Jean Solin nous parle de la couleur
Un article de Wikibook.
note : parue en plusieurs séquences sur Couleurs de Brie, en décembre 2008 cette page avait reçu 25637 visites
DE LA COLORIMETRIE A LA VISION DES COULEURS ET A LA CREATION COLORÉE.
Jean SOLIN.
Trois paramètres doivent toujours être présents à l’esprit lorsqu’on entreprend de comprendre la couleur :
1- il faut tenir compte de la lumière qui éclaire ;
2- de la nature de l’objet ou de l’écran éclairé qui réfléchit la lumière;
3- de l’œil et plus encore, du cerveau qui reçoit le message.
Sommaire |
I. LA COULEUR–LUMIERE
La compréhension de la lumière et de la couleur débute avec NEWTON 1676 . Il décompose la lumière solaire à l’aide d’ un prisme transparent ; on voit apparaître sur un écran blanc, les 7 couleurs de l’arc en ciel : magenta, bleu , cyan, vert, jaune, orange, rouge . La couleur, selon sa teinte , est plus ou moins, déviée par les interfaces air-verre puis verre -air du prisme. On calcule sans problème ces déviations et les indices de réfraction de chaque couleur. Les différences de longueurs d’ondes de chaque couleur rendent compte "du spectre de la lumière solaire" .
Inversement, la superposition de toutes les ondes- couleurs recompose, et synthétise la lumière blanche.
James Clerk MAXWELL 1831-1879 physicien écossais, compléta la compréhension du mécanisme ondulatoire de la lumière : Il découvre que toute charge électrique oscillante, « rayonne » dans l’espace une onde électromagnétique ayant une longueur d’onde correspondant à sa fréquence d’oscillation et une vitesse de propagation qui est la vitesse de la lumière dans le vide ; l’onde lumineuse s’avère être également une onde électromagnétique. Les couleurs dans le spectre visible sont des ONDES de 400 à 700 nanomètres.(en deçà on est dans les rayons X et l’ultraviolet, au-delà dans l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radio hertziennes).
· La survenue d’ un autre outil, la cellule photo-électrique du PHOTOMETRE va révéler l’aspect corpusculaire de la lumière. En mesurant l’intensité électrique d’un faisceau lumineux plus ou moins important entre 2 électrodes, on découvre que l’intensité électrique mesurée, dépend non pas du carré des amplitudes des ondes comme le pensait Maxwell , mais de la quantité de grains de lumière captés, de manière discontinue par le circuit. La lumière, est donc aussi une matière, une masse, un projectile, c’est l’électron. A côté de ses aspects qualitatifs , la lumière a une expression quantitative.
Ces points désormais bien connus, ne doivent pas faire oublier toutes les théories antérieures voire contemporaines, qui tentèrent d’expliquer la réalité ; Descartes dérapa avec un à priori et toute l’autorité de sa méthode( 1637) :la lumière se propage en ligne droite et la couleur résulterait" du tournoyement de ses globules" dans l’ether; Voltaire, à propos de cette métaphore de boule de billard, se demanda pourquoi la couleur ne changeait pas après réflexion sur un mur… Goethe en 1805 estimait qu’entre le blanc et le noir, entre le jour et la nuit, à l’instar du bien et du mal, la couleur, comme le gris, était un état de dégradation de la lumière. Une pénombre mal éclairée paraît bleu, traversée par une clarté, elle paraît jaune ; d’ou cette belle formule :"la couleur est l’expression de la souffrance de la lumière".
· A la suite d’EINSTEIN (1904 ) puis de Louis de BROGLIE ( 1925) , les physiciens essayent de trouver la formule unique qui fusionnerait les équations de la mécanique classique et de l’électromagnétisme de l’onde. En fait au niveau des électrons, la physique change de nature : - les électrons ont des mouvements capricieux, browniens, on ne peut prévoir leur position qu’avec des probabilités ; - dans leur rencontre avec des protons ils disparaissent et se transforment en énergie - l’ observation d’ une interférence peut résulter d’une onde ou des grains sur une plaque photographique. Dans ces conditions on parle de l’ensemble onde- électron- énergie ; ce sont les PHOTONS de la théorie des quanta.
II. L’INTERFACE ENTRE PHYSIQUE ET TECHNIQUE
Un autre progrès décisif résulte des réflexions de YOUNG 1801 et de l’observation des rétines. Il lui apparaît impossible qu’il y ait autant de capteurs que de teintes et énonce LA THEORIE DE LA TRICHROMIE : on peut obtenir une lumière blanche, en additionnant 3 couleurs R V B ou M C J. MAXWELL en 1885 choisit in fine RVB pour en faire la démonstration. avec des disques colorés. Il obtient :
- avec du Rouge et du vert, du Jaune
- avec du Vert et du bleu, le Cyan
- avec du Bleu et du rouge, le Magenta
Pour comprendre ces résultats pas toujours intuitifs, il faut imaginer la moyenne des 2 longueurs d’ondes dans le spectre solaire ( le jaune est à mi- chemin du rouge et du vert, le cyan à mi- chemin du vert et du bleu ; le magenta est entre le rouge et le bleu ) dans une représentation fermée, circulaire ou classiquement triangulaire (le triangle de Maxwell). Sur les côtés du triangle, résultant du mélange de 2 primaires on obtient les couleurs secondaires jaune, cyan, magenta ; en face d’une couleur primaire, la couleur secondaire est dite complémentaire. La superposition des 3 primaires reconstitue le blanc. On obtient de la même manière du blanc en associant une primaire avec sa complémentaire.
· Ainsi, dans le système ADDITIF réalisé avec des projecteurs colorés, les photophores des moniteurs d’ordinateurs , et des scanners, les écrans de télévision, voire dans l’art du vitrail, la trichromie RVB est habituellement choisie.
· Un autre système MJC, SOUSTRACTIF, résulte de l’usage de filtres ; c’est le système de la peinture et des imprimantes.
Dans ce système, les couleurs primaires sont maintenant le Magenta, le Jaune et le Cyan ; l’association de 2 primaires aboutit à produire une couleur secondaire RVB ; l’association des 3 primaires donne du Noir, ce qui peut être également obtenu par la combinaison d’une primaire avec sa complémentaire (procédé utilisé pour concevoir des gris subtils et lustrés dont il existe 3 formules : M +V J+B et C+R .
