La Photographie

Introduction

La photographie fait partie de notre quotidien, sans que nous ne nous en rendions vraiment compte. Dans nos vies, elle est beaucoup plus importante que nous ne le pensons. Regardons seulement ce que nous en faisons : elles servent de preuves scientifiques; d'éléments de manchette; comme simple souvenir de famille; nous montres des endroits inaccessibles telles les autres planètes. Tout cela peut sembler banal. La preuve : combien d'entre nous se sont seulement poser la question pour savoir " comment ça marche "? Bien peu à mon avis. Pourtant, cette inovation ne s'est pas développée du jour au lendemain. C'est la question à laquelle je désirais répondre depuis longtemps. Aujourd'hui, je vous présente ce que j'ai découvert à propos de cette merveille technologique. Tout d'abord, un bref historique, suivi de quelques explications concernant les pellicules, et finalement une méthode de développement.

Pier-Yves Trépanier, janvier 2001
Dans le cadre du cours de Chimie 584
tpieryves@hotmail.com

Le sténopé

Principe du sténopé Un des principes à la base de la photographie, le sténopé, fut observé pour la première fois au IVe siècle av. J-C par Aristote. Il remarqua que la lumière du jour qui pénétrait par un petit trou dans le mur d'une pièce fermée formait sur le mur opposé une image inverse des objets situés à l'extérieur, devant l'orifice. Il venait de découvrir le principe de la chambre noire.

Mais c'est Léonard de Vinci qui, au XVIe siècle, expliqua en détail le fonctionnement de la camera obtura ( chambre obscure ). Il réalise que pour obtenir une image nette, de diamètre du trou ne doit pas excéder un demi-millimètre. Plus tard, Jérôme Carden eut l'idée de placer une lentille convergente à la place du trou, augmentant ainsi la luminosité et la finesse de l'image. L'utilisation de la chambre obscure se généralisa au cours du XVIIe siècle. Elle était employée surtout par les dessinateurs, qui calquaient sur un papier l'image projetée à travers le sténopé.

Photosensibilité

Le principe du sténopé captait l'intérêt, mais l'image n'était que temporaire. On cherchait un moyen pour la fixer définitivement. En 1565, l'alchimiste Fabricius remarque que le chlorure d'argent est sensible à la lumière. Au XVIIIe siècle, le chimiste Carl Wilhelm Scheele étudie l'action de la lumière sur le chlorure d'argent et constate qu'il noircit plus ou moins rapidement, selon la luminosité.

En 1802, l'Anglais Thomas Wegwood réussit à fixer une image sur des plaques de sels d'argent, mais cette photographie rudimentaire disparaît rapidement, puisque les sels demeurent sensibles après l'exposition. En 1815, le chimiste Français Joseph Nicéphore Niepce devient l'inventeur de la photographie proprement dit. Il réussit à fixer à l'acide nitrique une image sur papier imprégné de chlorure d'argent ; il obtient une image négative. En 1822, il obtient la première image positive en exposant une plaque de verre recouverte de bitume de Judée, une substance ayant la caractéristique de devenir insoluble une fois impressionnée. Cette photographie est la première recensée et a nécessité 8 heures d'exposition au Soleil.

Le Daguerréotype

En 1829, Niepce s'associe à Daguerre, un peintre qui s'intéressait à ses travaux. Ils travaillent séparément pendant 4 ans en se communiquant les résultats de leurs recherches respectives. Mais en 1833, Niepce décède suite à une attaque; trop tôt hélas pour jouir du résultat de ses travaux. Daguerre continue les recherches seul pendant 6 ans. Louis Jacques Mandé Daguerre

