Photographie : éléments de base/Fonctionnement de l'appareil photo

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Fonctionnement de base de l’œil

Schéma d’œil

Pour appréhender la photographie il est important de comprendre le contexte et le fonctionnement de l’œil. C’est avec lui que l’on regarde le monde, les photographies que l’on prend, mais c’est surtout son fonctionnement qui permet comprendre l’appareil photographique et les principes qui sous-tendent son fonctionnement. C’est aussi à travers cet outil que l’on jugera toujours notre travail en photographie et c’est très important de l’avoir toujours à l’esprit.

Si l’on regarde la cornée, l’iris et le cristallin, nous avons un système conçu pour préparer la lumière à être reçue de manière adéquate par la fovéa, le capteur sensoriel qui va transformer le signal lumineux en influx nerveux.

• La cornée et le cristallin serve à focaliser la lumière de ce que l’on regarde sur ce petit capteur et vont s’ajuster pour que l’on voie nettement ce que l’on veut regarder.
• L’iris, quant à lui, s’ouvre et se referme pour laisser passer suffisamment de lumière pour que la quantité d’informations reçues sur les photorécepteurs soit correcte. Trop de lumière, nous avons une sensation d’éblouissement, pas assez, on distingue difficilement les choses.

Les photorécepteurs de l’œil sont constitués de deux sortes : Les bâtonnets qui permette la vision à basse lumière et qui ne sont pas réceptifs aux couleurs, mais juste aux intensités lumineuses. Les cônes, eux, sont sensibles à la couleur ; il en existe de trois types , pour le rouge (600 nm), le vert (530 nm) et le bleu (470 nm).

Fonctionnement de base de l’appareil photo

Un appareil photographique dans sa forme la plus simple est constitué de :

1. un boîtier permettant de protéger l’ensemble .
2. un système optique ou objectif permettant de faire converger les rayons lumineux sur la surface photosensible.
3. un diaphragme pour limiter la lumière qui rentre dans l’appareil.
4. une surface photosensible par exemple une pellicule ou capteur électronique CCD où va se former l’image.
5. un obturateur découvrant surface photosensible durant un certain temps.

Système optique

Le système optique de l’objectif est l’ensemble de lentilles qui permettant de modifier la trajectoire des rayons lumineux.

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Diaphragme

Le diaphragme est un orifice généralement réglable utilisé pour limiter le diamètre du faisceau lumineux qui traverse l'objectif d'un appareil photographique. En l'ouvrant ou en le fermant plus ou moins, on influe considérablement sur la formation des images qui seront enregistrées lors d'une prise de vues.

De nombreux dispositifs ont été utilisés au fil du temps ; par exemple, on a pu se servir d'un jeu de plaques percées interchangeables ou de systèmes rotatifs ou coulissants permettant d'amener en bonne place des ouvertures de diamètres différents. Ces dispositifs, jadis courants sur les chambres photographiques de grand format, nécessitaient beaucoup de manipulations fastidieuses ; ils sont aujourd'hui remplacés par d'autres mécanismes mieux adaptés aux appareils modernes.

À la grande époque de la photographie argentique, certains appareils de bas de gamme possédaient d'ailleurs un diaphragme fixe. D'autres, un peu plus évolués, pouvaient fonctionner avec leur objectif complètement ouvert ou partiellement « diaphragmé », grâce à une pièce interne en forme de rondelle qui pouvait être mise en place ou retirée selon les circonstances ; on disposait alors de deux possibilités correspondant, par exemple, au plein soleil ou au temps couvert. Cependant, tous les appareils un tant soit peu sérieux ont été dotés depuis longtemps d'objectifs comportant un diaphragme à iris, mécanisme certes plus compliqué mais dont l'ouverture peut varier de façon continue grâce à une bague actionnée à la main ou aux automatismes intégrés aux appareils.

En pratique, l'ouverture du diaphragme est caractérisée par un nombre obtenu en divisant la distance focale de l'objectif par le diamètre du faisceau lumineux qui entre dans l'objectif. Ce diamètre peut être quelque peu différent de celui de l'ouverture réelle. On parle alors d'ouverture relative. Toutes choses égales par ailleurs, deux objectifs de focales différentes réglés pour obtenir la même ouverture relative fourniront deux images de même luminosité.

