Température de couleur

La température de couleur est un paramètre qui décrit la couleur d'une source de lumière visible en la comparant à la couleur de la lumière émise par un corps opaque et non réfléchissant idéal . La température de l'émetteur idéal dont la couleur correspond le mieux à celle de la source de lumière visible d'origine est définie comme la température de couleur de cette dernière. L'échelle de température de couleur ne décrit que la couleur de la lumière émise par une source lumineuse, qui peut en réalité avoir une température différente (et souvent beaucoup plus basse).

La température de couleur trouve des applications dans l'éclairage , la photographie , la vidéographie , l'édition , la fabrication et d'autres domaines. En pratique, elle est surtout pertinente pour les sources lumineuses dont la couleur se rapproche de celle d'un corps noir, c'est-à-dire pour les lumières dont le spectre s'étend du rouge à l'orange, puis au jaune, au blanc et enfin au blanc bleuté. Bien que le concept de température de couleur corrélée étende la définition à toute lumière visible, la température de couleur d'une lumière verte ou violette est rarement une information utile. La température de couleur est conventionnellement exprimée en kelvins (K), une unité de température absolue.

Cela diffère de la façon dont les températures de couleur supérieures à 5 000 K sont qualifiées de « couleurs froides » (bleutées), tandis que les températures de couleur inférieures (2 700–3 000 K) sont qualifiées de « couleurs chaudes » (jaunâtres), soit exactement l’inverse du rayonnement du corps noir. Dans ce contexte, les termes « chaud » et « froid » se réfèrent à une association esthétique traditionnelle entre la couleur et la chaleur ou la fraîcheur , et non à la température physique du corps noir. Selon l’ hypothèse de la chaleur associée à la teinte , les basses températures de couleur évoquent psychologiquement la chaleur, tandis que les températures de couleur élevées évoquent la fraîcheur. Le pic spectral de la lumière chaude est plus proche de l’infrarouge, et la plupart des sources de lumière naturelle chaude émettent un rayonnement infrarouge important. Le fait que l’éclairage « chaud », dans ce sens, ait en réalité une température de couleur « plus froide » est souvent source de confusion.

La température de couleur du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir idéal est définie comme sa température de surface en kelvins , ou alternativement en microdegrés inverses (mired). Ceci permet de définir une norme de comparaison des sources lumineuses.

Dans la mesure où une surface chaude émet un rayonnement thermique sans se comporter comme un corps noir idéal, la température de couleur de la lumière qu'elle émet ne correspond pas à la température réelle de la surface. La lumière d'une lampe à incandescence est un rayonnement thermique, et l'ampoule se comporte comme un corps noir idéal ; sa température de couleur est donc essentiellement celle du filament. Ainsi, une température relativement basse produit une lumière rouge terne, tandis qu'une température élevée produit la lumière presque blanche caractéristique des ampoules à incandescence traditionnelles. Les métallurgistes sont capables d'évaluer la température des métaux chauds par leur couleur, allant du rouge foncé au blanc orangé, puis au blanc (voir chaleur rouge ).

De nombreuses autres sources lumineuses, comme les lampes fluorescentes ou les diodes électroluminescentes ( DEL ), émettent de la lumière principalement par des processus autres que le rayonnement thermique. Cela signifie que le rayonnement émis ne suit pas le spectre d'un corps noir . On attribue à ces sources une température de couleur corrélée (TCC). La TCC est la température de couleur d'un corps noir dont la couleur, pour la perception humaine des couleurs, correspond le mieux à la lumière émise par la lampe. Comme une telle approximation n'est pas nécessaire pour la lumière incandescente, sa TCC est simplement sa température de couleur brute, obtenue par comparaison avec un corps noir.

Le Soleil se comporte comme un corps noir. Sa température effective, définie par la puissance radiative totale par unité de surface, est de 5 772 K. La température de couleur du rayonnement solaire au-dessus de l’atmosphère est d’environ 5 900 K.

Vu de la Terre, le Soleil peut apparaître rouge, orange, jaune ou blanc, selon sa position dans le ciel. Ces variations de couleur au cours de la journée sont principalement dues à la diffusion de la lumière solaire et non à des variations du rayonnement du corps noir. La diffusion Rayleigh de la lumière solaire par l'atmosphère terrestre est responsable de la couleur bleue du ciel, celle-ci ayant tendance à diffuser davantage la lumière bleue que la lumière rouge.

