Couleur primaire

Le qualificatif « primaire » est à rapprocher de « premier » dans nombre premier. De la même façon que deux nombres sont premiers entre eux s'ils n'ont aucun diviseur entier commun supérieur à 1, trois couleurs sont primaires entre elles si aucune des trois ne peut être reproduite par un mélange des deux autres.

Toutes les couleurs produites par des lumières monochromatiques sont primaires entre elles.

Les constatations de base sur les mélanges de couleurs valent, si l'on ne descend pas trop dans le détail, aussi bien pour les mélanges de matières colorantes que pour les mélanges de lumières colorées.

On peut obtenir en mélangeant deux couleurs entre elles, un grand nombre d'intermédiaires, qui n'est limité que par la capacité de la vision humaine à discriminer deux teintes proches.

En introduisant une troisième couleur, on augmente considérablement le domaine des couleurs qu'on peut produire, sauf si cette troisième couleur peut être reproduite par le mélange des deux premières. Dans ce cas, le résultat d'un mélange entre la troisième couleur et une des deux autres pourra toujours se trouver avec un mélange des deux premières. Pour qu'un système à mélange de trois couleurs agrandisse le domaine (appelé gamut) des couleurs qu'il peut imiter, il faut que ses trois couleurs soient primaires entre elles.

On conçoit aisément, et on vérifie rapidement par l'expérience, que plus deux couleurs sont différentes, plus on pourra discerner de nuances variées dans les mélanges qu'on en fait. De la même façon, plus la troisième couleur du système sera différente de n'importe laquelle de celles obtenues par le mélange des deux premières, plus on pourra créer de nuances avec le mélange des trois.

Il est bien rare que les systèmes de synthèse de couleurs ne servent pas à produire des images, et il est bien rare qu'une image ne contienne pas quelque nuance de gris. Parmi ces nuances de gris, le plus clair est appelé blanc. Le système de synthèse de couleurs doit pouvoir reproduire ces gris. Cette exigence impose des contraintes aux couleurs primaires. Supposons en effet qu'on ait choisi comme primaires un bleu, un vert et un violet. Ces trois couleurs sont primaires entre elles. Qu'il s'agisse de lumières ou de colorants, on ne peut créer aucune des trois par mélange des deux autres. Mais on ne peut pas non plus faire de gris. Pour que ce soit possible, il faut que la troisième couleur soit complémentaire d'une des couleurs obtenues par mélange entre les deux premières, c'est-à-dire, par définition, qu'on puisse par leur mélange obtenir un gris.

Si le système doit reproduire un gamut restreint, comme c'est le cas dans la télévision, où on se donne pour contrainte principale de bien reproduire les teints de peau humaine, on a intérêt à prendre comme primaires des couleurs qui permettent tout juste d'arriver à produire ces couleurs. En peinture, on travaille plus facilement le portrait avec un jeu de couleurs atténuées qu'en mélangeant des couleurs vives. En télévision, le procédé est industriel, et les primaires, normalisées ; mais le réglage de l'intensité de la coloration montre que plus les primaires sont différentes, plus le bruit est visible.

Depuis la Renaissance, on sait qu'en mélangeant trois pigments, un rouge, un jaune, un bleu, on peut reproduire une grande variété de couleurs. On sait aussi qu'on ne peut pas reproduire de cette façon les tons les plus vifs. Mais rien n'empêche l'artiste d'utiliser autant de couleurs qu'il le souhaite.

Dans son Optique, Isaac Newton montre la possibilité de reconstituer une sensation de blanc en faisant tourner rapidement un disque peint de secteurs colorés.

Au XIX^e siècle James Clerk Maxwell, suivant les hypothèses de Thomas Young au siècle précédent, montre qu'on peut faire une synthèse additive de nombreuses couleurs en combinant trois lumières colorées bien choisies, une parmi les rouges, une autre parmi les verts, et la troisième parmi les bleus. Les couleurs choisies pour la synthèse sont les couleurs primaires de cette réalisation (Sève 2009, p. 64-66). Les primaires peuvent être des lumières monochromatiques ou non. La synthèse ne produit que des couleurs moins vives que ses primaires ; les couleurs les plus pures et lumineuses restent inaccessibles. Cet inconvénient est d'une importance modérée, parce que l'être humain différencie finement les couleurs surtout pour les tons les moins vifs.

Au cours du XIX^e siècle, l'impression en couleurs développe des procédés, expérimentés au siècle précédent par Le Blon[2] qui permettent de réduire le nombre de passages sous presse d'un par couleur à seulement trois pour trois couleurs primitives, le jaune, le rouge et le bleu[3]. Ces couleurs évolueront avec la technique, et ne prendront leurs noms actuels que pendant la première moitié du XX^e siècle.