En 1839, Daguerre publie le résultat de ses recherches et commercialise son procéder de photographie baptisé le daguerréotype. Le daguerréotype consistait en une surface sensible caractérisée par une couche à base d'iodure d'argent. Pour fixer l'image, il avait découvert que l'élément fondamental du bain de fixage des photographies, l'hyposulfite de soude, pouvait dissoudre les atomes des composés d'argent photosensibles avant qu'ils n'aient été impressionnés par la lumière et changés en image visible. En revanche, l'hyposulfite ne dissolvait pas les atomes impressionnés. Cette découverte permit à Daguerre de plonger l'image impressionnée dans un bain et d'arrêter toutes réactions chimiques avant que l'action de la lumière n'entre en jeu et n'efface l'image. À part le fixage, le procédé de Daguerre était différent des procédés modernes. Le daguerréotype faisait appelle à une plaque de cuivre à la surface argentée, polie. En la plaçant, face argentée en dessous, au-dessus d'un récipient dégageant des vapeurs d'iode, on la rendait photosensible. Ces vapeurs se combinaient à l'argent pour produire de l'iodure d'argent photosensible. Exposée, la plaque enregistrait une image latente, donc invisible. Le développement s'effectuait en plaçant la plaque, face impressionnée en dessous, dans une seconde boîte contenant cette fois un récipient plein de mercure que l'on chauffait. Les vapeurs du mercure se combinaient aux atomes d'iodure d'argent exposés. Là où les rayons lumineux avaient atteint la plaque, le mercure engendrait un alliage à base d'argent. Cette méthode faisait apparaître les régions claires de la photo, tandis que les zones non-impressionnées par la lumière faisaient apparaître les régions sombres. Le temps d'exposition de la plaque était environ de 20 à 30 minutes.

Parallèlement, l'Anglais William Fox Talbot travaillait sur un projet semblable à celui de Daguerre, sans toutefois connaître l'existence des travaux de ce dernier. En 1841, il fit breveter le calotype. Son procéder, encore utilisé de nos jours, utilisait un négatif qui permettait la réalisation de plusieurs épreuves positives ( contrairement au daguerréotype ) et ce par simple contact. Cette invention ne connut qu'un bref succès, car le daguerréotype offrait encore certains avantages par rapport au calotype, dont la qualité de l'image.

De plus en plus accessible

Dans les cinquante années qui suivirent, la photographie devint très répandue, malgré le fait qu'elle nécessitait beaucoup de patience et un matériel encombrant. L'industriel George Eastman se proposa alors pour fabriquer un appareil facile à manier et moins coûteux, permettant ainsi à la photographie d'être à la portée de tous. Il eut l'idée d'intégrer à son invention un rouleau et un film pouvant prendre jusqu'à 100 images successives. Lorsque celui-ci était plein, il était envoyé à la compagnie, qui le développait et en renvoyait un nouveau. Eastman baptisa son procéder kodak, et il connut un succès immédiat.

Le premier appareil compact nous vient d'un allemand, Oscar Barnack. Il développa son invention à la suite d'une escalade en montagne, car il avait trouvé son matériel photographique trop imposant. En 1924 apparut le Leica, un appareil petit, de haute résolution, pesant à peine 500 grammes et pouvant prendre 36 clichés sur un film 35 mm. Sa légèreté et son faible coût en firent le modèle courant pour les appareils photographiques modernes.

Pellicules photographiques

La photographie est basée sur le fait que certains matériaux sont photosensibles, c'est-à-dire, qu'ils réagissent à la lumière. Celle-ci est donc un élément essentiel. Les matériaux photosensibles abondent dans la nature, mais seulement un nombre limité d'entre eux noircissent lorsqu'ils sont impressionnés. Ce sont eux qui ont capté l'attention des chimistes. Aujourd'hui, ce sont les halogénures d'argent qui servent le plus. Les principaux halogènes utilisés sont le brome, le chlore et parfois l'iode.