Une partie de la lumière du jour tôt le matin et en fin d'après-midi (les heures dorées ) a une température de couleur plus basse (« plus chaude ») en raison d'une diffusion accrue de la lumière solaire de longueur d'onde plus courte par les particules atmosphériques – un phénomène optique appelé effet Tyndall .

La lumière du jour possède un spectre similaire à celui d'un corps noir avec une température de couleur corrélée de 6 500 K ( norme de visualisation D65 ) ou de 5 500 K (norme de film photographique équilibré pour la lumière du jour).

Pour les couleurs basées sur la théorie du corps noir, le bleu apparaît à des températures plus élevées, tandis que le rouge apparaît à des températures plus basses. Ceci est l'inverse des associations culturelles attribuées aux couleurs, dans lesquelles le « rouge » est « chaud » et le « bleu » est « froid ».

Lorsque la température d'un corps noir tend vers l'infini positif, sa couleur converge vers les coordonnées CIE xy (0,2399, 0,2340) correspondant à une valeur sRGB de (148, 177, 255) ou #94b1ff , un bleu clair appelé perano . Ceci est dû à la loi de Rayleigh-Jeans , qui stipule qu'à des fréquences bien inférieures à la fréquence de résonance d'un corps noir, la puissance spectrale est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d'onde.

Pour l’éclairage intérieur des bâtiments, il est souvent important de tenir compte de la température de couleur de la lumière. Une lumière plus chaude (c’est-à-dire une température de couleur plus basse) est souvent utilisée dans les espaces publics pour favoriser la détente, tandis qu’une lumière plus froide (température de couleur plus élevée) est utilisée pour améliorer la concentration, par exemple dans les écoles et les bureaux.

La gradation de la température de couleur corrélée (CCT) pour la technologie LED est considérée comme une tâche complexe, car le tri, le vieillissement et la dérive thermique des LED modifient la valeur de couleur réelle émise. Des systèmes à boucle de rétroaction sont alors utilisés, par exemple avec des capteurs de couleur, pour surveiller et contrôler activement la couleur émise par les LED à mélange de couleurs multiples.

En aquariophilie , la température de couleur remplit différentes fonctions et occupe une place centrale dans les diverses disciplines.

• Dans les aquariums d'eau douce, la température de couleur n'est généralement prise en compte que pour l'esthétique. L'éclairage est conçu pour produire un spectre lumineux agréable, la survie des plantes étant parfois reléguée au second plan.
• Dans un aquarium récifal d'eau de mer , la température de couleur est essentielle à la santé du bassin. Entre 400 et 3000 nanomètres environ, la lumière de longueur d'onde plus courte pénètre plus profondément dans l'eau que celle de longueur d'onde plus longue fournissant ainsi une source d'énergie essentielle aux algues hébergées par les coraux (et qui les nourrissent). Ceci correspond à une augmentation de la température de couleur avec la profondeur de l'eau dans cette gamme spectrale. Comme les coraux vivent généralement en eau peu profonde et reçoivent un ensoleillement tropical intense et direct, l'objectif initial était de simuler cette situation avec des lampes de 6500 K.

En photographie numérique , le terme « température de couleur » désigne parfois le réajustement des valeurs chromatiques pour simuler les variations de la température ambiante. La plupart des appareils photo numériques et des logiciels de traitement d’images RAW proposent des préréglages simulant des valeurs ambiantes spécifiques (par exemple, ensoleillé, nuageux, tungstène, etc.), tandis que d’autres permettent la saisie explicite des valeurs de balance des blancs en kelvins. Ces réglages font varier les valeurs chromatiques sur l’axe bleu-jaune, tandis que certains logiciels incluent des commandes supplémentaires (parfois appelées « teinte ») ajoutant l’axe magenta-vert. Ces réglages sont, dans une certaine mesure, arbitraires et relèvent de l’interprétation artistique.