Un filtre Jaune (R+V) laisse passer le rouge et le vert ; si on interpose un filtre Cyan (Bleu +Vert) qui ne laisse pas passer la couleur complémentaire rouge, on soustrait le rouge du filtre jaune, ne reste finalement que du Vert. On a donc apparemment ajouté du jaune et du cyan, en fait on a soustrait, pour obtenir du Vert.
De la même manière, un filtre Cyan (B+V) couplé avec un filtre Magenta (B+R qui ne laisse pas passer le Vert) donne du Bleu.
Un filtre Magenta (B+R) associé à un Jaune qui enlève le bleu, donne du Rouge.
Ce système M C J, est celui des imprimantes. L’ajout du Noir fait parler de Quadrichromie. La superposition de couleurs fait parler de tramage.
En Peinture , on utilise un système un peu différent, où les 3 primaires sont :RJB.( certes le rouge primaire est un Magenta, et le Bleu un cyan) ,mais il en résulte que la complémentaire du jaune est le violet et non le bleu, la complémentaire du rouge le vert et non le cyan, et la complémentaire du bleu l’orange et non le jaune. Dès lors la superposition p. ex. du vert à une couche de rouge primaire( en fait Magenta) donne un gris lustré ; Tout ceci illustre bien que le gris est une couleur et non une luminosité ou valeur comme le blanc ou le noir.
La peinture fonctionne sur le plan de la réalisation dans le système soustractif ; mais quand les impressionnistes, et les pointillistes adeptes de SEURAT et SIGNAC posent leurs couleurs côte à côte de telle sorte que c’est l’œil qui fait le mélange, le spectateur est dans l’additif, et l'additif fonctionne d'autant plus que les couleurs sont vives et proches.On en rapprochera aussi l'art du vitrail où la transparence fonctionne à la manière des projecteurs colorés de l'additif.
• Comme on l’a vu, avec l’analyse de la lumière-couleur, celle-ci est définie par 2 grands paramètres :
1- la luminance photométrique ou luminosité oculaire, ce qui correspond à une intensité soit clair ou foncé.
2- la teinte :
- il peut s’agir d’une couleur pure dite monochromatique,
- ou d’un mélange de teintes, des lors, on peut tirer sur la longueur d’onde dominante (saturation) ou mettre du blanc (la couleur est dite lavée) . Une couleur saturée et claire est dite vive ; claire et lavée, est dite pâle. L'ajout du noir ou d'une teinte terreuse (type ombre brûlée)tire vers les teintes foncées. Pour foncé-saturé on dit profond . Pour foncé-lavé on dit rabattu .On est dans des variantes de gris. En principe, plus les couleurs sont chaudes,claires et saturées, plus elles paraissent proches; plus les couleurs sont froides lavées voir rabattues, et plus elles paraissent lointaines ( c'est le sfumato de VINCI ).
Teinte ,luminosité, saturation définissent le système TLS.
III. LES MATIERES COLOREES ET REFLECHISSANTES.
· Les filtres naturels.
En lumière blanche et solaire, la couleur des objets colorés, résulte d’une part d’une réflexion avec émission du photon correspondant à la couleur, et d’autre part à l’absorption de toutes les autres longueurs d’ondes. Ainsi la chlorophylle paraît verte, mais ce sont les longueurs d’ondes chaudes absorbées qui vont favoriser le métabolisme énergétique et la respiration de la plante. En biologie, le pigment peut avoir une fonction de protection : de la peau (mélanine) ou de l’œil (lipofuchsines colorées de l’iris), voir de transport de l’oxygène (hémoglobine). La couche atmosphérique ne laisse diffuser et pénétrer que la lumière bleue, et filtre les autres longueurs d’ondes ; au soleil couchant, les couleurs chaudes orange et jaune du soleil nous parviennent plus directement, les vert et bleu étant diffusés vers l’atmosphère ; lorsque le soleil plonge sous l’horizon, la brusque inversion de la réfraction à la faveur de conditions atmosphériques particulières, est probablement à l’origine du mythique rayon vert. La coloration bleue de la mer reflète le bleu atmosphérique mais, en fonction de la profondeur de l’eau , des planctons , des fonds sablonneux, interfèrent des jaunes qui tirent le mélange vers l’émeraude. A 20 m de profondeur les rouges n’existent plus, mais la lumière monochromatique des profondeurs, n’empêche pas pour autant la faune de produire des couleurs qui changent et s’évanouissent dans la lumière blanche de la surface.
· Les émetteurs de couleur.
La production de couleur sous l’influence de la lumière par les colorants relève en effet d’un mécanisme particulIer. Il s’agit de molécules qui, comportent des électrons périphériques labiles ; l’atome métallique souvent présent ne suffit pas à définir la couleur, c’est le reste de la molécule selon son état oxydé ou réduit, son PH., son état d’hydratation, sa température qui , sous l’influence de la lumière, fonctionne comme un oscillateur electro-magnétique dont la longueur d’onde est déterminante. Ainsi l’hydrate ferreux est blanc, l’hydrate ferrique brun, leur combinaison passe au vert noir ; le ferrrocyanure ferrique qui est le bleu de Prusse est intensément coloré parce qu’il possède une partie de son fer à l’état ferreux, et l’autre à l’état ferrique. La coloration rouge( en milieu acide) ou bleu (en milieu alcalin) de la teinture de tournesol dépend comme chacun le sait, du PH. Le chlorure de cobalt( Cl2 Co 6(H2O) rose en milieu humide passe au bleu à l’état sec. Parmi les chlorures anhydre de cobalt, le Cl2 Co H2O est bleu, Cl2 Co 2(H2 O) est violet, Cl2 Co 4 H2O est rouge.
· Histoires mêlées de la peinture, des teintures et de l’impression.
L’histoire de la peinture nous renvoie à l’étude des peintures rupestres par les ocres ; les ocres sont des terres ferriques rouges, jaunes, ou verdâtres telles qu’on peut les voir dans le Colorado de Rustrel (Vaucluse) ou en Italie, à Sienne et en Ombrie ( Terre de Sienne et Ombre naturelle ou brûlée) ;le pourpre sera longtemps tiré d’un coquillage : le murex ( c’est la coloration des robes des sénateurs et cardinaux de Rome), et le carmin, de la cochenille qui est un puceron nuisible aux plantes.
