L'optique de votre appareil photo
La photographie est intimement liée à la lumière. Mieux on comprend son comportement et la façon dont elle interagit avec notre matériel, plus on maximise ses chances de réussir une image.
Dans cet article, nous allons examiner votre appareil photo et votre objectif, en nous penchant sur les facteurs qui influencent leur conception et leur fabrication.
Si vous observez le prix des objectifs, vous constaterez d'énormes variations. En règle générale, plus vous investissez, meilleures sont les performances optiques. Mais d'où viennent ces différences concrètes ?
La caractéristique que l'on évoque le plus souvent est la luminosité de l'objectif. Un objectif lumineux offre une profondeur de champ plus faible et autorise des vitesses d'obturation plus rapides — c'est pourquoi on parle parfois d'objectifs rapides. On dit généralement que plus l'ouverture est grande, meilleur et plus cher est l'objectif. Ce n'est pas toujours vrai. Le célèbre « Nifty Fifty », le 50 mm f/1,8, est abordable, remarquablement piqué et produit des résultats séduisants, mais il n'est pas exempt de défauts.
Les meilleures performances optiques reposent sur une précision absolue : images nettes, rendu des couleurs fidèle, bon contraste, absence d'artefacts. Cela a forcément un coût. Il faut cependant garder à l'esprit qu'aucun objectif n'est parfait.
Même si vous ne pouvez pas vous offrir les optiques haut de gamme, les progrès récents de certains logiciels permettent d'obtenir des résultats bien supérieurs à ce qui était autrefois possible avec des objectifs d'entrée de gamme.
Un objectif est constitué d'un ensemble complexe d'éléments individuels qui collectent la lumière et la concentrent sur le capteur ou la pellicule. À chaque traversée d'un élément, la lumière subit une perte ou une distorsion. Comme souvent en photographie, la conception d'un objectif est donc une affaire de compromis : chaque mesure corrective introduit une nouvelle contrainte, le plus souvent indésirable.
Les nouvelles technologies et les designs améliorés contribuent à réduire ces problèmes. Mais pour que la lumière atteigne votre capteur avec un minimum d'erreurs, plusieurs obstacles doivent être surmontés.
La réfraction
Lorsque la lumière traverse l'objectif, elle est déviée par chaque élément. Ce phénomène s'appelle la réfraction, et c'est lui qui permet de former une image précise sur le capteur ou la pellicule. Tous les dispositifs optiques reposent sur ce principe.
La réfraction se produit quand la lumière passe d'un milieu à un autre. Nous avons tous remarqué qu'une cuillère semble courbée lorsqu'elle est partiellement plongée dans un verre d'eau — c'est exactement ce phénomène. La raison ? La lumière ne se propage pas à la même vitesse dans tous les milieux.
Dans le vide, elle voyage à 299 792 458 m/s. Dans l'air, elle est ralentie de 89 911 m/s par rapport à cette valeur.
L'eau la freine bien davantage : elle y circule à environ 225 000 000 m/s, soit un ralentissement supplémentaire de 74 702 547 m/s. Dans un verre à faible indice de réfraction, la vitesse tombe à environ 200 000 000 m/s ; dans un verre à indice élevé, elle atteint seulement 158 000 000 m/s — soit 52,7 % de moins que dans le vide.
L'aberration chromatique
L'un des défis majeurs pour les concepteurs d'objectifs est la façon dont la lumière se divise en se courbant. Ce que nous percevons comme de la lumière blanche est en réalité un mélange de longueurs d'onde visibles. Lorsqu'elle passe de l'air au verre, la lumière se courbe et se décompose en ses couleurs constitutives : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. On observe couramment ce phénomène dans les gouttes de pluie sous forme d'arc-en-ciel.
Un objectif mal fabriqué peut provoquer cette même décomposition de manière indésirable, créant des franges colorées autour des contrastes élevés. Cet artefact porte le nom d'aberration chromatique.