La pellicule photographique ne réagit pas à la couleur de l'éclairage de la même manière que la rétine humaine ou la perception visuelle. Un objet qui apparaît blanc à l'observateur peut sembler très bleu ou orange sur une photographie. Il peut être nécessaire de corriger la balance des couleurs lors du tirage pour obtenir un résultat neutre. Cette correction est toutefois limitée, car la pellicule couleur est généralement composée de trois couches sensibles à différentes couleurs. Utilisée sous une source lumineuse inadaptée, chaque couche peut ne pas réagir proportionnellement, ce qui engendre des dominantes de couleur étranges dans les ombres, même si les tons moyens ont été correctement équilibrés lors de l'agrandissement. Les sources lumineuses à spectre discontinu, comme les tubes fluorescents, ne peuvent pas non plus être entièrement corrigées au tirage, car l'une des couches peut ne presque pas avoir enregistré d'image.

Les films photographiques sont conçus pour des sources lumineuses spécifiques (le plus souvent des films lumière du jour et des films tungstène ) et, utilisés correctement, permettent d'obtenir un tirage aux couleurs neutres. Adapter la sensibilité du film à la température de couleur de la source lumineuse est une méthode pour équilibrer les couleurs. Si un film tungstène est utilisé à l'intérieur avec des lampes à incandescence, la lumière jaune-orangée de ces lampes apparaîtra blanche (3 200 K) sur la photographie. Les films négatifs couleur sont presque toujours équilibrés pour la lumière du jour, car on suppose que la couleur peut être ajustée au tirage (avec certaines limitations, voir ci-dessus). Les diapositives couleur, étant l'étape finale du processus, doivent être adaptées à la source lumineuse ou des filtres doivent être utilisés pour corriger les couleurs.

Des filtres sur l'objectif ou des gélatines colorées placées sur la ou les sources lumineuses peuvent être utilisés pour corriger la balance des couleurs. Lors de prises de vue avec une source de lumière bleutée (température de couleur élevée), par exemple par temps couvert, à l'ombre, à la lumière naturelle d'une fenêtre, ou avec un film tungstène à lumière blanche ou bleue, un filtre jaune-orangé permettra de corriger ce phénomène. Pour les prises de vue avec un film lumière du jour (calibré à 5 600 K) sous des sources de lumière plus chaudes (température de couleur basse), comme les couchers de soleil, la lumière des bougies ou l'éclairage tungstène , un filtre bleuté (par exemple, n° 80A) peut être utilisé. Des filtres plus subtils sont nécessaires pour corriger la différence entre, par exemple, les lampes tungstène de 3 200 K et de 3 400 K, ou pour corriger la légère dominante bleue de certains tubes flash, qui peuvent atteindre 6 000 K.

S'il y a plusieurs sources lumineuses avec des températures de couleur différentes, une façon d'équilibrer la couleur consiste à utiliser un film lumière du jour et à placer des filtres gélatine correcteurs de couleur sur chaque source lumineuse.

Les photographes utilisent parfois des colorimètres. Ces appareils sont généralement conçus pour mesurer seulement deux régions du spectre visible (rouge et bleu) ; les modèles plus sophistiqués en mesurent trois (rouge, vert et bleu). Cependant, ils sont inefficaces avec des sources telles que les lampes fluorescentes ou à décharge, dont la lumière présente des variations de couleur et peut être plus difficile à corriger. Cette lumière étant souvent verdâtre, un filtre magenta peut permettre de la corriger. Des outils de colorimétrie plus performants peuvent être utilisés en l’absence de tels colorimètres.

Dans le secteur de la PAO, il est important de connaître la température de couleur d'un moniteur. Les logiciels de correspondance des couleurs, tels que ColorSync Utility d'Apple pour macOS, mesurent cette température et ajustent les paramètres en conséquence. Cela permet aux couleurs affichées à l'écran de correspondre plus fidèlement aux couleurs imprimées. Voici les températures de couleur courantes des moniteurs, ainsi que les éclairages standard correspondants (entre parenthèses) :

• 5000 K (CIE D50)
• 5500 K (CIE D55)
• 6500 K ( D65 )
• 7500 K (CIE D75)
• 9300 K

D50 est une désignation scientifique abrégée pour un éclairage standard : le spectre de la lumière du jour à une température de couleur corrélée de 5 000 K. Des définitions similaires existent pour D55, D65 et D75. Des désignations telles que D50 servent à classer les températures de couleur des tables lumineuses et des cabines de visionnage. Lors de la visualisation d'une diapositive couleur sur une table lumineuse, il est important que la lumière soit correctement équilibrée afin que les couleurs ne soient pas décalées vers le rouge ou le bleu.

