Technique Photo: L’ouverture

Lorsque l’on prend une photo, nous avons principalement deux paramètres à surveiller. La « vitesse » et l’ouverture. Cet article explique ce qu’est exactement l’ouverture, et comment l’utiliser. Nous verrons également les contraintes techniques, liées à l’auto-focus et aux caractéristiques du capteur.

Définition

Avant d’atteindre le capteur ou le négatif, les rayons lumineux traversent, dans l’objectif, une série de lentilles, ainsi qu’un diaphragme.

Structure d'une optique photographique
Structure d’une optique photographique

Ce diaphragme, ouvert en son centre, laisse passer plus ou moins de rayons lumineux, selon la taille de cette ouverture.

Diaphragme plus ou moins ouvert
Diaphragme plus ou moins ouvert

Le terme ouverture désigne le rapport entre la distance focale et le diamètre de l’ouverture de ce diaphragme. Par exemple, sur un objectif de focale 50mm, si le diamètre du « trou » au centre du diaphragme est de 25mm, l’ouverture sera de 50/25 = 2.

L’indice d’ouverture est indiqué par le sigle f/<ouverture>, f représentant la distance focale. Par exemple, pour un objectif de focale 50 mm ouvert à f/2.8 (c’est-à-dire focale/2.8), le diamètre d’ouverture du diaphragme est de 50/2.8 = 17.85mm.

Les valeurs standards d’ouverture sont conçues pour que la surface de l’ouverture (c’est-à-dire la quantité de lumière reçue) soit doublée lorsque l’on passe d’un indice au suivant. La séquence standard des indices d’ouverture est la suivante: f/1,4 f/2 f/2,8 f/4 f/5,6 f/8 f/11 f/16 f/22 f/32

Explication:

  • La surface d’un cercle se calcule de la façon suivante: Surface = PI*R*R.
  • Si l’on veut doubler la surface, il suffit d’augmenter le rayon de la racine carrée de 2
  • (Racine_carre de 2)*R * (Racine_carre de 2)*R * PI = 2 * R * R * PI = 2 * Surface initiale.

Exemple: 1,4*(racine carrée de 2) = 2, 2*(racine carrée de 2) = 2.8, … Ce qui explique la séquence précédente.

Certains appareils photos permettent de disposer d’ouvertures intermédiaires, comme f/3.2, f/3.5, ce qui correspond à des 1/2 ou des 1/3 d’indice.

Conséquences photographiques

Passons à la pratique, en regardant à quoi sert l’ouverture:

  • Logiquement l’ouverture influe sur la quantité de lumière qui entre dans l’appareil pour atteindre le capteur,
  • L’ouverture est également un paramètre important de la profondeur de champ (PdC). Plus l’ouverture sera petite (grand indice), plus grande sera la PdC. Et réciproquement, plus grande sera l’ouverture (petit indice), plus petite sera la PdC. Nous parlerons dans un projet article de la notion de PdC.

Si vous êtes amateur de paysages, de grandes étendues, de photos d’architecture en extérieur, vous avez plutôt besoin d’obtenir une zone de netteté étendue, une profondeur de champ importante, donc une petite ouverture: Des objectifs standards suffisent.

Inversement

  • Si vous êtes adeptes des églises romanes du XIième siècle, optez plutôt pour une optique très lumineuse, c’est-à-dire pour une optique capable d’atteindre de très grande ouverture (>= f/2.8).
  • Pour du portrait ou toute photo nécessitant d’isoler un peu le sujet de son environnement, le mieux est de disposer également d’optiques à grande ouverture (<= f/2.8), autorisant de faible profondeur de champ.

Particularité des reflex

Nous venons de dire que l’ouverture conditionne la quantité de lumière qui entre dans l’appareil. Comment se fait-il alors, que la luminosité perçue dans le viseur ne varie pas en fonction de l’indice d’ouverture choisi?

