Photo au flash: le matériel

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Dans ce premier volet de la série sur la photo au flash, je vais commencer par présenter le matériel, et donner quelques définitions. Nous saurons donc, à la fin de cet article, comment fonctionnent ces équipements, et pourrons parler de synchro-X, synchro premier ou second rideau …
Toutes ces notions vont nous permettre de comprendre certaines de nos difficultés.

Qu’est ce qu’un flash?

Un flash est une source de lumière artificielle, intense et brève. En photographie, cette source de lumière nous permet, par exemple

  • d’éclairer une scène sombre,
  • de figer ou décomposer un mouvement,
  • de compenser les ombres crées par une très forte lumière naturelle.

Le matériel

Principe

Nous pouvons globalement décomposer un flash en 6 éléments:

  • Une source d’énergie: des piles classiques ou rechargeables, une batterie,
  • Un accumulateur: un condensateur qui va emmagasiner/concentrer l’énergie fournie par les piles,
  • Un interrupteur, qui va bloquer ou libérer l’énergie accumulée,
  • Un générateur de lumière, qui va recevoir l’énergie du condensateur, dès la fermeture de l’interrupteur, et émettre une éclair dont la durée dépend du délai de fermeture de l’interrupteur, ou de la charge du condensateur,
  • Un diffuseur qui va diriger et/ou diffuser la lumière émise par le générateur.
  • Un « cerveau » électronique, qui assure, par exemple, le dialogue avec le boîtier, l’aide à l’autofocus, la mesure d’exposition, la modulation de l’éclair du flash, …
Eléments d'un flash
Eléments d'un flash

Le générateur de lumière est constitué d’un tube de verre, rempli de gaz Xénon. Ce gaz a trois propriétés intéressantes: il interagit peu avec d’autres substances, il réagit aux très fortes tensions électriques en dégageant de la lumière, et cette lumière à un spectre proche de la lumière naturelle.

Au moment du déclenchement, l’interrupteur se ferme, libérant dans le tube, l’énergie accumulée par le condensateur. Sous l’effet de cette énergie, le gaz s’ionise, puis libère une très grande quantité de photons, ce qui génère l’éclair.

Cet éclair est très bref, puisqu’elle dépasse rarement le 1/1000ième de seconde. En fonction de la modulation appliquée, cette durée peut descendre jusqu’à 1/40 000ième.

Liaison boîtier / flash

Pour en terminer avec l’aspect matériel, parlons un peu de la liaison entre le flash et le boîtier:

Si vous examinez la griffe flash de votre boîtier, vous y remarquerez, un « gros » contact central, et des contacts périphériques plus petits (entre 2 et 4). Le contact central sert uniquement au déclenchement: Le boîtier envoie un signal électrique au flash pour lui dire d’émettre l’éclair. Les autres contacts servent aux automatismes (autofocus, mesure d’exposition, …).

Malheureusement pour nous, chaque constructeur a choisi son propre format de griffe. Nous devons donc, comme pour les optiques, gérer la compatibilité entre les boîtiers et les flashes.

Griffes Canon et Pentax
Griffes Canon et Pentax

La position et la taille du contact central étant (presque) standardisée, nous pourrions en théorie, faire fonctionner manuellement, n’importe quel flash sur n’importe quel boîtier. Manuellement parce qu’en l’absence des contacts périphériques, aucun automatisme ne fonctionne. Il faut rester prudent, parce qu’il y a des risques au niveau

  • mécanique, attention de ne pas endommager la griffe du boîtier,
  • électrique: Même si le contact central est standardisé, les tensions utilisées varient en fonction des marques. Les conséquences peuvent être assez graves, allant jusqu’à endommager l’électronique du boîtier.

Nombre-guide

Un flash se caractérise par une puissance plus ou moins élevée. Cette puissance s’exprime par une valeur appelée nombre-guide, notée NG. Exprimée en mètre, le nombre guide représente, la distance maximale entre le flash et le sujet pour que celui-ci soit correctement exposé. Le nombre-guide est habituellement donné pour une sensibilité de 100 ISO, une ouverture f/1, et une focale de 50mm (équivalent 24×36). Plus le nombre est élevé, plus le flash est puissant.

La formule générale du nombre-guide est la suivante: NG = ouverture * distance, ce qui nous permet de calculer la distance couverte en fonction de l’ouverture,
ou l’ouverture en fonction de la distance. Par exemple, si un flash annonce un nombre guide de 43, et que nous prenons à la photo à une ouverture de f/5.6, la distance du sujet ne devra pas dépasser: 43/5.6 = 7.6 mètres.

Comme indiqué précédemment, le nombre guide est donné pour une sensibilité de 100 ISO. Si nous n’utilisons pas cette sensibilité, le nombre a prendre en compte est le résultat de la formule suivante: Nombre-guide = NG à 100 ISO * Racine carrée (Sensibilité / 100).