Les appareils photo numériques , les graphismes web, les DVD , etc., sont généralement conçus pour une température de couleur de 6 500 K. La norme sRGB, couramment utilisée pour les images sur Internet, stipule un point blanc d’affichage de 6 500 K.

Les versions de Microsoft Windows antérieures à Windows 10 utilisent l'espace colorimétrique sRGB par défaut et une température de couleur de 6 500 K par défaut. Windows 10 1607 prend en charge la plage dynamique étendue (HDR ). Windows 11 22H2 prend en charge la gestion automatique des couleurs (ACM), qui optimise davantage l'affichage pour les écrans OLED et/ou à large gamme de couleurs grâce à la lecture des données DisplayID .

Apple iOS , iPadOS et macOS utilisent sRGB et DCI-P3 comme espaces colorimétriques d'affichage par défaut.

Les normes de télévision NTSC et PAL exigent qu'un écran conforme affiche un signal électriquement noir et blanc (saturation minimale des couleurs) à une température de couleur de 6 500 K. Sur de nombreux téléviseurs grand public, on observe un écart important par rapport à cette exigence. Cependant, les téléviseurs haut de gamme peuvent être réglés à 6 500 K grâce à un paramètre préprogrammé ou un étalonnage personnalisé. Les versions actuelles de la norme ATSC exigent explicitement l'inclusion des données de température de couleur dans le flux de données, contrairement aux versions précédentes qui autorisaient leur omission. Dans ce cas, les versions actuelles de l'ATSC font référence à des normes de colorimétrie par défaut, selon le format. Ces deux normes spécifient une température de couleur de 6 500 K.

La plupart des appareils photo et caméras vidéo numériques permettent de corriger la température de couleur en zoomant sur un objet blanc ou de couleur neutre et en réglant manuellement la balance des blancs (en indiquant à l'appareil que « cet objet est blanc »). L'appareil affiche alors le blanc pur et ajuste les autres couleurs en conséquence. La balance des blancs est particulièrement importante en intérieur sous un éclairage fluorescent et lors de changements de luminosité. La plupart des appareils disposent également d'une fonction de balance des blancs automatique qui tente de déterminer la couleur de la lumière et de la corriger. Si ces réglages étaient autrefois peu fiables, ils sont aujourd'hui bien meilleurs sur les appareils photo numériques et offrent une balance des blancs précise dans de nombreuses conditions d'éclairage.

Cependant, les normes NTSC-J et NTSC-C recommandent une température de couleur de 9 300 K. Les téléviseurs et projecteurs vendus au Japon, en Corée du Sud, en Chine, à Hong Kong, à Taïwan et aux Philippines sont généralement configurés par défaut à 9 300 K. En revanche, pour des raisons de compatibilité, les moniteurs d’ordinateur vendus dans ces pays/régions sont généralement configurés par défaut à 6 500 K ; ces paramètres de température de couleur sont généralement réglables via le menu OSD .

De nombreux films et séries en streaming FHD et UHD sont désormais produits en utilisant les normes Rec. 709 ou DCI-P3 , basées sur une température de couleur de 6300 K ou 6500 K.

Les opérateurs de caméra peuvent effectuer une balance des blancs sur des objets non blancs, en atténuant la couleur de l'objet utilisé pour le réglage. Par exemple, ils peuvent réchauffer une image en effectuant une balance des blancs sur un objet bleu clair, comme un jean bleu délavé ; ainsi, la balance des blancs peut remplacer un filtre ou un filtre anti-reflets lorsqu'ils ne sont pas disponibles.

