère après les éruptions du Mont Tambora en 1815 et du Krakatoa en 1883, qui ont donné lieu à d’intenses couchers de soleil rouges partout dans le monde.

La lumière du jour a un spectre similaire à celui d’un corps noir avec une température de couleur corrélée de 6500 K (norme de visualisation D65) ou 5500 K (norme de film photographique équilibrée en lumière du jour).

Applications

Éclairage
Pour l’éclairage des intérieurs de bâtiments, il est souvent important de prendre en compte la température de couleur de l’éclairage. Une lumière plus chaude (température de couleur inférieure) est souvent utilisée dans les espaces publics pour favoriser la relaxation, tandis qu’une lumière plus froide (température de couleur plus élevée) est utilisée pour améliorer la concentration, par exemple dans les écoles et les bureaux.

La gradation CCT pour la technologie LED est considérée comme une tâche difficile, car les effets de binning, d’âge et de dérive de température des LED modifient la sortie de valeur de couleur réelle. Ici, des systèmes de boucle de rétroaction sont utilisés, par exemple avec des capteurs de couleur, pour surveiller et contrôler activement la sortie couleur de plusieurs LED de mélange de couleurs.

Aquaculture
En pisciculture, la température de couleur a différentes fonctions et différents foyers dans les diverses branches.

Dans les aquariums d’eau douce, la température de couleur n’est généralement préoccupante que pour produire un affichage plus attrayant. Les lumières ont tendance à être conçues pour produire un spectre attrayant, parfois avec une attention secondaire accordée à la conservation des plantes dans les aquariums vivants.

Dans un aquarium d’eau de mer / récif, la température de couleur est une partie essentielle de la santé de réservoir. Dans environ 400 à 3000 nanomètres, la lumière de longueur d’onde plus courte peut pénétrer plus profondément dans l’eau que les longueurs d’onde plus longues, fournissant des sources d’énergie essentielles à l’algue hébergée dans (et soutenant) le corail. Cela équivaut à une augmentation de la température de couleur avec la profondeur de l’eau dans cette gamme spectrale. Parce que les coraux vivent généralement dans des eaux peu profondes et reçoivent une lumière solaire intense et directe, l’objectif était de simuler cette situation avec des lumières de 6500 K. Dans le même temps, les sources lumineuses à haute température sont devenues plus populaires, d’abord avec 10000 K et plus récemment 16000 K et 20000 K. L’éclairage actinique à la partie violette de la plage visible (420-460 nm) permet de visionner la nuit sans augmenter les algues fleurir ou améliorer la photosynthèse, et rendre les couleurs quelque peu fluorescentes de nombreux coraux et poissons « pop », créant des réservoirs d’affichage plus lumineux.

La photographie numérique
En photographie numérique, le terme température de couleur est parfois utilisé de manière interchangeable avec la balance des blancs, ce qui permet un remappage des valeurs de couleur pour simuler les variations de la température de couleur ambiante. La plupart des appareils photo numériques et des logiciels d’image RAW fournissent des préréglages simulant des valeurs ambiantes spécifiques (par exemple, ensoleillées, nuageuses, tungstènes, etc.) tandis que d’autres permettent une saisie explicite des valeurs de balance des blancs dans les kelvins. Ces paramètres varient les valeurs de couleur le long de l’axe bleu-jaune, tandis que certains logiciels incluent des contrôles supplémentaires (parfois étiquetés «teinte») ajoutant l’axe magenta-vert, et sont dans une certaine mesure arbitraires et une question d’interprétation artistique. Il est peu probable que l’utilisation de valeurs absolues de température de couleur soit populaire auprès des photographes numériques, comme le feront remarquer ceux qui ont des antécédents en sciences physiques. Cependant, l’idée générale de haute K (bleu-blanc) et faible K (rouge-orange) informera tous ceux qui cherchent à expérimenter avec leur propre matériel et logiciel.

Film photographique
Le film d’émulsion photographique semble parfois exagérer la couleur de la lumière, car il ne réagit pas à la couleur d’éclairage de la même façon que la perception visuelle humaine. Un objet qui apparaît blanc à l’œil peut être très bleu ou orange sur une photo. Il se peut que la balance des couleurs doive être corrigée pendant l’impression pour obtenir une impression couleur neutre. L’étendue de cette correction est limitée puisque le film couleur a normalement trois couches sensibles aux différentes couleurs et lorsqu’il est utilisé sous la « mauvaise » source lumineuse, chaque couche peut ne pas répondre proportionnellement, donnant des couleurs étranges dans l’ombre, bien que les tons moyens puissent ont été correctement équilibrés en blanc sous l’agrandisseur. Les sources lumineuses avec des spectres discontinus, tels que les tubes fluorescents, ne peuvent pas non plus être entièrement corrigées dans l’impression, car l’une des couches peut à peine avoir enregistré une image.