Dans l’antiquité, des Grecs aux Egyptiens, de nombreux pigments sont connus comme cosmétiques : mascara à base d’antimoine, et mercure (cinabre) autour des yeux, Arsenic (orpiment), blanc de céruse (Plomb) autour des lèvres, tous pigments abandonnés en raison de leur toxicité.
A la Renaissance( années 1400-1500), on pratique initialement la tempera ou détrempe ; les couleurs ont pour médium le jaune ou le blanc d’œuf, voire des colles de peau, ou des gommes ; la feuille d’or faisant fureur chez les primitifs (Giotto, Cimabüe…) Survient l’invention de la peinture à l’huile attribuée à Jan Van Eyck (1375-1440) les pigments broyés sont mélangés : à une huile siccative type huile de lin (siccativité renforcée par des oxydes métalliques, de plomb et de manganèse), et à de l’essence de térébenthine (ou du white spirit sans odeur).Les pigments broyés sont conservés dans des vessies de porc.
Le Bleu de Prusse existait dès le Moyen-Age mais passera au second plan en raison de l’extraction des bleus végétaux à des fins de teintureries . C’est d’abord le bleu pastel : les feuilles de la plante (Isatis Tinctoria), séchées pendant 6 mois, puis broyées en boules de 300 gr nommées "coques", d’où le nom de" Pays de cocagne" pour la région comprise entre Toulouse, Albi, Carcassonne dont la période faste , se situe entre 1500-1550. Avec la découverte du Nouveau Monde, c’est l’indigo extrait de l’indigotier des Antilles qui prend le relais : sa poudre bleue est 20 fois plus dense que le pastel, et surtout son prix 6 fois moins élevé.
L’indigo (bleu- violet) est la 7e couleur de Newton, qui tenait beaucoup à ce chiffre pour les couleurs du spectre solaire, chiffre auquel il accordait une valeur mystique (à l’instar des 7 notes de musique, des 7 jours de la semaine…). En fait on ne retient plus que 6 teintes, sachant qu’on peut en trouver 16 millions en informatique, ou qu’on en utilise 20 à 30 en peinture.
L’indigo sera détrôné par la racine rouge de la garance, travaillée dans des garancières, et qui teintera encore les pantalons des premiers fantassins de la guerre de 14 . Dans le jardin des Rochers des DOMS qui surplombe le Palais des Papes à Avignon, une statue commémore Jean ALTHEN , de son vrai nom Hovhannes ALTHOUNIAN 1709-1774 , "agronome arménien, réfugié dans le Midi de la France dont il stimule le développement économique en y introduisant la culture de la garance , Avignon Reconnaissante". Les chimistes ayant identifié le colorant, en l’occurrence l’alizarine (1880), le colorant industriel( une anthraquinone)
va rendre inutile la culture de la garance.
Le 19e siècle est celui de l’invention de l’aquarelle (la couleur est mélangée à une pâte soluble dans l’eau) et des peintures en tubes d’étain ( 1840) : gouaches ou peintures à l’huile introduites dans des tubes dentifrices, tous moyens qui permettent aux peintres de voyager, de sortir de leurs ateliers, d’aller peindre sur le motif. Le 20e siècle est celui de la synthèse chimique des colorants à partir de l’aniline, ainsi que de la production de peintures acryliques qui fournissent des couleurs à l’eau très maniables.
L’informatique favorise l’explosion et la systématisation de la couleur. Néanmoins la quadrichromie ne résout pas tous les problèmes : le violet reste une couleur spéciale : Newton avait raison. C’est l’origine du système Pantone d’impression en hexachromie (noir, Cyan, Magenta, Jaune, orange, vert ou bleu réflexe) qui produit entre autre , un beau violet.
IV. LA VISION DES COULEURS
Pour importante que soit la vision des couleurs dans le cadre des systèmes à point de départ visuel, il importe de noter qu’il ne s’agit que d’une pièce du puzzle. La vision permet de manière plus générale : - d’appréhender l’espace ( une bonne acuité- pour un repérage tridimensionnel et une visée précise - pour apprécier un mouvement : p.ex. la direction , la vitesse et le point de chute d’un projectile) . - en coopération avec d’autres sensations, elle participe à la représentation du sujet( entre autre dans le miroir), à ses déplacements et anticipations dans l’espace ( ce qui implique l’ intervention de la vue dans les processus d’équilibre, dominés par la proprioception, l’oreille vestibulaire et le cervelet). -La synthèse des habiletés étant réalisée par la coordination oculo-manuelle latéralisée. -Au delà elle est encore fondamentale à la mémoire, et aux reconnaissances. La couleur ajoute et teinte toutes ces fonctions.
Il faudra analyser successivement :
1-l’œil, et plus précisément la vision binoculaire
2- les cablages de la base du cerveau, entre les yeux et les 2 cerveaux concernés
3- en l’occurrence les lobes occipitaux, droit et gauche qui se complètent en terme de champ visuel mais aussi en terme de fonctions. La communication instantanée entre eux étant réalisée par un pont inter- hémisphérique : le corps calleux.
1-L’ŒIL, est un système optique qui comporte : (fig.1)
I. un diaphragme : l’iris qui comporte des fibres musculaires circulaires dont la contraction fournit un myosis après une latence de 20/100e de seconde sous l’effet de la lumière( ce qui est énorme en regard de la vitesse de la lumière : 300.000km/sec.), tandis que les fibres radiaires dilatent la pupille de manière active sous l’emprise des décharges d’adrénaline, nor-adrénaline ( stress psychologiques et métaboliques : hypoglycémie, acidose ).
II. Baignant dans des liquides transparents ( humeur aqueuse à l’avant, humeur vitrée, à l’arrière), le cristallin est la lentille qui permet d’accommoder, c’est à dire de positionner un objet lointain ou proche, sur la rétine. L’image, conformément aux données de l’optique est à l’envers, c’est dire que le cerveau va la redresser.
