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Qu’est-ce que l’ouverture en photographie ?

mardi 23 mars 2010

La notion d’ouverture est certainement l’une des plus confuses en photographie car elle est sensée indiquer le diamètre du diaphragme comme son nom l’indique et finalement on s’aperçoit que les petits nombres gravés sur la bague de diaphragme n’ont plus qu’un rapport lointain avec ce diamètre et indiquent uniquement des variations d’éclairement du capteur.

Il existe deux formulations pour l’ouverture : l’ouverture absolue qui donne une indication réelle sur le diamètre du diaphragme et l’ouverture relative qui représente une abstraction de la première. Et nous verrons que finalement on ne retient qu’une déclinaison simplifiée de cette dernière appelée nombre d’ouverture.

L’ouverture absolue

L’ouverture du diaphragme est un paramètre qui contrôle l’éclairement du capteur. Mais il en existe un second parmètre qui contrôle l’éclairement : la distance focale. Et pour que le photographe soit bien sûr que son réglage corrige l"éclairement du capteur de la même quantité en toute circonstance, il est indispensable de tenir compte de ce second élément.

Fig. 1. L’éclairement du capteur dépend de la combinaison de deux paramètres : ouverture et distance focale.

Ce qui est important pour le photographe c’est que la modification d’un cran de diaphragme corrige la lumière de la même façon sur toutes les focales qu’il décide d’utiliser. On contourne cette difficulté en intégrant dans la dénomination de l’ouverture les deux paramètres : la valeur d’ouverture et la valeur de focale. La solution est donc d’exprimer le diamètre d’ouverture comme une proportion de la distance focale, ainsi les deux paramètres étant pris en compte la fraction obtenue exprimera à la fois le diamètre réel, mais aussi le niveau d’éclairement du capteur.

L’ouverture absolue caractérise une dimension réelle (un diamètre)

Ouverture absolue = distance focale / proportion
ou
d = f/N (en mm)


fig. 2. Ces deux lentilles ont des diamètres différents (ouverture) et une distance au capteur différente (distance focale). L’éclairement du capteur est constant pour les deux lentilles. Il faut donc leur attribuer la même proportion d’ouverture.

Exprimée ainsi, l’ouverture absolue (focal ratio en anglais) définit le diamètre réel et mesurable du diaphragme appelé aussi la pupille d’entrée. Par exemple, pour un objectif de focale 100 mm, l’ouverture indiquée est f/2. On en déduit que le diamètre d’ouverture est la moitié de la focale, 100/2 mm (le diamètre est de 50 mm). L’ouverture absolue représente la valeur réelle du diamètre en millimètre : f/N en mm. Mais connaître cette information n’est pas très utile pour le photographe.

L’autre information apportée par l’ouverture absolue, la proportion 1/N est beaucoup plus intéressante. C’est elle qui exprime l’éclairement du capteur par le choix du cran de diaphragme.

Pour ne prendre en compte que cette seconde information puisque la valeur de focale F n’est d’aucune utilité, il existe une formule d’ouverture simplifiée, appelée ouverture relative.

L’ouverture relative

Trouver une formule qui exprime uniquement la proportion d’éclairement en fonction de l’ouverture du diaphragme est relativement simple. Il suffit de diviser l’ouverture absolue par la focale pour se débarrasser du paramètre focale. On ne conserve que l’information liée à la lumière. f/N devient 1/N. Cette proportion qui perd sa référence à la distance focale, s’appelle l’ouverture relative.

On obtient l’ouverture relative depuis l’ouverture absolue :

Ouverture relative = ouverture absolue / focale
ou
Ouverture relative = 1/N


Et sa représentation mathématique est ceci :

L’ouverture relative caractérise l’éclairement du capteur
Ouverture relative = d / f


Le rapport d/f représente l’éclairement du capteur. On peut le démontrer par la photométrie en s’appuyant sur l’angle solide formé par le flux lumineux arrivant sur un point du capteur.