Pour la synthèse soustractive, la feuille de papier blanc peut être recouverte d'encre jaune, qui absorbe le bleu, d'encre magenta, qui absorbe le vert, d'encre cyan, qui absorbe le rouge. Si les trois encres sont appliquées à la fois, aucune lumière ne se réfléchit, et on a du noir. Cependant, il est bien plus commode d'ajouter, en imprimerie, un passage noir. Une goutte d'encre noire remplace trois gouttes d'encres des couleurs primaires, là où il faut du noir. Le noir permet de moins charger le papier d'encre. En outre, les êtres humains voient mieux les détails de variation de luminosité que les variations de couleur[4].

Au début du XX^e siècle la photographie argentique diapositive en couleurs apparaît avec les autochromes, avec encore une faible gamme de tons. L'image en couleurs, vue par transparence, est constituée d'une mosaïque irrégulière de points de couleurs primaires, violet, vert et orangés[5].

Vers 1930, la photographie en couleurs avec négatif, permettant la reproduction des images, commence à se diffuser. Le procédé divise le spectre visible en trois zones continues à peu près égales avec une limite aussi nette que possible. Les trois lumières correspondant à ces zones sont les primaires, bleue, verte et rouge. Le procédé est soustractif et négatif. La définition exacte des primaires dépend de la chimie des trois sortes de colorants combinés en photographie couleur, les sensibilisateurs, les filtres et les coupleurs. Les primaires varient d'une fabrication à une autre dans ce schéma ; on corrige les différences grâce à des filtres sur la lumière de tirage[6].

À la même époque, les artistes du Bauhaus retournent à une réflexion sur la couleur. Les uns, comme Piet Mondrian, épousent l'idée de science des couleurs, et n'utilisent plus que rouge, jaune et bleu (le rouge primaire de Mondrian est rouge, pas magenta, et son bleu est un outremer, pas un cyan). D'autres comme Josef Albers mettent la théorie en défaut, en montrant ses insuffisances hors du laboratoire de colorimétrie et de la reproduction sans intervention humaine[7].

Dans la deuxième partie du XX^e siècle, la synthèse additive des couleurs donne le principe de la télévision en couleur. Les écrans cathodiques utilisent des photophores, disposés en mosaïque, de trois couleurs, un rouge, un vert, un bleu, pour colorier l'image de télévision. Les écrans d'ordinateurs fonctionnent suivant le même principe. L'écran à cristaux liquides utilise une mosaïque de filtres colorés. Au cours du temps, les primaires ont pu changer quelque peu. Les réglages permettent l'ajustement des couleurs moins vives, pour qu'elles soient transmises à l'identique ; les teintes qu'on ne peut reproduire changent un peu, mais elles ne sont pas dans la région de discrimination maximale de la vision colorée humaine. Les rattrapages, pour une image plus vigoureuse, se font avec discrétion[8].

La synthèse soustractive : des filtres se superposent, la lumière est absorbée.

La synthèse soustractive est une construction théorique. On part d'une lumière blanche, pour lui soustraire ensuite certaines de ses composantes à l'aide de filtres superposés. Les primaires ne peuvent être monochromatiques. Pour un système véritablement soustractif, il faudrait des couleurs optimales, qui transmettraient parfaitement toute la lumière, sauf une plage qui serait entièrement absorbée.

• Un filtre rouge violacé retranche une plage complémentaire verte ;
• un filtre jaune retranche une plage complémentaire bleue ;
• un filtre bleu-vert retranche une plage complémentaire rouge.

On suppose des filtres optimaux qui divisent le spectre visible en trois parties jointives. On obtient un équivalent exact d'une synthèse additive, dont les primaires seraient

• le rouge que produit le passage à travers le filtre rouge violacé, transmettant le bleu et le rouge, puis à travers le filtre jaune, absorbant le bleu ;
• le vert que produit, de même, la superposition du bleu-vert et du jaune ;
• le bleu qui résulte du passage à travers le rouge violacé et le bleu-vert.

La superposition des trois filtres donne du noir. Une couleur intermédiaire s'obtient en modulant l'absorption des filtres[16].

Par facilité de langage, on parle de couleurs primaires pour les couleurs de filtres rouge-violacé, jaune et bleu-vert ; les auteurs qui désirent traiter le sujet avec rigueur préfèrent les désigner comme couleurs élémentaires du procédé, les couleurs primaires résultant de la superposition de deux filtres. Si les filtres sont optimaux, les primaires sont également des couleurs optimales ; cette condition n'est pas nécessaire à la synthèse additive, mais ne lui fait pas obstacle. Comme dans le cas de la synthèse additive, un grand nombre de couleurs primaires sont possibles. Le système peut atteindre les couleurs dont la chromaticité se situe dans le triangle des couleurs primaires, et dont la luminosité est compatible.