III. La plaque sensible est la rétine (fig.2) qui comporte 3 couches de cellules :
1-La première couche est constituée des cônes et des bâtonnets: -7 millions de cônes prédominant dans la région centrale (fovéa ou tache jaune), sensibles à la lumière et à couleur ( 3 sortes de cônes R V B voir les courbes d’absorption établies en 1983 par microspectrophotométrie fig.3) fournissent des images précises, "en vision centrale".
- 100 millions de bâtonnets, prédominant en périphérie prennent le relais en lumière faible ou dans l’obscurité; mais le jour," en vision périphérique", ils prennent en compte les mouvements brusques dans le champs visuel.
Quelques points méritent d’être mis en exergue :
- le pigment visuel (la rhodopsine) se compose de 2 parties : un chromophore commun : le rétinal ( un lipide dérivé de la vitamine A) et, l’opsine, une protéine comportant un nombre variable d’ acides aminés : 348 pour les bâtonnets et les cônes bleus, 364 acides. aminés pour les cônes verts et rouges ( bien entendu leur composition varie) ; c’est le modèle d’une matière colorée telle qu’on l’a déjà vu .
En considérant les nombres d’acides aminés, on constate une grande proximité des bâtonnets et des cônes bleus et par ailleurs, une parenté des cônes rouges et verts( dont les gènes sont sur le même chromosome X responsable des daltonismes. Cette différence est également représentée en terme de longueurs d'ondes sur les courbes d'absorption: 430nm pour le bleu, 560 nm pour le rouge.
- les cônes bleus ne représentent que 5% des cônes et sont disposés en couronne à la périphérie de la fovéa (jaune) qui du coup en semble dépourvue .
- le médiateur synaptique le plus répandu est le glutamate ; les signaux divers sont convertis sur les axones en messages électriques dont l’amplitude et la fréquence devront être décodées.
2- La 2e couche( en rapport avec cônes et bâtonnets) est constituée d’un plexus de 2 types de cellules : cellules bipolaires verticales, et cellules horizontales.( fig.3)qui réalisentun véritable quadrillage. Les cellulesverticales apportent un message ponctuel ou point par point; les cellules horizontales synthetisent et trient les messages.
· Chaque cône comporte 2 types de synapses( Superficiel et Invaginé à ruban) hébergeant chacune des cellules verticales bipolaires différentes dites BipS et BipI fonctionnant on- off et en sens inverse ce qui permet de comprendre les rebonds de luminosité dans la teinte.
· les cellules horizontales sont en rapport- avec les 3 sortes de cônes - ce faisant, elles sont donc en mesure de préciser la teinte principale, et la luminosité. L’éblouissement altère probablement la vue à ce niveau.Des cellules horizntales sont pareillement en rapport avec les bâtonnets
- Les bâtonnets nécessitent moins de sophistication : un seul type de cellules bipolaires BipI ,et connexions avec les cellules horizontales dans un synapse de type invaginé. Les bâtonnets fonctionnent sous faible luminosité et sont très sensibles aux mouvements .
- Les cellules amacrines réalisent un 2e relais horizontal pour une synthèse distale des cellules bipolaires . Elles vont différencier pour les cellules ganglionnaires ce qui est périphérique et ce qui est central.
3-Les cellules ganglionnaires constituent les voies finales de sorties de la rétine.Elles sont 1 million ce qui est déjà une belle compression. La réunion des fibres en provenance des 2 côtés de la rétine pour constituer le nerf optique laisse une déhiscence dite tache aveugle, car dans cet axe on ne voit rien, il y a un scotome; ce qui suppose qu'il n'y a pas de cônes dans cet axe. Les neuro-physiologistes distinguent les cellules ganglionnaires selon leur taille et l'épaiseur de leur axone ce qui conditionne la nature et la vitesse de l'information :
-Les cellules parasols ( Magno )du trajet M, sensibles aux brusques changements de lumières et aux mouvements, c’est une voie rapide mais achromatique et de faible résolution.
- Les cellules ganglionnaires naines ( Parvo ) du trajet P véhiculent les contrastes achromatiques clair- sombre et chromatiques vert-rouge de manière lente, analytique avec une bonne précision .
-Les plus petites cellules K recruteraient le contraste bleu-jaune avec une résolution spatiale faible.
On retiendra donc que la couleur rétinienne fonctionne en additif, qu’il y a 3 sortes de contrastes (clair- sombre, R-V, J-B) , et que la rapidité se fait au détriment de l’acuité.
Le problème se complique avec la vision conjuguée des deux yeux (vision binoculaire) :1- pour que l’image soit nette les muscles extrinsèques des globes oculaires doivent faire converger les 2 yeux pour fusionner les 2 images ; la petite différence étant prise en compte pour apprécier la distance ; mais 2- pour que la visée soit parfaite, le cerveau , dans une autre couche de son disque dur annule l’ image d’un œil ; l’image retenue correspond à l’œil directeur. C’est dire que le moindre trouble de la convergence, et à fortiori le strabisme évident, ont des conséquences considérables sur la fatigue et l’aptitude visuelle.
La poursuite oculaire combine des saccades oculaires,( au rythme de la vitesse du projectile), et la rotation de la tête et du cou pour une meilleure amplitude de balayage du regard. Lorsque le panorama est fixe le parcours du regard dépend de ces rotations, latéralisées et donc individuelles, mais le plus souvent socialisées selon la diagonale de haut en bas, de gauche à droite.
A ce niveau strictement oculaire des structures : -toutes les anomalies du cristallin et de l’accommodation (myopie, hypermétropie ,presbytie, astigmatisme, cataracte) vont retentir sur la vision des formes et des couleurs : le myope privilégie les rouges, l’hypermétrope le bleu, le porteur d’une cataracte le jaune ( voir à Marmottan les peintures de Monet avant et après intervention), l’astigmatisme modifie les formes (cf. Buffet) . -l’absence ou l’altération d’une couleur de cône entraîne un daltonisme. -l’inaptitude à extraire les teintes( de 256 à 16 millions de couleurs), les luminosités, ou les contrastes. - l’éventualité d’une vision différente de l’œil gauche ou droit,
font que la vision est, déjà à ce niveau tout à fait individuelle.*
2-Les cablages de la base du cerveau
LES CABLAGES de la base du cerveau entre rétine et lobes occipitaux, sont à envisager selon leurs trajets, et les connexions intermédiaires qui ordonnent et transmettent les fonctions mais la mission principale concerne la prise en compte de la vision binoculaire.