Exemple: nous avons NG = 43 à 100 ISO. Si nous passons à une sensibilité de 800 ISO, le nombre-guide sera NG = 43 x Racine carrée  ( 800 / 100), soit NG = 121.

Il faut faire attention à cette définition, et ne pas la confondre avec la notion de couverture: ce n’est pas parce que la scène est située à la bonne distance, qu’elle sera correctement exposée sur toute sa surface. La couverture correspond à la surface que le flash est capable d’éclairer. Cette surface est forcement limitée.

Les flashes modernes sont équipés d’un système de réflecteur, qui adapte la couverture de l’éclair, à la focale choisie.

Réflecteur interne du flash
Réflecteur interne du flash

Ce système agit également sur le nombre guide. Les spécifications ne présentent donc plus un seul NG, mais plusieurs, sur une gamme de focales.

Par exemple, les nombres-guides des flashs Canon 430EX et 580EX sont:

  Focale 14 24 28 35 50 70 80 105
NG 430 EX 11 25 27 31 34 37 40 43
580 EX 15 28 30 36 42 50 53 58

Comme vous pouvez le constater, plus la focale est petite, moins le nombre guide est important. Cette variation du nombre-guide implique d’être vigilant lors de l’achat d’un flash:

  • d’une part, il faut bien regarder à quelle focale le nombre est annoncé (surtout pour des flashes exotiques vendus sur des sites asiatiques),
  • d’autre part, il faut vérifier que le couple nombre-guide/focale correspond bien à vos besoins (type de photo, distance au sujet, …),

Globalement, nous ne pouvons plus nous contenter d’un seul nombre. Pour connaître ce que l’on achète, il faut disposer de la table complète. Internet et G**gle sont nos amis: il est relativement facile aujourd’hui de trouver ces caractéristiques ou les documentations des flashs, ce qui permet d’avoir le détail des caractéristiques avant achat.

La loi en carré inverse

Tout a fait logiquement, plus la scène est éloignée d’une source lumineuse, moins elle reçoit de lumière. L’intensité lumineuse reçue diminue avec la distance. Mais, malheureusement pour nous, cette diminution n’est pas linéaire, elle suit la loi en carré inverse, c’est-à-dire que l’intensité doit être divisée par le carré de la distance.

Je vous renvoie à Wikipédia pour avoir une définition complète de cette loi.

Un exemple sera plus clair: prenons deux objets, l’un situé à 2 mètres du flash, et l’autre à 6 mètres.

  • Si la diminution était linéaire, le second objet recevrait 6/2 = 3 fois moins de lumière que le premier,
  • Mais la loi de carré inverse nous indique que cet objet reçoit en fait 1/4 de la puissance à 2 mètres, et 1/6*6, soit 1/36 de la puissance à 6 mètres. A cette distance, l’objet va donc recevoir 9 (36/4) moins de lumière qu’à 2 mètres.

L’intensité lumineuse reçue par la scène que nous souhaitons éclairer, diminue donc très rapidement avec la distance, ce qui explique la portée relativement limitée des flashes de reportage.

Loi de carré inverse
Loi de carré inverse

Comme le montre le graphique précédent, à deux mètres de distance, l’intensité lumineuse n’est plus que de 1/4 de l’intensité initiale!

Vitesse de synchronisation / Synchro X

Lorsque l’on parle de flash, un terme revient très souvent: la synchronisation. Pour l’expliquer, rappelons d’abord brièvement le principe des obturateurs à rideaux de nos reflex.

Lorsque nous appuyons à fond sur le déclencheur de notre boîtier, il se passe deux choses: le miroir se lève, puis l’obturateur s’ouvre. A la fin du temps de pose, l’obturateur se referme, et le miroir revient dans sa position initiale.

L’obturateur est, en général, composé de deux rideaux, qui se déplacent toujours à la même vitesse, quelle que soit la vitesse d’obturation demandée. Cette vitesse de déplacement oscille, en général, entre 1/60 et 1/125 (voir 1/250). Pour obtenir les temps de pose demandés par le photographe, les obturateurs font varier le délai entre les translations du premier et du second rideau. Nous pouvons globalement identifiés deux modes de fonctionnement:

  • Si la vitesse d’obturation souhaitée est inférieure à la vitesse des rideaux (mode appelé vitesse lente): le premier rideau “s’ouvre” entièrement, permettant l’exposition complète du film. Lorsque le temps de pose est atteint, le second rideau “se ferme”.
  • Si la vitesse d’obturation souhaitée est supérieure à la vitesse des rideaux (mode appelé vitesse rapide), le second rideau commence à se déplacer, avant la fin du déplacement du premier. A un instant t, le film (ou le capteur) n’est donc jamais complètement exposé à la lumière. Les deux rideaux laissent une fente de lumière qui parcourt le film. Plus le temps de pose est court, plus la fente est étroite. La taille de la fente ne peut pas descendre en dessous d’une certaine valeur, pour ne pas générer de phénomène de diffraction.

