Comment un écran fabrique-t-il ses couleurs ?

01Une image se construit avec de petits éléments

Une image numérique est organisée en pixels. Sur une dalle LCD courante, chaque pixel est formé de trois composantes, rouge, verte et bleue, que l’on appelle sous-pixels. Chacune peut typiquement prendre 256 niveaux d’intensité, ce qui donne environ 16,7 millions de combinaisons possibles. Et l’image entière est souvent redessinée 60 fois par seconde, parfois davantage.

Ces éléments sont minuscules. En 2010, Apple présentait l’écran de l’iPhone 4 : 960 pixels sur 640, soit 326 pixels par pouce, une densité telle que, selon le fabricant, l’œil ne distingue plus les pixels à distance de lecture normale. Leur disposition varie selon les écrans : certaines dalles ajoutent une composante ou organisent leurs sous-pixels autrement. Le principe reste le même : doser de la lumière à une échelle assez fine pour former les détails et les couleurs de l’image.

02Notre œil ne lit pas un nom sur chaque rayon

La rétine contient des cellules appelées cônes, qui participent à la vision des couleurs. Dans la vision humaine la plus courante, trois grandes familles de cônes réagissent différemment selon la longueur d’onde de la lumière. Leurs domaines de sensibilité se recouvrent largement : chacune répond à une vaste plage de couleurs, avec plus ou moins d’intensité.

Le système visuel compare les réponses de ces trois familles. Des lumières physiquement différentes peuvent ainsi produire la même sensation de couleur. C’est cette propriété qu’exploite l’affichage : pour donner l’impression du jaune, il suffit de provoquer dans nos cônes une réponse semblable à celle que déclencherait le vrai citron. La perception dépend aussi de l’observateur et du contexte visuel.

03Mélanger de la lumière, pas de la peinture

En mai 1861, à la Royal Institution de Londres, le physicien écossais James Clerk Maxwell projette devant son auditoire l’image d’un ruban écossais. Il a fait photographier ce ruban trois fois en noir et blanc, à travers un filtre rouge, un filtre vert et un filtre bleu. Projetées à travers les mêmes filtres et superposées, les trois images reconstituent les couleurs du ruban : c’est l’une des premières photographies en couleurs, et la démonstration que trois lumières bien dosées suffisent à recréer une large palette.

En France, les frères Lumière exploitent le même principe sous une autre forme. Brevetée le 17 décembre 1903 et fabriquée à partir de 1907, leur plaque autochrome est recouverte d’un réseau de grains microscopiques de fécule de pomme de terre, teints en rouge orangé, en vert et en bleu violet. Chaque grain agit comme un petit filtre : une mosaïque de couleurs qui annonce, près d’un siècle plus tôt, celle des sous-pixels.

On parle de mélange additif, parce que les contributions lumineuses s’ajoutent : du rouge et du vert donnent une sensation de jaune, les trois composantes équilibrées un blanc. Avec la peinture, c’est l’inverse : les pigments absorbent une partie de la lumière qui les éclaire, et chaque couleur ajoutée en retire un peu plus. Un écran, lui, envoie directement sa lumière vers vos yeux.

04LCD et OLED n’allument pas l’image de la même manière

Dans un écran LCD, un rétroéclairage placé à l’arrière fournit la lumière. Des cristaux liquides commandés électriquement règlent la quantité de lumière qui traverse chaque sous-pixel, entre deux polariseurs, avant qu’un filtre coloré ne lui donne sa teinte. Les cristaux jouent le rôle de volets, la lampe est derrière eux.

Dans un écran OLED, ce sont des matériaux organiques qui émettent eux-mêmes de la lumière lorsqu’ils sont parcourus par un courant. Un sous-pixel éteint n’émet rien, ce qui permet des noirs très profonds. Selon l’architecture de la dalle, des filtres ou des conversions de couleur peuvent aussi intervenir. Luminosité, contraste et organisation des sous-pixels diffèrent donc d’une technologie à l’autre, et l’étiquette LCD ou OLED renseigne mal, à elle seule, sur la fidélité des couleurs.

05Pourquoi la même photo change-t-elle d’un écran à l’autre ?

Les nombres qui décrivent une couleur dans un fichier doivent être interprétés dans un cadre commun. Les espaces de couleurs, comme sRGB, définissent ce cadre. Chaque écran possède en outre sa propre gamme de couleurs atteignables, ainsi que des réglages de luminosité et de blanc. Deux appareils peuvent donc rendre différemment un même fichier.

Les nuances intermédiaires comptent autant que les couleurs vives : le passage de l’ombre à la lumière sur la peau d’un citron demande un dosage progressif, que les réglages de la dalle et la gestion des couleurs peuvent comprimer ou étirer. Les pixels d’une photo sont des instructions lumineuses, interprétées une première fois par l’appareil, puis une seconde fois par votre regard.