Les directeurs de la photographie n'effectuent pas la balance des blancs de la même manière que les cadreurs vidéo ; ils utilisent des techniques telles que les filtres, le choix de la pellicule, le pré-éclaircissement et, après le tournage, l'étalonnage des couleurs , à la fois par exposition en laboratoire et numériquement. Les directeurs de la photographie travaillent également en étroite collaboration avec les décorateurs et les équipes d'éclairage pour obtenir les effets de couleur souhaités.

Pour les artistes, la plupart des pigments et des papiers ont une dominante chaude ou froide, car l'œil humain peut percevoir même une infime variation de saturation. Le gris mélangé à du jaune, de l'orange ou du rouge est un « gris chaud ». Le vert, le bleu ou le violet créent des « gris froids ». Cette perception de la température est inverse à celle de la température réelle ; le bleu est décrit comme « plus froid » même s'il correspond à un corps noir à température plus élevée .

Gris « chaud »	Gris « froid »
Mélangé avec 6 % de jaune	Mélangé avec 6 % de bleu

Les concepteurs lumière choisissent parfois les filtres en fonction de la température de couleur, généralement pour reproduire une lumière théoriquement blanche. Les luminaires à décharge produisant une lumière à température de couleur nettement supérieure à celle des lampes à incandescence , leur utilisation conjointe pourrait engendrer un contraste trop marqué. C'est pourquoi les luminaires à lampes HID , qui produisent généralement une lumière de 6 000 à 7 000 K, sont parfois équipés de filtres 3 200 K pour imiter la lumière tungstène. Les luminaires à mélange de couleurs ou proposant plusieurs couleurs (dont 3 200 K) peuvent également produire une lumière similaire à celle des lampes à incandescence. La température de couleur peut aussi être un critère de choix pour les lampes , car chacune possède probablement une température de couleur différente.

La température de couleur corrélée (CCT, T _cp ) fait référence à la « température d'un radiateur de Planck dont la couleur perçue ressemble le plus à celle d'un stimulus donné à la même luminosité et dans des conditions de vision spécifiées ». L' unité SI est le Kelvin (K) .

L' indice de rendu des couleurs (IRC) CIE est une méthode permettant de déterminer dans quelle mesure l'éclairage de huit zones d'échantillonnage par une source lumineuse se compare à l'éclairage fourni par une source de référence. Combinés, l'IRC et la température de couleur corrélée (TCC) fournissent une estimation numérique de la source lumineuse de référence (idéale) qui se rapproche le plus d'une lumière artificielle donnée, ainsi que de l'écart entre les deux.

Les sources lumineuses et les sources d'éclairage peuvent être caractérisées par leur distribution spectrale de puissance (DSP). Les courbes de DSP relatives fournies par de nombreux fabricants peuvent avoir été obtenues avec des incréments de 10 nm ou plus sur leur spectroradiomètre . Il en résulte une distribution de puissance qui semble plus homogène (« spectre plus complet ») que celle de la lampe en réalité. En raison de leur distribution spectrale irrégulière, des incréments beaucoup plus fins sont recommandés pour la mesure des lampes fluorescentes, ce qui nécessite un équipement plus coûteux.

En astronomie , la température de couleur est définie par la pente locale de la distribution spectrale de puissance (DSP) à une longueur d'onde donnée, ou, en pratique, à une plage de longueurs d'onde. Par exemple, étant donné les magnitudes de couleur B et V , calibrées comme égales pour une étoile A0V (comme Véga ), la température de couleur stellaire est donnée par la température pour laquelle l'indice de couleur d'un corps noir correspond à celui de l'étoile. Outre cette valeur , d'autres indices de couleur peuvent également être utilisés. La température de couleur (ainsi que la température de couleur corrélée définie précédemment) peut différer considérablement de la température effective, déterminée par le flux radiatif de la surface stellaire. Par exemple, la température de couleur d'une étoile A0V est d'environ 15 000 K, contre une température effective d'environ 9 500 K.

Pour la plupart des applications en astronomie (par exemple, pour placer une étoile sur le diagramme HR ou pour déterminer la température d'un flux modèle ajusté à un spectre observé), la température effective est la grandeur d'intérêt. Diverses relations couleur-température effective sont décrites dans la littérature. Ces relations présentent également une faible dépendance à d'autres paramètres stellaires, tels que la métallicité et la gravité de surface