Sous les lumières blafardes des autoroutes

Qui ne s’est jamais amusé du teint blafard et orangeâtre que prennent les visages et les objets dans les tunnels autoroutiers ? Dommage pour les jolies couleurs de carrosseries imaginées par les constructeurs automobiles ! Et pourtant, contrairement à ce qu’on pourrait penser, ça n’est pas la couleur de la lampe qui est en cause !

Si vous n’êtes pas convaincus, songez qu’à certains moments de son coucher, le soleil peut très bien prendre une couleur très proche de celle des ces lampes d’autoroute. Pourtant vous ne pouvez pas nier que l’effet sur le paysage sera bien différent !

En effet entre le soleil couchant et la lampe d’autoroute, la différence n’est pas dans la couleur de la source lumineuse, mais dans ce qu’on appelle le rendu des couleurs. Pour comprendre d’où vient ce concept très important pour l’éclairage des habitats modernes, il nous faut remonter à ce qui crée les couleurs du point de vue physique mais surtout la perception biologique que nous en avons.

La perception des couleurs par l’œil

On sait que l’on peut voir la lumière à la fois comme un ensemble de particules (les photons) ou comme une onde. Conséquence de cette dualité, à chaque photon on peut associer une longueur d’onde, et c’est elle qui détermine la couleur que l’on ressent lorsque ce photon frappe notre oeil.

La figure ci-dessous montre le spectre visible, c’est-à-dire la couleur perçue en fonction de la longueur d’onde du photon :

Ainsi un photon de longueur d’onde 570nm nous apparaît comme jaune.

L’œil perçoit les couleurs grâce à des récepteurs appelés cônes, qui vont plus ou moins s’activer suivant la longueur d’onde du photon qui les frappe. Il existe 3 types de cônes et la courbe ci-contre montre leur sensibilité aux différentes longueurs d’onde.

Les premiers de ces cônes (dit cônes S) sont sensibles autour des 420nm (dans le bleu), les cônes M autour de 530nm, et les cônes L vers 560nm. Un photon bleu de 400nm va stimuler uniquement les cônes S, tandis qu’un photon jaune de 580 nm fera s’activer à la fois les cônes M et L.

Mais imaginons que l’on envoie à notre oeil à la fois des photons verts de 500nm et des photons rouges de 700nm : là aussi les cônes M et L s’activent simultanément, de la même manière que quand on reçoit seulement des photons de 580nm. Donc quand notre œil reçoit du vert et du rouge, notre cerveau « voit jaune ». Cette incapacité de notre cerveau à faire la différence entre des photons jaunes et un mélange de photons verts et de photons rouges est à l’origine du phénomène de synthèse additive : vert+rouge = jaune.

(Ceux d’entre vous qui sont musiciens apprécieront la richesse de l’oreille comparée à la pauvreté de l’oeil : si je vous joue simultanément un Do et un Sol, vous entendez bien distinctement un Do et un Sol, pas une vague note intermédiaire comme un Mi…)

La couleur des objets

Ce qui donne leur couleur aux objets, c’est le fait que la plupart des matériaux peuvent réfléchir certains photons et pas d’autres : par exemple un objet qui ne réfléchit que les photons entre 550 et 600nm nous apparaîtra jaune !

Imaginons maintenant 2 lampes différentes : supposons que la lampe 1 produise uniquement des photons jaunes (autour de 600nm), alors que la seconde nous envoie un mélange de photons jaunes, verts et rouges (entre 500 et  700nm).

Quand on regarde ces deux lampes en vision directe, elles nous apparaissent toutes les deux jaunes : pas de différence visible à cause de la synthèse additive.

Maintenant éclairons différents objets  avec ces deux lampes. La lampe 1 n’émet que des photons jaunes et donc n’éclaire correctement que les objets jaunes alors que la lampe 2 éclaire correctement à la fois les objets jaunes, verts ou rouges : la lampe 2 possède un meilleur rendu des couleurs !

L’indice de rendu des couleurs

On comprend à partir de cet exemple que plus une lampe émet dans des longueurs d’onde différentes, plus elle sera capable d’éclairer correctement les différents objets : c’est ce qu’on appelle la richesse spectrale d’une lampe.

Pour la quantifier, les spécialistes de l’éclairage ont créé l’indice de rendu des couleurs (IRC). Le soleil ou une lampe à incandescence ont ainsi un IRC proche de 100 car ils contiennent toutes les longueurs d’onde en quantité suffisante. Les tubes néons ont un IRC situé autour de 70-80, qui explique en particulier le léger effet « blafard » qu’ils engendrent. Notre bonne vielle lampe d’autoroute a elle un IRC inférieur à 20 ! En effet cette lampe est basée sur les raies d’émission des atomes de sodium, et elle n’émet pour l’essentiel que des photons de longueur d’onde 589nm, et rien d’autre !

L’IRC des lampes fluocompactes et des lampes à LED dépend fortement de la manière dont elles sont conçues. Pour les fluocompactes, il est plutôt de l’ordre de 80, ce qui explique que les premières générations de ces lampes ont pu être considérées comme produisant une lumière blafarde, surtout en comparaison des lampes à incandescence. Heureusement la technologie progresse et les spectres de ces lampes sont maintenant beaucoup plus riches.

Pour ceux qui veulent voir ça de plus près, l’image ci-dessous compile des spectres de différentes lampes, à partir de mesures réalisées pour un dossier du site lesNumériques.

Crédits

• Lampes d’autoroute : autoroute 40 la nuit, Abdallahh Flicker CC
• Sensibilité des cônes
• Schéma de rendu des couleurs : Science étonnante
• Spectres : Les Numériques