Le film noir&blanc

Les films noir&blanc sont classés dans 3 catégories. Le film à émulsion ordinaire, qui n'est sensible qu'au violet, au bleu et à l'ultraviolet proche, donne des images très contrastées et n'est utilisé que pour la reproduction de documents qui ont une gamme de tons très réduite. Il peut être manipulé en lumière rouge ou orangée car elles sont inactiniques ( elle n'agisse pas sur la surface sensible ) pour lui. Le film orthochromatique est sensible au violet, au bleu et au vert. Sa sensibilité au jaune est faible et est presque nulle pour l'orange et le rouge. La plupart des papiers noir&blanc sont orthochromatiques. Il peut être manipulé en lumière rouge. Le film panchromatique est sensible à toutes les couleurs du spectre visible avec une faiblesse pour le vert. Il convient à toutes les prises de vues courantes mais ne peut être manipulé que dans l'obscurité totale.

Structure

Un film noir&blanc est constitué d'un support de 90 nanomètres d'épaisseur sur lequel sont disposées les autres couches, dont celle photosensible.

  1. Couche anti-abrasion : Sert à protéger la couche d'émulsion des égratignures et de tout frottement qui pourrait l'endommager. Elle est faite de gélatine durcie qui disparaît au développement.
  2. Couche d'émulsion : Partie sensible qui réagira aux rayons lumineux et qui gardera la trace de l'image. Elle est constituée d'un mélange de sels d'argent photosensible.
  3. Support : Mentionnée plus haut, cette couche est la plus épaisse et comporte une base transparente.
  4. Couche antihalo et anti-boucle : La couche antihalo a pour rôle d'absorber les rayons parasites qui pourraient faire des tâches sur la photo. La couche anti-boucle, elle, neutralise les contractions dues au collage des différentes couches. Elle maintient la planéité de la pellicule.

Sturture générale d'un film

Caractéristiques des émulsions

L'émulsion est une mince couche de gélatine qui réagit chimiquement lorsqu'elle est exposer à la lumière. Elle contient des millions de très petits cristaux de chlorure d'argent et/ou de bromure d'argent qui sont des substances photosensibles. Dans un film noir&blanc, une seule couche est nécessaire pour capturer la lumière. Mais dans le film couleur, 3 couches captent respectivement les 3 couleurs base.

Le grain et la rapidité
Une émulsion est d'autant plus rapide que son grain n'est gros. Il faut moins de lumière pour impressionner des gros cristaux espacés que pour des petits rapprochés. On dit alors qu'un film à forte granulation est rapide, puisqu'il demande moins de temps d'exposition. Par contre, le contraste sera très faible et l'image sera plus granuleuse ( moins bonne résolution ). Ce défaut paraît peu en temps normal mais devient flagrant lorsque vient le temps de faire un agrandissement. À l'opposé, les petits grains nécessitent une plus grande quantité de lumière ( temps d'exposition plus long ) mais on un contraste bien meilleur. De plus, un film ne peut enregistrer un détail plus petit que la grosseur de ses grains, ce qui fait qu'un film à petits cristaux aura une meilleure définition. Le choix du grain dépend de l'usage qu'on veut en faire et de l'éclairage.
La rapidité d'un film s'exprime selon la norme internationale ISO. La sensibilité d'un film augmente avec le nombre qui l'exprime. Par exemple, un film de 50 ISO est deux fois moins sensible qu'un film de 100 ISO.

Sensibilité chromatique
Le film noir&blanc enregistre sous forme de gris plus ou moins dense les couleurs, c'est-à-dire, les différentes longueurs d'onde de la lumière. L'émulsion doit donc être sensible aux longueurs d'onde désirées ( habituellement, la lumière visible ). Parmi les types d'émulsion mentionnés plus tôt, celle utilisée pour prendre un cliché normal est la panchromatique, puisqu'elle est sensible à l'ensemble du spectre visible.

Le film couleur

Pour comprendre le principe de la photographie couleur, il est indispensable de maîtriser certaines notions sur la lumière.