· A partir de la rétine, on décrit :
- d’une part, des fibres directes issues des moitiés externes ou temporales des rétines,
- et d’autre part, des fibres croisées des moitiés internes ou nasales des rétines ; le croisement se fait au niveau du chiasma,-avant il s’agit du nerf optique - au-delà on parle de radiation ou bandelette optique ; il en résulte :
que chaque lobe occipital du cerveau reçoit, par la bandelette optique, des fibres de chaque œil et intègre une moitié de champ visuel : ainsi le lobe occipital droit (le plus concerné par l’image) reçoit des fibres directes temporales droites, et des fibres nasales gauches, d’où une prise en charge du champ visuel gauche,( voir Fig.) et inversement pour le lobe occipital gauche,( plus conceptuel) pour le champ visuel droit.
· Cette voie principale comporte, au- delà du chiasma optique, un relais neuronal à hauteur du 3e ventricule, dans 2 noyaux symétriques qui saillent latéralement - les corps genouillés latéraux ( CGL). Les corps genouillés latéraux reçoivent le plus gros contingent de fibres ganglionnaires ( fibres rapides M et lentes P) et transmettent les fonctions pour - le mouvement,et les changements brusques de lumière ( voie achromique)- la couleur et la texture, les contrastes et la forme, en direction de la couche V4 Occipitale du même côté. Le CGL comporte 6 couches de cellules numérotées de 1 à 6 (3 pour chaque œil) ; les 2 couches les plus ventrales 1 et 2 contiennent des neurones de grande taille et reçoivent les fibres ganglionnaires des neurones de type (M) ou parasols ; les 4 couches les plus dorsales( de 3 à 6 ) contiennent des neurones de petites tailles et sont en rapport avec les fibres ganglionnaires de type( P) : il y a une organisation topographique précise des projections rétiniennes au sein du CGL.
· Mais, quittant la voie principale, des fibres font relais : 1- dans les tubercules quadrijumeaux (TQA) lesquels saillent en avant du 3e ventricule. Cette voie est destinée aux fonctions oculomotrices et d’orientations de la tête et du cou ainsi qu’aux coordinations oculo-cérébelleuses d’équilibre et de stabilisation du regard . Elles sont connectées au noyau vestibulaire situé dans le 4e ventricule ; certaines fibres font escales dans la réticulée toute proche ( qui conditionne la vigilance) et la rétro-action permet de comprendre les rapports à double sens entre stimulation lumineuse et vigilance.
2- D’autres fibres issues de la rétine vont faire dissidence dans 2 centres de l’hypothalamus( sympathique et para sympathique) pour la motricité réflexe de l’iris.
Ce qui était encore compact à la sortie de la rétine éclate donc pour informer très rapidement, par voie réflexe, des automatismes moteurs.
Mais on notera que ces 2 relais annexes, reçoivent et, émettent des projections cérébrales, qui modulent « psychologiquement » cette organisation :ainsi l’iris n’est pas seulement sensible à la lumière, mais aussi au stress et , si la vigilance intervient sur la luminosité des couleurs, réciproquement la lumière stimule la vigilance .Le cortex travaille en boucle et ne perd pas le contrôle.
Dernière observation : quand l’automatisme n’est pas bien réglé des perversions de proximité surviennent : ainsi la difficulté de stabiliser le regard occasionne des nausées (le noyau du vague (pneumogastrique) est tout proche dans le plancher du 4e ventricule) .
V. L'INTEGRATION CEREBRALE
right
Pour comprendre les processus cérébraux de la vision, on a eu recours à deux sortes de méthodes d’explorations :
1- celle des connaissances physiologiques :
initialement comparaisons anatomo- cliniques : l’handicap visuel pathologique est mis en rapport avec l’examen anatomique (au décours d’une trépanation chirurgicale ou d’ autopsie ); la méthode s’est perfectionnée avec les IRM fonctionnels et les TEP ou tomographies à émission de positrons : un marqueur permet de visualiser l’activité de la zone anatomique radiographiée, en réaction aux stimulations visuelles que l’on veut analyser.
· Il est encore possible sur le scalp crânien, en regard de la zone à explorer ( repérée sous scanner), de procéder à des stimulations électriques très précises et de noter la réponse sensorielle éprouvée.
2- L’autre méthode est celle de la psychologie : faisant suite à la présentation d’ images-tests, on étudie les réponses du sujet.
La méthode physiologique éclaire, non seulement sur le fonctionnement du lobe occipital concerné en premier lieu, mais aussi sur les trajets et associations ( un informaticien dirait les liens) avec tous les autres lobes et fonctions du cerveau.
La méthode de psychologie expérimentale met en évidence les conflits, les illusions en rapport avec les processus de reconstruction visuelle cérébrale concernant les formes , les couleurs, le mouvement. Elle interpelle la physiologie. La physiologie en tentant d’ expliquer les illusions, complète les connaissances que l’on peut avoir sur la vision. Mais certaines illusions restent des œuvres d’art, en attente d’interprétations.
I. ANATOMO-PHYSIOLOGIE DES AIRES VISUELLES DU CERVEAU
- Les aires 1 2 3 4 5 du lobe occipital (ou cortex strié). (fig.1 et 2)
Pendant très longtemps on a décrit une organisation ascendante du lobe occipital à partir de la zone V1 ou primaire, puis V2 –V5 secondaire ou associative et enfin de perception .
- Les études les plus récentes contredisent une organisation hiérarchique, montrent l’existence d’aires et de neurones spécialisés fonctionnant en réseau avec des feed-back. Ainsi V2 et V5 interviennent dans la perception du mouvement, V4 est spécialisée dans la couleur, et V3 dans l’orientation des lignes dans l’espace. In fine V1 apparaît autant récepteur initial qu’intégrateur d’informations secondaires venant de V4 p.ex..