Le film photographique est fait pour des sources de lumière spécifiques (le plus souvent film de lumière du jour et film de tungstène), et, utilisé correctement, créera une impression de couleur neutre. L’adaptation de la sensibilité du film à la température de couleur de la source lumineuse est un moyen d’équilibrer la couleur. Si le film de tungstène est utilisé à l’intérieur avec des lampes à incandescence, la lumière orange jaunâtre des lampes à incandescence au tungstène apparaîtra en blanc (3200 K) sur la photo. Le film négatif couleur est presque toujours en équilibre avec la lumière du jour, car on suppose que la couleur peut être ajustée en impression (avec des limitations, voir ci-dessus). Le film transparent de couleur, étant l’artefact final dans le processus, doit être adapté à la source de lumière ou des filtres doivent être utilisés pour corriger la couleur.

Des filtres sur un objectif d’appareil photo ou des gels de couleur sur la (les) source (s) d’éclairage peuvent être utilisés pour corriger l’équilibre des couleurs. Lors d’une prise de vue avec une source de lumière bleutée (température de couleur élevée) comme par temps couvert, à l’ombre, dans la lumière de la fenêtre ou en utilisant un film de tungstène avec lumière blanche ou bleue, un filtre orange jaunâtre corrigera cette situation. Pour filmer avec un film de lumière du jour (calibré à 5600 K) sous des sources lumineuses plus chaudes (température de couleur basse) telles que couchers de soleil, éclairage à la chandelle ou au tungstène, un filtre bleuâtre (par exemple # 80A) peut être utilisé. Des filtres plus subtils sont nécessaires pour corriger la différence entre, disons, des lampes au tungstène de 3200 K et 3400 K ou pour corriger la fonte légèrement bleue de certains tubes de détente, qui peut être de 6000 K.

S’il y a plus d’une source de lumière avec des températures de couleur variées, une façon d’équilibrer la couleur est d’utiliser un film de lumière du jour et de placer des filtres de gel correcteur de couleur sur chaque source de lumière.

Les photographes utilisent parfois des indicateurs de température de couleur. Ceux-ci sont généralement conçus pour lire seulement deux régions le long du spectre visible (rouge et bleu); les plus chers lisent trois régions (rouge, vert et bleu). Cependant, ils sont inefficaces avec des sources telles que les lampes fluorescentes ou à décharge, dont la lumière varie en couleur et peut être plus difficile à corriger. Parce que cette lumière est souvent verdâtre, un filtre magenta peut le corriger. Des outils de colorimétrie plus sophistiqués peuvent être utilisés si ces compteurs manquent.

Publication de bureau
Dans le secteur de l’éditique, il est important de connaître la température de couleur d’un moniteur. Le logiciel de correspondance des couleurs, tel que ColorSync d’Apple pour Mac OS, mesure la température de couleur d’un moniteur, puis ajuste ses paramètres en conséquence. Cela permet aux couleurs à l’écran de mieux correspondre aux couleurs imprimées. Les températures de couleur communes du moniteur, ainsi que les illuminants standard correspondants entre parenthèses, sont les suivantes:

5000 K (D50)
5500 K (D55)
6500 K (D65)
7500 K (D75)
9300 K

D50 est un raccourci scientifique pour un illuminant standard: le spectre de la lumière du jour à une température de couleur corrélée de 5000 K. Des définitions similaires existent pour D55, D65 et D75. Des désignations telles que D50 sont utilisées pour aider à classer les températures de couleur des tables lumineuses et des cabines d’observation. Lors de la visualisation d’une diapositive couleur à une table lumineuse, il est important que la lumière soit équilibrée correctement afin que les couleurs ne soient pas décalées vers le rouge ou le bleu.

Les appareils photo numériques, les graphiques Web, les DVD, etc. sont normalement conçus pour une température de couleur de 6500 K. La norme sRGB couramment utilisée pour les images sur Internet stipule (entre autres) un point blanc d’affichage de 6500 K.

TV, vidéo et appareils photo numériques
Les normes TV NTSC et PAL exigent un écran TV compatible pour afficher un signal électriquement noir et blanc (saturation minimale des couleurs) à une température de couleur de 6500 K. Sur de nombreux téléviseurs grand public, il existe une déviation très sensible de cette exigence. Cependant, les téléviseurs grand public haut de gamme peuvent être réglés à 6500 K en utilisant un réglage préprogrammé ou un étalonnage personnalisé. Les versions actuelles d’ATSC demandent explicitement que les données de température de couleur soient incluses dans le flux de données, mais les anciennes versions d’ATSC autorisaient l’omission de ces données. Dans ce cas, les versions actuelles d’ATSC citent des standards de colorimétrie par défaut en fonction du format. Les deux normes citées spécifient une température de couleur de 6500 K.