Parce que sur la plupart des reflex, le diaphragme ne bouge pas pendant la phase de visée. Cette visée se fait à pleine ouverture, et le diaphragme ne se ferme à la position sélectionnée qu’au moment du déclenchement. Avantage de la méthode: garder une image lumineuse dans le viseur. Inconvénient: ne montre ni la luminosité réelle, ni la profondeur de champ, qui est minimum pendant la phase de visée puisque nous sommes à pleine ouverture.

Certains appareils disposent d’une fonction permettant de vérifier la luminosité et la profondeur de champ, pendant la phase de visée. Un appui sur le bouton déclenche la fermeture du diaphragme à la valeur spécifiée, et de constater ainsi les effets de cette fermeture. Par exemple, sur les appareils Canon, en mode AV (priorité ouverture), il suffit d’appuyer sur le bouton « Touche de contrôle de profondeur de champ », accessible via la main gauche, en façade, sous l’objectif. Je conseille d’utiliser ce dispositif au moins une fois pour se rendre compte de l’assombrissement considérable de l’image avec les faibles ouvertures (f/11 et plus).

Les contraintes techniques

Concernant l’ouverture, il convient de rester attentif à certains points particuliers.

Ouvertures optimales

Chaque optique a une ouverture optimale, c’est à dire une ouverture pour laquelle elle délivre tout son potentiel (meilleur piqué, minimum de déformation …). Cette ouverture optimale ne correspond pratiquement jamais aux ouvertures maximales ou minimales. Elle se situe très souvent entre f/5.6 et f/11. Entre deux optiques à focale identique, l’une à ouverture maximale de f/1.8, et l’autre f/2.8, on peut également considérer que la première fournira de meilleures images à f/2.8 que la première.

Petites ouvertures

La très grande majorité des optiques peut attendre de très petites ouvertures, telles que f/22. Il faut cependant bien faire attention à de telles valeurs. D’une part, l’appareil reçoit très peu de lumière, et d’autre part, les capteurs auto-focus périphériques deviennent aveugles et seul le capteur central voit encore quelque chose. Faible lumière et auto-focus partiel peuvent très facilement générer des images floues.

Le phénomène de diffraction

Selon le principe de Huygens-Fresnel, chaque point atteint par une onde se comporte comme une source secondaire. Concrètement, un rayon lumineux qui passe par une petite ouverture, sera dévié par les bords de cette ouverture. La déviation peut être plus ou moins important, en fonction de la longueur d’onde, c’est-à-dire, en fonction de la couleur.

Principe de diffraction
Principe de diffraction
Figure de diffraction
Figure de diffraction

Ce phénomène de diffraction génère des « franges » plus ou moins colorées.

Sur l’image du dessus, appelée figure de diffraction, ou figure d’Airy, le rond central est désigné sous le nom de disque de Airy. Le diamètre de ce disque se calcule facilement: D = 2.44 * l * n, ou l est la longueur d’onde (en nm), et n est l’indice d’ouverture.

La longueur d’onde de la lumière visible varie d’environ 380 nm à 780 nm. Si nous prenons une longueur d’onde moyenne, l = 580 nm, le diamètre du disque de Airy sera de

Ouverture Diamètre (en µm)
f/2.8 3.96
f/4 5.60
f/5.6 7.93
f/8 11.21
f/11 15.85
f/16 22.42
f/22 31.7

La diffraction en photo

Dans notre appareil photo, les rayons traversent bien un diaphragme dont l’ouverture peut être extrêmement petite. Le phénomène de diffraction est donc bien présent, avec deux conséquences:

  • L’apparition possible d’artefacts plus ou moins colorés sur l’image. Ces artefacts correspondent aux franges évoquées précédemment,
  • En numérique, à très petite ouverture, une perte importante de résolution, voir une image floue.

Les franges sont présentes quelle que soit l’ouverture, mais elles sont invisibles aux grandes ouvertures, pour devenir de plus en plus visibles dans les petites ouvertures.