Pour y remédier, les fabricants utilisent des verres de très haute qualité à indice de réfraction élevé et à faible dispersion. Ces verres HR dévient la lumière plus efficacement que les verres à faible indice. Le verre à faible dispersion, quant à lui, empêche la lumière de se fragmenter en ses couleurs composantes lors de la déviation. Les termes ED (Nikon, Fujifilm, OM System), LD (Tamron, Pentax), UD (Canon) et SLD (Sigma) désignent des types spécifiques d'éléments en verre — chacun façonné, meulé et poli avec une très grande précision.
La réflexion
Regardez un verre : vous le voyez refléter la lumière. Pour les fabricants d'objectifs, c'est un problème réel. Plus la lumière est réfléchie, moins elle traverse l'objectif pour atteindre le capteur. C'est pourquoi ils appliquent des nano-revêtements sur les éléments optiques.
Ces couches d'une minceur microscopique réduisent les réflexions sur les surfaces des éléments, améliorant ainsi la transmission lumineuse. Ces traitements contribuent également à renforcer le contraste tout en minimisant les reflets et les fantômes (ghosting) provoqués par la lumière parasite à l'intérieur de l'objectif.
Corriger les distorsions
Même avec ces revêtements, chaque interface air-verre entraîne une légère perte de lumière. Il serait donc préférable, dans l'idéal, que les objectifs comportent moins d'éléments. Mais en plus des aberrations chromatiques, des reflets et des fantômes, d'autres distorsions courantes doivent être prises en charge par les fabricants — ce qui rend certains éléments supplémentaires indispensables.
Les concepteurs intègrent souvent des éléments asphériques pour traiter un large éventail de problèmes. Ces éléments de haute qualité, dont les surfaces ne sont pas parfaitement sphériques, constituent le remède aux aberrations que les surfaces sphériques ne peuvent pas corriger.
L'aberration sphérique
L'aberration sphérique est un défaut qui peut provoquer un manque de netteté sur les bords du cadre, notamment aux grandes ouvertures. Elle se traduit par une perte de contraste dans l'image. Une sous-correction peut donner des images douces, ce qui peut parfois être recherché pour des objectifs portraitistes. Une surcorrection, en revanche, produit des résultats durs et peut engendrer une distorsion en barillet ou en coussinet.
Distorsions en barillet et en coussinet
Ces distorsions résultent d'une amplification inégale dans le cadre. Fréquente avec les objectifs grand-angle, la distorsion en barillet fait paraître les lignes droites courbées vers l'extérieur au centre de l'image.
À l'inverse, les objectifs téléobjectifs ont tendance à produire une distorsion en coussinet, dans laquelle les lignes droites se courbent vers l'intérieur.
La coma
Il s'agit d'une aberration optique qui fait apparaître les sources lumineuses situées près des bords du cadre comme des points étalés, dotés d'une « queue » directionnelle évoquant de petites comètes ou des ailes d'oiseau. Ce défaut de conception résulte principalement d'une asymétrie dans la façon dont l'objectif réfracte la lumière en périphérie, entraînant une amplification variable entre le centre et les bords.
L'astigmatisme
L'astigmatisme survient lorsque l'objectif ne parvient pas à concentrer la lumière provenant des zones excentrées d'une scène en un point net unique sur le capteur. La lumière se focalise alors dans deux directions différentes, ce qui fait apparaître les petits points lumineux étirés ou flous, particulièrement sur les bords du cadre.
La courbure de champ
Lorsqu'un objectif fait la mise au point sur un plan courbe plutôt que plat, on parle de courbure de champ. Ce défaut est particulièrement problématique car le capteur de votre appareil est plat. Les coins de l'image deviennent mous, simplement parce que la zone de meilleure netteté n'est pas plane. Avec une courbure de champ, vous pouvez choisir d'avoir le centre ou les coins nets — mais pas les deux simultanément.