L’échelle d’ouverture relative est la plus commode de toutes, car comme on vient de le voir, elle progresse dans le même sens que l’éclairement qu’elle représente. Quant on passe de un demi à un quart (de 1/2 à 1/4) on a quatre fois moins de lumière. C’est le principe même de la fraction. Pourtant, cette fraction n’est pas utilisée dans la pratique, car dès l’origine on a pris l’habitude de graver uniquement le nombre indiquant le diviseur afin de pouvoir les inscrire en plus gros sur les objectifs. La coutume est d’inscrire uniquement la suite 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 etc. plutôt que la fraction complète. Cette forme simplifiée de l’ouverture relative s’appelle le nombre d’ouverture.

Le nombre d’ouverture

On appelle ces nombres, les nombres d’ouverture ou nombre-f (f-number ou f-stop). Les photographes utilisent souvent le terme diaphragme (1 diaph) ou tout simplement ouverture à la place du mot nombre d’ouverture.

Le nombre d’ouverture caractérise l’inverse d’un cran d’éclairement
Nombre d’ouverture = focale / diamètre
N = f/d

Bien évidement, ne prendre en considération que le diviseur d’une fraction à la place de la fraction complète inverse les proportions et de ce fait plus le nombre grandit, moins le capteur sera éclairé. C’est une petite subtilité pas toujours évidente pour un débutant. Il ne faut pas chercher de réalité mathématique dans le nombre N même si effectivement c’est l’inverse de l’ouverture relative (N = f/d). Il faut le lire comme une simplification typographique (ou verbale) bien pratique qui garde sa référence à l’ouverture relative de la même façon qu’on utilise le raccourci focale pour désigner une optique. Le sens premier de ce nombre est d’exprimer l’ouverture relative (l’éclairement du capteur).

Le nombre d’ouverture est aussi parfois appelé ouverture géométrique car la suite des nombres d’ouverture est une progression géométrique.

Typographie

Ouverture absolue, ouverture relative et nombre d’ouverture n’ont pas toujours dans les littératures des démarcations franches et précises. On peut aussi bien écrire N = 2,8 plus souvent f2,8, f-2,8 ou f/2,8. Beaucoup d’auteurs préfèrent le faire précéder de la lettre f et comme il n’existe pas d’unité, cette grandeur étant sans dimension, le f est un repaire qui indique clairement ce que représente le nombre. Le plus explicite étant l’écriture f2,8 (le f étant en bas de casse et en italique)

La présentation sous la forme f/2,8 est la plus souvent employée. C’est celle préconisée par le standard américain ASA en 1961. Mais elle est ambiguë puisqu’elle est identique à la formule de l’ouverture absolue. Pour éviter toute confusion, il est préférable lorsque on veut parler de l’ouverture absolue de faire suivre la fraction de ses unités (f/1,8 mm) et lorsqu’on parle d’ouverture relative d’écrire f/1,8.

L’ouverture nominale

L’ouverture nominale décrit la luminosité d’un objectif. Cette valeur gravée sur l’objectif, indique la performance donnée par la plus grande ouverture qu’il permet. Par exemple 1:1,4

Elle est le plus souvent indiquée sous la forme d’une ouverture relative (1:1,4) mais aussi sous la forme d’une ouverture absolue (f/1,4) et plus rarement sous la forme du nombre d’ouverture (1,4).

Nombre T

Dans les définitions précédentes, nous n’avons pas tenu compte des pertes du flux lumineux lorsqu’il traverse la succession de lentilles qui forment l’objectif. La transparence n’est jamais parfaite et les réflexions inévitables. De ce fait, la mesure que va prendre la cellule donnera un nombre N légèrement supérieur à celui qu’on aurait obtenu par le calcul optique théorique. C’est le nombre T (t signifiant transmission) décrivant l’ouverture photométrique. Lorsque les opticiens parlent de leurs objectifs, ils font la distinction entre nombre N et nombre T . Cette subtilité ne concernent que les photographes passionnés d’optiques, les autres pouvant considérer l’arrondi de l’ouverture relative comme égale à l’ouverture photométrique.

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