- Les entrées en provenance des 100 millions de neurones rétiniens subissent un processus de compression original impliquant les neurones occipitaux à titre individuel (réponses binaires selon des paramètres spatiaux et temporels ) au sein d’un groupe prenant le centre et la périphérie de micro champs visuels, éliminant la couleur lorsqu’il faut réagir vite, intégrant des inhibitions. Comme toute compression, celle-ci altère l’image et contraint le cerveau à une re-construction , voire à une interprétation.
-Les sorties s’organisent selon 2 systèmes : dorsal et ventral
Le réseau dorsal est dévolu aux formes en mouvement et traverse le lobe pariétal , pour atteindre le lobe préfrontal ( décision) et frontal pour l’action motrice ; c’est une voie rapide.
Le réseau ventral , plus lent conceptuel, rejoint le lobe temporal .
fig.3) 
L’atteinte du réseau dorsal entraîne une apraxie ou ataxie visuelle le sujet ne saura pas guider rapidement sa main pour saisir un objet, mais sera capable d’en décrire verbalement le processus ; s’il réussi, il le fera très lentement avec maladresse. Une lésion sur le réseau ventral, à l’inverse détermine une agnosie visuelle : le patient guide naturellement sa main vers l’objet mais s’avère incapable de verbaliser et de reconnaître la nature de l’objet. Chez le sujet indemne ces 2 réseaux sont normalement interconnectés.
Lorsqu’il y a une lésion d’un lobe occipital à la suite p.ex. d’un accident vasculaire cérébral, la malade présente une absence de vision du côté opposé ( hémianopsie) ,mais reste capable de saisir un objet qu’il ne voit pas ; on explique cette possibilité par le fonctionnement résiduel du système dorsal (le pilote automatique de la main se trouve dans le lobe pariétal), grâce aux entrées visuelles sous corticales destinées à d’autres fonctions (contrôle des mouvements oculaires , photo-moteur.)
- Chaque seconde notre oeil fixe en moyenne 3 images ; pour faire face à ce flux d’informations le cerveau établit des priorités, décide d’ ignorer certaines informations, avant de classer, et d’attribuer du sens à la sélection. C’est l ’attention visuelle sélective qui dépend de 2 structures : une structure lente, (le cortex pariétal) en charge de l’intérêt et une structure directe rapide et papillonnante pour le déplacement du regard ( tubercules quadrijumeaux)susceptible de brouiller l’objectif initial.
- Rappelons enfin:
que les voies cérébrales de la vision sont connectées avec les aires corticales de l’émotion (système limbique) et des sentiments en rapport avec un état du corps ( insula, un lobe enfoui dans la grande scissure, dans le prolongement de la pariétale) ;
que les 2 cerveaux sont différents et complémentaires: le cerveau gauche est plus analytique, rationnel ou conceptuel et réflexif; le cerveau droit est plus synthétique et manipule plus volontiers des images, et serait plus créatif.
VI LES CONFLITS ET ILLUSIONS.
Les illusions révèlent les failles de la physiologie visuelle depuis la vision oculaire jusqu’aux cerveaux ( les 2 cerveaux sont concernés). Ce faisant, les illusions projettent un éclairage dans un domaine difficile d’accès ;l’imagerie cérébrale rend compte des aires concernées mais ne suffit pas à préciser les processus internes.
Découvrir une illusion suppose qu’on remarque son caractère illusoire, c’est à dire contraire à la réalité physique, objective, mesurable. L’observateur est trompé.
Le souci de trouver une explication, nécessite de démonter les éléments constitutifs de l’illusion , mais surtout d’imaginer un mécanisme susceptible de la reproduire . Nombre de ces explications ont résisté au temps : c’est l’invention de la perspective picturale, le contraste simultané de Chevreul, ou l’inhibition latérale de Mach. Dès lors des applications vont apparaître dans les domaines de l’image et des inventeurs vont pouvoir créer de nombreuses variantes. Certaines illusions restent néanmoins en attente d’explication ou font l’objet de controverses dans leur compréhension.
Nous passerons en revue - les illusions de contrastes - les illusions de couleurs liées à la forme,-les illusions de scintillements et de mouvements.
LES ILLUSIONS DE CONTRASTES
1-L’illusion des bandes. Ernst MACH (1860).
Entre 2 plages de gris, l’une franchement claire et l’autre franchement foncée existe une zone intermédiaire de gris dans laquelle on voit apparaître 2 bandes bien tranchées (fig. 1) .Cette illusion s’observe volontiers dans une salle où coexistent 2 sources de lumières. Ces bandes bien limitées sont illusoires et disparaissent si on supprime une des plages du contraste initial. Tout se passe comme si la vision voulait du blanc ou du noir mais pas un flou intermédiaire qui anéantirait la forme des objets. Pour expliquer le phénomène, Mach propose l’explication suivante :plus un neurone est stimulé plus il inhibe les neurones voisins de manière franche et sans intermédiaire ; c’est “ l’inhibition latérale”. Cette explication est plausible si on se réfère aux connexions verticales et horizontales de la physiologie des cônes et des bâtonnets . Mais une autre interprétation est à prendre en compte:au niveau de l'aire V4 du lobe occipital dévolue à la couleur, les neurones sont organisés en micros champs 'récepteur' avec une zone centrale et une zone périphérique qui répondent en sens inverse: l'excitation du centre inhibe la périphérie d'où le contraste.
Des variantes ont été réalisées sur des carrés: ainsi en noir et blanc, celle de Daniele Zavagno ( Padoue) qui crée des effets de halo (à partir d’un centre clair ) ou de fumée (à partir d’un centre gris) (fig.2).
mais encore avec des carrés d’une même couleur dont on fait varier la saturation -luminosité , apparaissent des diagonales claires si le centre est clair ou des diagonales foncées si le centre est foncé (fig.3).
D’une certaine manière les peintres du clair-obscur, de Caravage à Latour ont usé de ce“ tout ou rien” de la luminosité.
2- Contrastes simultanés ( Eugène CHEVREUL 1839).