La plupart des appareils photo et appareils photo numériques peuvent ajuster la température de couleur en zoomant sur un objet blanc ou neutre et en réglant la «balance des blancs» manuelle (indiquant à la caméra que «cet objet est blanc»); la caméra montre alors le blanc vrai comme blanc et ajuste toutes les autres couleurs en conséquence. L’équilibrage des blancs est nécessaire surtout à l’intérieur sous un éclairage fluorescent et lors du déplacement de la caméra d’une situation d’éclairage à une autre. La plupart des caméras ont également une fonction de balance des blancs automatique qui tente de déterminer la couleur de la lumière et de corriger en conséquence. Alors que ces paramètres étaient auparavant peu fiables, ils sont beaucoup améliorés dans les appareils photo numériques d’aujourd’hui et produisent une balance des blancs précise dans une grande variété de situations d’éclairage.

Application artistique via le contrôle de la température de couleur

Les opérateurs de caméra vidéo peuvent équilibrer les objets qui ne sont pas blancs, en minimisant la couleur de l’objet utilisé pour l’équilibrage des blancs. Par exemple, ils peuvent apporter plus de chaleur dans une image en balançant blanc quelque chose qui est bleu clair, comme le denim bleu délavé; de cette manière, l’équilibrage des blancs peut remplacer un filtre ou un gel d’éclairage lorsque ceux-ci ne sont pas disponibles.

Les cinéastes ne font pas la « balance des blancs » de la même manière que les cameramen; ils utilisent des techniques telles que les filtres, le choix de la pellicule, le pré-flashage et, après le tir, le calibrage des couleurs, à la fois par exposition dans les laboratoires et aussi par voie numérique. Les cinéastes travaillent également en étroite collaboration avec les scénographes et les équipes d’éclairage pour obtenir les effets de couleur souhaités.

Pour les artistes, la plupart des pigments et des papiers ont une distribution froide ou chaude, car l’œil humain peut détecter même une infime quantité de saturation. Le gris mélangé avec le jaune, l’orange ou le rouge est un « gris chaud ». Le vert, le bleu ou le violet créent des «gris froids». Notez que cette sensation de température est l’inverse de celle de la température réelle; le bleu est décrit comme «plus frais», même s’il correspond à un corps noir à température plus élevée.

Les concepteurs d’éclairage sélectionnent parfois les filtres en fonction de la température de couleur, généralement pour faire correspondre la lumière qui est théoriquement blanche. Comme les lampes à décharge produisent une lumière dont la température de couleur est considérablement plus élevée que celle des lampes au tungstène, l’utilisation simultanée de ces deux lampes pourrait produire un fort contraste. Parfois, les luminaires à lampes DHI produisent une lumière de 6000-7000 K. avec 3200 K filtres pour émuler la lumière de tungstène. Les luminaires avec des fonctions de mélange de couleurs ou avec plusieurs couleurs (si elles comprennent 3200 K) sont également capables de produire une lumière de type tungstène. La température de couleur peut également être un facteur lors de la sélection des lampes, étant donné que chacune est susceptible d’avoir une température de couleur différente.

Indice de rendu des couleurs
L’indice de rendu des couleurs CIE (CRI) est une méthode permettant de déterminer dans quelle mesure l’éclairage d’une source lumineuse de huit échantillons est comparable à l’éclairage fourni par une source de référence. Cité ensemble, l’IRC et le TCC donnent une estimation numérique de la source lumineuse de référence (idéale) qui se rapproche le plus d’une lumière artificielle particulière, et de la différence.

Distribution d’énergie spectrale
Les sources lumineuses et les illuminants peuvent être caractérisés par leur distribution spectrale de puissance (SPD). Les courbes SPD relatives fournies par de nombreux fabricants peuvent avoir été produites en utilisant des incréments de 10 nm ou plus sur leur spectroradiomètre. Le résultat est ce qui semblerait être une distribution de puissance plus lisse (« fuller spectrum ») que la lampe en réalité. En raison de leur distribution épineuse, des incréments beaucoup plus fins sont recommandés pour prendre des mesures de lampes fluorescentes, et cela nécessite un équipement plus coûteux.
Température de couleur en astronomie

Distribution du pouvoir spectral caractéristique d’une étoile A0V (Teff = 9501 K, cf. Vega) comparée aux spectres de corps noirs. Le spectre du corps noir de 15 000 K (ligne pointillée) correspond beaucoup mieux à la partie visible du SPD stellaire que le corps noir de 9500 K. Tous les spectres sont normalisés pour se croiser à 555 nanomètres.

En astronomie, la température de couleur est définie par la pente locale du SPD à une longueur d’onde donnée ou, dans la pratique, par une gamme de longueurs d’onde. Étant donné, par exemple, les grandeurs de couleur B et V qui sont calibrées pour être égales pour une étoile A0V (par exemple Vega), la température de couleur stellaire T_ {C} est donnée par la température pour laquelle l’indice de couleur BV d’un corps noir radiateur correspond à celui stellaire. Outre le B-V, d’autres indices de couleur peuvent également être utilisés. La température de couleur peut différer largement de la température effective donnée par le flux radiatif de la surface stellaire. Par exemple, la température de couleur d’une étoile A0V est d’environ 15 000 K par rapport à une température effective d’environ 9500 K.