Le vignetage
Ce phénomène se caractérise par une chute de luminosité dans les coins de l'image. Il est plus fréquent avec les objectifs grand-angle.
Les objectifs zoom
Bien que disposer de moins d'éléments soit avantageux, les zooms complexes nécessitent davantage de verre. Cependant, les designs améliorés et les nouvelles technologies permettent tout de même d'optimiser l'agencement des éléments pour limiter les surfaces inutiles.
Ces éléments optiques doivent être alignés mécaniquement avec précision à l'intérieur du barillet, lui-même conçu pour réfléchir le moins de lumière possible. Les barillets sont dotés de revêtements mats noirs striés, avec des surfaces flocées ou micro-texturées qui absorbent la lumière plutôt que de la réfléchir à l'intérieur de l'objectif.
Les caractéristiques des objectifs haut de gamme
Bien que sans rapport direct avec la transmission de la lumière, l'étanchéité aux intempéries et les revêtements fluorinés sur l'élément frontal n'améliorent pas les performances optiques intrinsèques d'un objectif neuf, mais contribuent sur le long terme à le maintenir propre.
Les zooms haut de gamme, outre leur plus grande luminosité, utilisent une ingénierie sophistiquée pour maintenir un nombre f fixe sur toute la plage de zoom.
Les meilleurs objectifs proposent également des fonctionnalités supplémentaires : boutons de fonction programmables, préréglages de mise au point, téléconvertisseurs intégrés et stabilisation d'image. Ils peuvent aussi bénéficier d'une construction entièrement métallique, parfois dans un alliage technique à la fois léger et robuste.
Le diaphragme
À l'intérieur de l'objectif se trouvent les lamelles du diaphragme, qui s'ouvrent et se ferment pour moduler la quantité de lumière admise. Leur nombre et leur forme varient d'un objectif à l'autre. Au-delà de leur effet sur l'exposition, la taille du diaphragme influence la profondeur de champ — mais son impact ne s'arrête pas là.
De nombreux anciens objectifs ne comptaient que quelques lamelles droites. Les objectifs haut de gamme actuels en comportent davantage, avec des bords arrondis. La forme et le nombre de lamelles influencent directement le rendu du bokeh — c'est-à-dire l'aspect des points lumineux hors mise au point. Avec un objectif à six lamelles, ces disques de lumière prennent une forme hexagonale. Un objectif à nombreuses lamelles arrondies produira, lui, des cercles et un flou plus doux. Le nombre de lamelles affecte également les effets d'étoile, par exemple autour d'un soleil levant.
Même si la tendance actuelle est de valoriser les objectifs modernes, tout cela reste subjectif : beaucoup d'amateurs apprécient le bokeh caractéristique des anciens objectifs à six lamelles.
Pourquoi investir dans un meilleur objectif ?
Chaque situation produit des quantités de lumière différentes, qu'elle soit directe ou réfléchie, provenant de directions variées. Votre appareil photo et votre objectif sont conçus pour s'adapter à ces conditions. Cependant, pour paraphraser George Orwell, tous les appareils sont polyvalents — mais certains le sont plus que d'autres.
Avoir un nouvel appareil photo est toujours agréable. Les fonctionnalités des derniers modèles haut de gamme — notamment la capacité à shooter à des ISO élevés — se démocratiseront progressivement vers les gammes intermédiaires. Mais c'est l'objectif qui fait la plus grande différence dans une photographie. Investir dans une optique lumineuse, piquée, avec un minimum de distorsions et d'artefacts, et un microcontraste exceptionnel (ces infimes variations aux frontières entre zones claires et sombres qui donnent aux textures un aspect net, tridimensionnel et vivant) est ce qui transformera véritablement vos images.
Dans le prochain article de cette série, nous nous pencherons sur la couleur, l'intensité lumineuse (luminance) et la direction de la lumière.