Chimiste, confronté à un problème de couleurs de laines, ton sur ton, utilisées pour les tentures des Gobelins, en l’occurrence 2 couleurs bleues, l’une foncée l’autre claire, il constate un renforcement du contraste : le bleu foncé est plus foncé, le bleu clair est plus clair. Il découvre qu’il s’agit d’une illusion d’optique et non d’un processus chimique, et formule l’explication : ″ dans le cas où l’œil voit en même temps 2 couleurs contiguës, il les voit les plus dissemblables possibles quant à leur teinte et à leur luminosité ″ .
Sur le plan pratique, il faut peindre le bord foncé plus clair si on veut atténuer le contraste.
On note donc avec la couleur, le même phénomène d’exagération du contraste qu’observera MACH sur les gris .
Si on opère non plus ton sur ton, mais avec des couleurs adjacentes dissemblables, le contraste modifie les luminosités et la saturation
Cela apparaît de manière évidente lorsqu’une même couleur est confrontée, soit avec du blanc soit avec du noir ou des couleurs foncées. Deux situations sont à considérer selon que la couleur inductrice est en avant ou en arrière du motif, car le contraste s’inverse.
(a)( fig.1 et 2 )
Le contexte blanc, en l’occurrence la grille blanche vue en premier plan sur le cercle rouge de gauche, éclairci le rouge, et inversement pour la grille noire.
Image:Saturvmi.jpg
Dans la frise, le contexte bleu situé sur le même plan favorise une saturation intermédiaire du rouge.
( b)(Fig. 3)
Les deux rectangles rouges semblent avoir des saturations différentes mais ils ont exactement la même teinte. Dans la présentation de droite on est dans la situation analysée par Chevreul, le carré paraît plus clair, mais à gauche sur un fond blanc, le carré paraît plus foncé : le contraste s’est inversé par rapport à l’effet éclaircissant de la grille blanche de la fig.1.
C’est la situation habituelle des rapports du fond et du sujet en peinture : fonds obscures des hollandais pour mettre en valeur la lumière, fonds lumineux des impressionnistes qui useront des complémentaires(orange jaune -bleu violet, et rouge- vert) ou du noir pour préciser la forme. Au passage le contraste donne une indication illusoire sur la profondeur ou la projection vers l’avant, dans les conditions d’une bonne acuité visuelle.
L’illusion de WHITE illustre l’appariement complexe d’une variation de teinte et d’une perception de profondeur.
(Fig.4)
Les raies horizontales bleue foncée et jaune jouent alternativement le rôle de bande avant et de fond ; il en résulte un recul, une profondeur avec augmentation de la saturation des bandes verticales latérales ; compte tenu de l’inversion du statut des raies horizontales( les raies jaune ne sont plus interrompues), la bande médiane est projetée vers l’avant, éclaircie et comme transparente.
En définitive ce sont des rapports qui structurent les contrastes, et ces rapports attribuent luminosité, saturation , forme et distance au sujet principal.
Néanmoins les contrastes ne sont pas la règle : trop de luminosité ou pas de luminosité effacent les contrastes ; la distance atténue le contraste à l’horizon, c’est le sfumato de Léonard VINCI , et la multiplication des contrastes naturels d’un paysage, fusionne et adoucit l’image.
3-Contrastes successifs et images rémanentes.
Lorsqu’on fixe assez longtemps un objet coloré, lumineux et que l’on déplace son regard , la persistance de l’impression lumineuse ou image rémanente positive, colore l’espace de cette couleur. Il y a une diffusion, un déplacement illusoire de la couleur. ( fig. 5 ).
On notera outre la variation illusoire de saturation des raies horizontales rouge, tandis que les raies horizontales blanche de gauche sont devenues roses, diffusion bien perceptible par rapport à la diagonale blanche de droite
Inversement un objet noir peut réapparaître blanc, et une couleur induire l’apparition de sa complémentaire par rebond d’une inhibition latérale (le rouge notamment fait apparaître du vert, et du jaune induire une teinte bleue) ; l’image rémanente est dite négative. Chevreul disait qu’on peignait simultanément avec la complémentaire, celle-ci venant souiller la couleur.(fig.6)
[[Image:
]
Après avoir fixé le visage du haut 10 à 20 secondes, sous une forte luminosité, on peut voir sur la figure du bas apparaître un fond verdâtre (rémanence négative), et le visage se coloriser en rose.
C’est encore une rémanence négative qui est l'habituelle explication des ombres colorées décrites par BUFFON en 1743 étudiées par RUMFORD en 1794 , et qui furent l’objet des réflexions de GOETHE en 1810: dans une pièce obscure un objet est éclairé par 2 sources lumineuses : une bougie et un faisceau de lumière extérieure ; l’ombre résultant de la lumière extérieure, éclairée par la bougie, apparaît jaune ; l’ombre résultant de la bougie, éclairée par la lumière extérieure blanche, prend une teinte bleutée.
Une autre explication semble possible: dans l'obscurité, c'est le canal des fibres ganglionnaires K, dévolue au contraste bleu -jaune qui est sollicité, avec confusion entre un contraste lumineux et de couleur.
-LES ILLUSIONS DE COULEURS LIEES A LA FORME.
·1- L’illusion des chevrons. C’est une illusion bien connue des poseurs de parquet : les lattes de même bois, ont toutes la même teinte objectivement, mais disposées en chevron, les fibres renvoient la lumière différemment, si bien qu’on provoque des alternances de bandes longitudinales foncées et claires. On peut admirer cet effet sur le parquet d’une salle de réception de la mairie de La Rochelle.( fig. )La lumière vient d'une fenêtre à droite, et à la modification de teinte s'ajoute un effet illusoire de relief.
Le même phénomène peut s’observer sur des toiles murales où les chevrons sont discrètement en relief. C’est encore ce qu’on déclenche sur une moquette, lorsqu’on inverse le sens de la laine.
L’illusion est objective ; elle peut être photographiée ; elle est extra oculaire.
·2-L’effet d’aquarelle ( Baingio PINNA). Dans des figures comportant un double contour bien contrasté se produit une diffusion de la couleur du contour sur la surface cernée ( fig. ).
·3- L’effet néon ( Dario VARIN 1971). A un stade de plus, la diffusion colorée se produit sur une surface subjective ; dans la plupart des illusions de forme, alors que le dessin est ouvert, incomplet, le cerveau reconstitue,interprète, complète la forme pour lui donner du sens. Dans cette illusion, la forme imaginée se retrouve également colorée.l'illusion est mentale.