Ces deux modes sont expliqués en détails dans l’article sur la vitesse d’obturation. Vous pouvez également voir fonctionner un obturateur d’un Nikon D3 « en live ».

L’éclair du flash est beaucoup plus brève que la vitesse des rideaux, il est donc important de déclencher l’éclair au moment ou le capteur est complètement visible, donc l’obturateur complètement ouvert. Dans le cas contraire, l’éclair ne serait visible qu’à l’endroit ou se trouvait la fente entre les deux rideaux, au moment du déclenchement de l’éclair.

Exemple de dépassement de la vitesse de synchro
Exemple de dépassement de la vitesse de synchro

Dans l’exemple juste au dessus, les photos ont été prise à 1/1000ième, 1/500ième, puis 1/300ième.

La vitesse de synchronisation est la plus grande vitesse pour laquelle le capteur peut être intégralement « illuminé » par l’éclair du flash. Nous pouvons donc considérer que cette vitesse correspond à la limite entre les modes vitesse lente et vitesse rapide des boîtiers. Nous retrouvons donc des vitesses de synchronisation de l’ordre de 1/60ième, 1/125ième pour d’anciens modèles, ou de 1/250ième sur des modèles plus récents, voir 1/500ième pour des modèles haut de gamme.

Synchronisation premier/second rideau

Prenons le cas d’un déclenchement en vitesse « lente »: Le premier rideau s’ouvre puis, après une certain temps fixé par la vitesse d’obturation demandée, le second rideau se ferme.
Par défaut sur la plupart des boîtiers, l’éclair du flash est déclenché au moment ou le premier rideau est complètement ouvert. Nous parlons alors de synchronisation premier rideau. L’avantage est que l’éclair intervient très vite après le déclenchement.

Mais ce type de fonctionnement peut générer des effets « bizarres » lorsque les temps de pause sont « longs ».

Déclenchement du flash sur le premier rideau
Déclenchement du flash sur le premier rideau

Dans cet exemple, j’avance de GAUCHE à DROITE, une bougie à la main. Pourtant, la trainée lumineuse précède  la bougie. Que s’est-il passé? Le schéma ci-dessous résume l’enchaînement des opérations.

Séquence de déclenchement au premier rideau
Séquence de déclenchement au premier rideau

Pour éviter ce problème, il est possible de ne déclencher l’éclair du flash, qu’au moment ou le second rideau commence à se fermer. Nous parlons alors de synchronisation deuxième rideau.

Séquence de déclenchement sur le second rideau
Séquence de déclenchement sur le second rideau

ce qui donne un résultat un peu plus conforme à la logique:

Déclenchement du flash sur le second rideau
Déclenchement du flash sur le second rideau

Quand / Comment choisir une synchronisation sur le premier ou le second rideau?
Dans le cas classique de la photo présentée, le second rideau s’impose. Cas similaires: une course automobile de nuit, les attractions d’une fête foraine, …

Mais dans une grande majorité de cas, il vaut mieux rester sur le premier rideau, surtout lorsque les sujets sont mobiles, et que nous utilisons des vitesses lentes. En effet, le flash va « figer » le sujet visé, au moment ou vous appuyez sur le bouton, et le temps de pause restant ne sera là que pour capturer la lumière ambiante de la scène. Si vous synchronisez sur le second rideau, le sujet aura certainement bougé, voir aura disparu du champ, au moment ou l’éclair se déclenchera. Vous aurez donc potentiellement une belle scène, mais vide…

L’effet second rideau n’est pas vraiment visible avec des vitesses d’obturation rapides, le délai entre la fin de l’ouverture du premier rideau, et le début de fermeture du second étant trop court.

Petit retour d’expérience amusant, démontrant l’utilité du second rideau: cet été je voulais faire un portrait des enfants devant un paysage éclairé. La nuit tombait, et j’ai choisi d’utiliser le flash. Pour que le paysage situé derrière ne soit pas trop sombre, j’ai opté pour une vitesse d’obturation relativement lente (1/30ième). Sur le premier rideau, le flash se déclenche en début de séquence, mais les enfants, comme à leur habitude, sont partis à peine le flash déclenché, et il n’y avait plus personne devant l’objectif, au moment de l’abaissement du miroir. Bilan: un beau paysage, mais des silhouettes fantomatiques à la place des enfants. Le déclenchement du flash au second rideau, m’a permis de contourner l’impatience des enfants: ils ont finalement attendu l’éclair du flash pendant toute la durée de la prise de vue.