${\text{ouverture relative}}={\frac {\text{distance focale de l'objectif}}{\text{diamètre du faisceau lumineux}}}$

Ainsi, une ouverture relative égale à 1 correspond à un diamètre de faisceau lumineux égal à la focale, mais cette valeur n'est obtenue que par un très petit nombre d'objectifs à la fois très complexes et très chers. Avec un objectif de distance focale 100 mm et un diamètre de faisceau lumineux de 12,5 mm, on obtient une ouverture relative égale à 8. Toujours pour des raisons pratiques, les valeurs des ouvertures affichées ont été normalisées. En passant d'une valeur à la suivante, la surface de l'orifice est divisée par 2, on dit alors dans le jargon spécifique aux photographes que l'objectif a été fermé d'un diaphragme. Si l'on part de 1, on obtient alors la série suivante, qui forme une progression géométrique de raison racine de deux : ${\text{1 - 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32 - 45 - 64 - ...}}$

Plutôt que d'ouverture relative, on devrait d'ailleurs parler de fermeture relative car plus le nombre caractéristique est élevé, plus le diaphragme est fermé.

Bien souvent, la construction des objectifs est telle que leur ouverture maximale se situe en-dehors de la gamme de valeurs normalisée on trouve par exemple 1,2, 1,8 comme dans l'exemple ci-dessus, 3,5, 6,3, etc. Il faut aussi noter que les téléobjectifs catadioptriques (à miroirs) ne possèdent pas de diaphragme, leur ouverture est fixe et définie par construction.

Il va de soi qu'un diaphragme très fermé laisse passer peu de lumière. Dans un appareil reflex, la visée se fait à travers l'objectif de prise de vue ; elle devient très difficile lorsque l'image perçue devient très sombre et la mise au point manuelle perd beaucoup de sa précision. De même, les automatismes qui assurent la mesure de la lumière et la mise au point autofocus sont mis en difficulté. On s'arrange donc pour que ces opérations de mesure et de mise au point se fassent à pleine ouverture, le diaphragme se fermant une fraction de seconde avant la prise de vue pour atteindre une valeur définie préalablement. C'est ce que l'on appelle la présélection du diaphragme, même si parler de présélection de l'ouverture serait plus juste. Une fois que la photographie a été prise, le diaphragme s'ouvre à nouveau en grand et le cycle recommence.

Le diaphragme et la profondeur de champ

Contrairement à une idée reçue particulièrement tenace, la principale fonction du diaphragme n'est nullement de régler le flux lumineux qui pénètre dans l'appareil, sauf dans le cas des appareils argentiques de pacotille et des téléphones mobiles de bas de gamme. La principale fonction du diaphragme est en effet de réguler la netteté des images lorsque le sujet comporte des éléments plus ou moins éloignés du point de vue où l'on a placé l'appareil. Lorsque la mise au point est faite sur une certaine distance, par exemple 3 m, seuls les éléments qui se trouvent à cette distance peuvent donner des images de la meilleure netteté possible. En pratique, en raison des faiblesses de notre propre perception visuelle, nous percevons comme nettes les images de points qui se trouvent un peu en avant ou un peu en arrière du plan de netteté théorique. Il s'ensuit que la zone de netteté n'est plus limitée à un plan, mais qu'elle s'étend à un volume situé pour partie en avant du plan de mise au point et en partie, en arrière de ce plan. Cette étendue correspond à ce que l'on appelle la profondeur de champ.

Il faut retenir que l'étendue de cette zone de netteté est d'autant plus grande que le diaphragme est plus fermé. Voici par exemple deux photographies de narcisses prises exactement du même point, avec le même appareil et le même objectif ; elles montrent bien que le degré de flou peut varier considérablement selon les conditions de prise de vue (ouverture f/32 pour celle de gauche, f/5 pour celle de droite).

• 
  Diaphragme ouvert
• 
  Diaphragme fermé
• 
  Objectif vu pour deux ouverture

En avançant ou en reculant l'objectif par rapport au boîtier, ou dans certains cas en déplaçant une ou plusieurs lentilles à l'intérieur de l'objectif, on détermine le plan de netteté maximale. En choisissant une ouverture relative plus ou moins grande, on détermine la profondeur de la zone de netteté. Le diaphragme apparaît alors comme l'un des deux dispositifs de mise au point disponibles sur un appareil photographique, mais un dispositif qui a l'inconvénient d'arrêter beaucoup de lumière lorsqu'on le ferme !

Obturateur

L'obturateur est un composant de l'appareil photo comprenant un mécanisme s'ouvrant pour une durée déterminée, exposant ainsi le film (pellicule pour les argentique) ou le capteur (APN) à la lumière

Surface photosensible

La surface photosensible est l’élément central de l’appareil photo. Son principe est d’enregistrer l’information de la lumière et éventuellement sa longueur d’onde. C’est cet élément qui va distinguer le type d'appareil que l’on utilise soit argentique soit numérique.

Argentique

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Capteur électronique

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Capteur photographique