L'absorption des filtres mis au point pour les systèmes de synthèse dite soustractive varie entre 0 et 1 sans jamais atteindre ces points. Les filtres jaunes peuvent se rapprocher d'une couleur optimale, quoique avec une pente beaucoup plus douce entre la transmission presque totale et l'absorption presque complète, mais les filtres bleu-vert et rouge violacé en sont très loin. Le spectre résultant de la combinaison de deux filtres s'obtient par multiplication de la transmission, bande par bande, et non par soustraction globale.

Une série de considérations techniques obligent à abandonner le modèle de synthèse soustractif. Les colorants réels ne se comportent pas comme des blocs transmettant toute une plage et en rejetant une autre ; et la teinte tend à varier quand la densité de colorant augmente[17]. L'application simple des principes de la synthèse additive des couleurs à la synthèse soustractive aboutit à des incompréhensions et des déceptions. Les difficultés avec les orange et les violets en imprimerie sont notoires. En photographie, la reproduction fidèle des tons proches du gris moyen, correspondant au meilleur pouvoir discriminant de la vision humaine, amène à distordre la reproduction des tons les plus extrêmes.

En photographie argentique en couleurs, la variation de densité des colorants détermine la teinte ; en impression en couleurs, la densité est généralement fixe, et c'est la variation de taille des points de la trame qui détermine la proportion de lumière blanche que l'encre colore. Il en résulte que les colorants ne se recouvrent pas en tous points, et que la synthèse des couleurs apparaît comme mixte entre synthèse additive et « soustractive »[18].

Quelles que soient les considérations théoriques, l'usage veut qu'on appelle couleurs primaires les teintes des colorant de base, et qu'on leur donne le nom des encres normalisées de l'impression quadrichromique : cyan pour le bleu-vert, magenta pour le rouge violacé et jaune pour le troisième, même quand ces couleurs divergent de la norme.

Les pellicules couleurs argentiques du procédé négatif-positif ont un processus plus complexe. Sur un négatif, plus l'objet était lumineux, plus l'image est opaque. Le négatif couleur a trois couches, une par couleur primaire. Couleur par couleur : plus l'objet était bleu, plus la couche sensible au bleu doit être opaque au bleu, c'est-à-dire jaune. Le même raisonnement s'applique au vert et au rouge. Plus l'objet avait de vert, plus la couche sensible au vert doit être magenta ; plus l'objet avait de rouge, plus la couche sensible au rouge doit être cyan.

Une nouvelle inversion au tirage rétablit les couleurs d'origine. Plus l'objet était bleu, plus le négatif est jaune, et moins le film ou le papier de tirage reçoit de bleu, et moins sa couche sensible au bleu deviendra jaune : l'image contiendra donc plus de bleu.

Ces inversions se produisent sur les films et papiers développés. Les surfaces sensibles contiennent une chimie compliquée de colorants sensibilisateurs, qui rendent chaque couche sensible à une plage de couleurs, de colorants filtres, qui évitent que des rayonnements indésirables touchent les couches suivantes, et de colorants coupleurs, qui permettent, au développement, de remplacer les cristaux d'halogénure d'argent insolés par la couleur primaire désirée[19].

En impression en couleurs on peut utiliser plus de trois primaires. La quadrichromie CMJN ajoute le noir aux couleurs primaires. Sa présence a quatre avantages :

• une goutte d'encre noire remplace trois gouttes de jaune, magenta et cyan et diminue les problèmes de saturation du support par les encres et de séchage ;
• l'encre noire peut renforcer le contraste local, améliorant la netteté perçue, l'œil étant plus sensible aux variations de lumière qu'aux variations de teinte ;
• l'encre noire est plus stable dans le temps que les encres colorées ;
• l'encre noire est moins chère.

L'usage de plus de quatre couleurs améliore le procédé. Des couleurs primaires supplémentaires étendraient l'étendue chromatique qu'on peut reproduire ; mais en général, l'hexachromie ajoute deux encres de couleurs désaturées, qui ont pour utilité de grossir les points de trame dans les parties claires. Pour la même nuance, un point de trame de couleur plus claire, couvrant la moitié ou plus de la superficie, est moins visible qu'un point plus petit, et ayant plus de contraste avec le fond.

• Maurice Déribéré, La couleur, Paris, PUF, coll. « Que Sais-Je » (n^o 220), 2014, 12^e éd. (1^re éd. 1964) (sommaire).
• Yves Le Grand, Optique physiologique : Tome 2, Lumière et couleurs, Paris, Masson, 1972, 2^e éd..
• Henri Maître, Du photon au pixel : L'appareil photographique numérique, 2, coll. « Traitement du signal et de l'image », 2016.
• Isabelle Roelofs et Fabien Petillion, La couleur expliquée aux artistes, Paris, Eyrolles, 2012, 158 p. (ISBN 978-2-212-13486-5, lire en ligne).
• Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam, 2009, 371 p. (ISBN 978-2-9519607-5-6).

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