Synchronisation « Haute vitesse »

Certains flashs électroniques proposent un mode synchronisation haute vitesse, qui autorise l’utilisation des vitesses d’obturation supérieur à la vitesse de synchronisation (synchro-X). Dans ce mode, le flash émet une série d’éclairs brefs mais rapprochées, pendant toute la durée d’ouverture du rideau.
Attention: le flash ne peut pas, dans ce mode, générer des éclairs d’une puissance équivalente à une éclair unique. La puissance du flash est répartie sur plusieurs éclairs au lieu d’être fournie en une seule fois. Vous n’obtiendrez donc pas le même niveau d’exposition qu’en vitesse normale.

Questions / Réponses

J’utilise un Canon 40D, et j’essaie d’obtenir des photos montrant l’obturateur, lorsque l’on dépasse la vitesse de synchronisation. Mais, même en basculant le boîtier et le flash en manuel, je n’y parviens pas.

Effectivement, malgré le positionnement du boîtier et du flash en mode manuel, il est impossible de dépasser la synchro-X. Même si la vitesse demandée est supérieure, le boîtier la changera au moment de la prise de vue. Je n’ai obtenu les clichés montrant l’obturateur, quand masquant les contacts avec de l’adhésif (sauf le contact central). J’en conclus que, sur ce boîtier, il est impossible d’avoir un mode 100% manuel. Je suis curieux de voir si cela est le cas pour les boîtiers plus haut de gamme.

Pourquoi le premier plan des scènes que je photographie au flash, est-il toujours plus exposé que l’arrière plan?

Je pense qu’il y a deux raisons: d’abord, l’appareil cherche à exposer correctement ce que vous « visez », et ensuite, l’arrière plan reçoit beaucoup moins de lumière. C’est la loi du carrée inverse qui nous le dit. Si lors d’une soirée, vous photographiez une personne située à 2 mètres de vous, même si le reste de la scène n’est qu’à 1 mètre derrière cette personne, la scène en question recevra deux fois moins de lumière.

Je suis sur la plage, un jour de forte luminosité, et je souhaite faire un portrait des enfants. Quel que soit le mode utilisé, mon boîtier refuse de prendre en compte les paramètres que je lui donne, je ne peux notamment pas choisir de grandes ouvertures !

Les fortes luminosités nécessitent, soit de courtes exposition (vitesses d’obturation rapides), soit de faibles ouvertures. Lorsque le flash est actif, la vitesse d’obturation ne peut pas excéder la vitesse de synchro (1/250ième). Donc le boîtier se cale sur cette valeur, et adapte l’ouverture en fonction. Dans les modes automatiques, ou priorité ouverture, il refusera tout décalage de programme, visant à augmenter l’ouverture. Supposons que sans flash la mesure d’exposition vous donne: f/2000, f/4, et que votre vitesse de synchro soit de 1/250ième. Après activation du flash, l’appareil va se caler sur 1/250, et donc vous donner une ouverture de f/11, et vous ne pourrez jamais descendre cette valeur. Si vous souhaitez absolument une grande ouverture, vous n’avez que deux solutions: soit vous prenez la photo sans flash, soit vous basculez votre flash en mode synchro haute vitesse, ce qui vous autorisera à dépasser les 1/250ième, et donc de choisir des ouvertures plus grandes.

Bilan

Nous venons de poser quelques définitions, et de comprendre les contraintes d’utilisation des flashes, vis-à-vis des vitesses d’obturation.
Si je vais une analogie avec les échecs, nous venons d’apprendre à reconnaître les pièces. Dans un prochain article, nous allons apprendre à les faire bouger …

Autres articles de cette série

  1. Inverser la loi de carré inverse (2 décembre 2010)
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  3. Photo au flash: le flash déporté (18 juin 2010)
  4. Photo au flash: exposer pour la lumière ambiante (12 mai 2010)
  5. Flash: diffuser / réfléchir la lumière (2 mars 2010)
  6. Photo au flash: 8 principes fondamentaux (21 janvier 2010)
  7. Photo au flash: le matériel (22 septembre 2009)
  8. Photographie au flash (Introduction) (21 septembre 2009)

4 thoughts on “Photo au flash: le matériel”

  1. Exposé intéressant.

    Une petite erreur que vous pouvez corriger : « la loi de carré inverse nous indique que cet objet reçoit en fait, (6-2)*(6-2) = 16 fois moins de lumière. »

    En fait en passant de 2m à 4m on divise par 4 l’énergie reçue, puis encore par 4 en passant de 4m à 8m. C’est donc à 8m que l’énergie est divisée par 16. Pour 6 m, il faut d’abord recalculer l’énergie reçue à 1m, c’est 4 fois celle reçue à 2m, appelons les E1 et E2, avec E1 = 4*E2. A 6m, en appliquant la loi en carré inverse on a E6 = E1/(6*6) = E1/36 = (4*E2)/36 = E2/9, soit 9 fois moins de lumière qu’à 2m.

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