La perte de résolution peut s’expliquer assez simplement: supposons que nous souhaitions prendre la photo d’une scène composée de deux points

  • Sans diffraction, la lumière reflétée par ces points, arrive directement sur le capteur, et excite deux photosites, pour donner l’image de deux points distincts,
  • Avec la diffraction, le capteur reçoit quelque chose qui ressemble à la figure de Airy, dont le fameux disque de Airy. Si le diamètre du disque reste inférieur à la taille d’un photosite, tout va bien, nous distinguerons les deux points. Si le diamètre du disque est supérieur à la taille des photosites, nous ne distinguerons plus qu’un seul point.
Conséquence de la diffraction sur l'image de deux points
Conséquence de la diffraction sur l’image de deux points

Nous voyons ici, l’importance de la taille des photosites. Plus les photosites sont petits, plus il faut être prudent avec les petites ouvertures. La course aux nombres de pixels sur les capteurs de petites tailles (compact), et de taille moyenne (reflex à capteur APS-C) est donc assez dangereuse. Le tableau suivant présente l’ouverture minimum à prendre on compte, en fonction de la taille du capteur et du nombre de pixels.

Taille Capteur
en millions de pixels
APS-C
22.2 x 14.8 mm
APS-H
29 x 19 mm
Full Frame
36 x 24 mm
6 7.4 µm
f/14
9.7 µm
f/20
12 µm
f/22
8 6.4 µm
f/13
8.4 µm
f/16
10.4 µm
f/22
10 5.7 µm
f/11
7.5 µm
f/14
9.3 µm
f/18
12 5.2 µm
f/11
6.8 µm
f/14
8.5 µm
f/18
14 4.8 µm
f/10
6.3 µm
f/13
7.8 µm
f/16

Sur les 10 et 12 millions de pixels, on voit très clairement la différence entre les reflex d’entrée et de milieu de gamme qui restent limités à f/11, et les reflex haut de gamme, full frame, qui eux peuvent monter à f/18. La diffraction est un argument supplémentaire en faveur des capteurs full frame

Conclusion

Nous venons de découvrir la notion d’ouverture, l’un des deux paramètres fondamentaux d’une prise de vue.
Nous avons vu que

  • l’ouverture agit principalement sur la luminosité et la profondeur de champ,
  • Disposer d’objectifs à grande ouverture, offre une plus grande souplesse d’utilisation, plus de liberté dans la gestion de la lumière et de la profondeur de champ,
  • Les petites ouvertures doivent être utilisées avec soin et prudence.

Bibliographie:

Autres articles de cette série

  1. Technique Photo: Mesure d'exposition (22 novembre 2008)
  2. Technique photo: Vitesse d'obturation (10 novembre 2008)
  3. Profondeur de champ (5 avril 2008)
  4. Technique Photo: L'ouverture (1 mars 2008)
  5. Technique Photo: La distance focale (16 février 2008)
  6. Technique Photo: Tutoriaux (15 février 2008)

4 thoughts on “Technique Photo: L’ouverture”

  1. Merci de votre réponse. Vous avez parfaitement éclairé ma lanterne car je n’avais pas compris qu’il s’agissait d’ouvertures maximales selon la focale.

  2. Il s’agit des ouvertures maximales a la plus petite et la plus grande focale.
    Sur un zoom 18-200, f/3,5-5,6, l’optique peut ouvrir a maximum f/3,5 a la focale 18mm, et n’ouvrira pas au-dela de f/5,6 a 200 mm.
    comme il s’agit d’ouvertures maximales (donc de valeurs minimales), rien n’empêche, dans tous les cas de fermer a f/8, f/11, …
    Sur certains zooms, l’ouverture maximale est la meme pour toutes les focales: dans ce cas, une seule valeur est indiquée: f/4, ou f/2,8 par exemple.

  3. Je vous félicite de la qualité et de la clarté de vos articles.
    Il y a un point que j’aimerais me faire préciser.Je comprends ce que sont focales et ouvertures de diaphragme qui conditionnent la profondeur de champ mais que signifient exactement les indications suivantes que je lis sur l’objectif : f3,5-5,6 (pour un objectif 18/200 ). Je croyais naivement qu’il s’agissait de l’ouverture mais je m’aperçois que je fais des photos avec une gamme d’ouvertures beaucoup plus large. Merci de votre réponse.
    Avec mes sentiments les meilleurs.

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