- LES ILLUSIONS DE SCINTILLEMENTS
1-DE LA GRILLE DE HERMANN A LA GRILLE DE James BERGEN
LA GRILLE DE HERMANN
Lorsqu'on fixe les noeuds blancs puis le quadrillage on voit apparaître de manière fugace aux intersections blanches des noeuds similaires gris. L'explication qui nous semble la plus simple est de dire qu'il s'agit d'un rebond, d'un contraste successif ,d'une inhibition latérale en rapport avec le fonctionnement inverse, on-off des bipolaires verticales invaginés (que ne possèdent pas les bâtonnets); ce qui reste étonnant sur le plan spatial, c'est de retrouver les boules grises aux intersections du quadrillage blanc ( comme s'il s'agissait d'un croisement de bandes de Mach. Rappelons-nous que le blanc est la sommation des 3 sortes de cônes, et que le noir est une soustraction de toutes les couleurs primaires, ce qui laisse supposer une synthèse au niveau des derniers couches horizontales de la rétine ( cellules amacrines) avec une transmission rapide par les cellules ganglionnaires.En modifiant sur ordinateur le contraste dans un sens ou dans un autre, on exagère ou supprime l'illusion.
LA GRILLE DE BERGEN.
On a inversé la grille : les raies sont noires sur fond blanc ; on a rendu la grille floue en forçant sur la luminosité ; et les nœuds noirs sont aux intersections. Lorsqu’on déplace le regard après avoir fixé les ronds noirs on voit apparaître des scintillements blancs, explosifs, phosphorescents aux intersections, comme si la soustraction noire insuffisante libérait une sommation blanche plus tonique. Pour que l’effet se produise il faut néanmoins que les points noires aient un diamètre suffisant.
2-LES COULEURS SUBJECTIVES. Gustav Theodor FECHNER 1838- BENHAM 1894.
Les couleurs dites sublectives , sont des couleurs produites par des séquences spécifiques de messages clairs-sombres, c’est à dire par des contrastes achromiques.
Pour comprendre un tel phénomène, il faut imaginer que le neurone qui décode à la fois une teinte et une luminosité, à partir des 3 sortes de cônes, est pris en défaut et confond une variation rapide et spécifique de luminosité avec une teinte. Cela suppose pour ce neurone une équivalence de codage ou de rapports entre 3 couleurs et 3 variations de luminosité d’où une erreur d’aiguillage et une faille.
Pour mémoire nous rappellerons que ce sont les neurones ganglionnaires Parvo (pour le rouge et le vert), et Konio (pour le bleu et le jaune) de la dernière couche de la rétine qui transmettent de manière lente et précise ces 2 types de contrastes de couleurs et les luminosités adjacentes. Le neurone responsable de la confusion avec les contrastes noir-blanc se trouve donc en aval (dans les corps genouillés ? ou dans le cerveau).
BENHAM en 1894 utilise un disque constitué d’une moitié uniformément noire et d’une moitié blanche sur laquelle sont tracés des arcs noires concentriques de 45 ° répartis à différentes distances radiales (fig. a ). Lorsqu’on met ce disque en rotation à 7 tours /sec, on voit apparaître des anneaux concentriques de différentes couleurs pour un sens de rotation (fig. b) ; les couleurs s’inversent lorsque le sens de rotation est inversé. Comme le mouvement n’est pas indispensable à la perception de ces couleurs, HELMHOLTZ avait énoncé le principe suivant :une surface claire produit un cercle couleur rouge lorsqu’elle est précédée d’une surface sombre et un cercle bleu quand elle est suivie par une surface sombre. Ainsi ( fig. c) : la séquence A Trait noir- B, donne un arc rouge ; et ( fig. d)la séquence B- Trait noir A donne un arc bleu.
3-DE LA FIGURE DE Donald MAC KAY A ENIGMA de Isia LEVIANT.
PRE-ENIGMA de MAC KAY (1957).
En fixant le centre de l'image on voit apparaître des couleurs subjectives discrètes et un mouvement tournant sur un fond moiré. C'est le prototype d'une image répétitive contrastée, lumineuse qui entraine des saccades oculaires orientées, d'où un pseudo-mouvement.
Isia LEVIANT va compléter l'image en y ajoutant les scintillements tournant qui surgissent dans un sens ou dans un autre sur les anneaux.
EPILOGUE.
On a compris comment un citron, jaune en lumière naturelle, pouvait le rester avec une lumière verte ou orange , mais allait devenir noir avec une lumière bleue ou magenta. La vision fait coexister distance, orientations, reliefs, mouvements, formes et couleurs ; s’agissant plus particulièrement de la couleur on est tenté d’identifier dans les innombrables teintes, 2 contrastes ( jaune- bleu et rouge- vert), la luminosité adjacente pouvant être, entre noir et blanc considérée comme une échelle de blanc ; dès lors un mathématicien dira que la luminosité est une sommation, une addition, tandis que le contraste résulte d’une différence ou d’une soustraction. Par quelle aberration de calcul, dans la couleur subjective, le groupe de neurones récepteurs peut-il intervertir ces 2 opérations ? Comment le cerveau compresse la masse d’informations, décode et recode tous ces éléments pour classer, interpréter et donner du sens aux images . Comment au passage, les processus d’attention - vigilance, et de motivation, sélectionnent, et re- simplifient, pour favoriser la mémorisation. Comment le cerveau ressent, compare et juge pour décider et agir plus ou moins rapidement mais efficacement ; autant de questions pour des réponses approximatives. Dans ce parcours complexe, où le cerveau doit prendre en compte plusieurs paramètres à la fois, il y a bien sûr des embrouilles ou bugs, des erreurs, des conflits, et partant des illusions ; le sachant, l’usage d’une méthode rigoureuse s’emploie à vérifier, mesurer, démonter, remonter, c’est à dire à comparer avec une image objective de référence, pour ne pas être dupé . Mais hormis la recherche d’une vérité scientifique, on peut favoriser et s’émerveiller d’une illusion . Dans la création artistique, on sait qu’on est dans l’illusion ; le jugement, le plaisir sont d’un autre ordre .