Notions élémentaires sur les couleurs

La lumière est composé de 3 couleurs primaires : rouge, vert et bleu. L'addition de ces trois couleurs donne le blanc. Ces trois couleurs peuvent également former les couleurs complémentaires. Le schéma de gauche représente la synthèse additive des couleurs de base, par laquelle on obtient les couleurs complémentaires, et celui de droite la synthèse soustractive des couleurs complémentaires, par laquelle on obtient les couleurs primaires.

Couleurs primaires et complémentaires

Les objets que nous voyons sont le résultat du phénomène d'absorption et de réflexion des couleurs. Un objet qui nous paraît rouge a absorbé le vert et le bleu pour réfléchir seulement le rouge, et c'est ce que nous voyons. Toutes les nuances de couleurs sont obtenues suivant le même principe.

Synthèse additive
Le diagramme de gauche représente le principe de la synthèse additive des couleurs de base, par laquelle on peut obtenir les couleurs complémentaires. Par exemple, si notre œil perçoit des rayons rouges et des rayons verts, le résultat sera que l'on verra l'objet jaune. Le rassemblement des 3 couleurs de base donne le blanc.

Synthèse soustractive
On peut obtenir les couleurs de base par synthèse soustractive des couleurs complémentaires. Ainsi, pour obtenir la couleur bleue à partir du blanc, on utilise un filtre magenta et un autre cyan, qui sont les deux couleurs tirées du bleu. Le filtre magenta laissera passer uniquement les rayons rouges et bleus, tandis que le filtre cyan laissera passer le vert et le bleu. Le résultat est que seul le bleu sera visible; les autres couleurs auront été absorbées. C'est ce principe qui est utilisée pour les pellicules couleurs. Le rassemblement des trois filtres donne le noir, puisque toutes les couleurs sont absorbées.

Structure du film couleur

La composition d'une pellicule couleur est très semblable à celle d'un film noir&blanc, à la différence près qu'il y a trois couches d'émulsion : une couche sensible au bleu, qui est constitué d'une émulsion ordinaire et qui enregistre la couleur sous forme de pigments jaunes; une émulsion orthochromatique sensible au vert qui donne des pigments magenta; et une émulsion panchromatique sensible au rouge qui donne des pigments cyan.

Structure générale d'un film couleur

Lors de l'exposition, chacune des couches est impressionnée par la lumière. Chaque couche forme après traitement une couleur complémentaire de celle à laquelle elle est sensible.

Développement

Ce que nous appelons communément le développement est en fait deux étapes bien distinctes. La première, le développement, consiste à transformer l'image latente qui est sur la pellicule en un négatif. Ensuite, le tirage est un procéder qui consiste à passer du négatif à une épreuve sur papier ( positif ).

Le développement

Le développement consiste à rendre visible l'image latente en dissociant le bromure d'argent insolé en argent métallique, qui forme une image négative. Le bromure d'argent non-insolé sera ensuite éliminer.

Le révélateur
Cette étape s'effectue à l'aide d'un bain révélateur, et consiste à transformer les cristaux de bromure d'argent altérés en argent métallique, sans modifier la structure des cristaux non altérés. La durée de ce processus doit être précise, et l'action du révélateur doit être stoppée à l'instant adéquat par un bain d'arrêt. Sans ce bain d'arrêt, composé d'acide acétique, le révélateur continuerait son action et finirait par transformer les cristaux non altérés, et détruirait progressivement l'image. L'objectif lors du développement est alors de contrôler le temps de révélation afin d'obtenir un négatif correct, c'est-à-dire contrôler la réaction chimique, de façon à ne transformer que les cristaux qui ont reçu une certaine quantité de lumière. Le réducteur ( ou révélateur ) utilisé pour cette opération est l'hydroquinone.

Le fixage
Le fixage consiste à rendre l'image stable. Pour ce faire, on utilise comme fixateur l'hyposulfite de sodium, qui forme avec le bromure d'argent restant un sel complexe qui est soluble dans l'eau. Suite au fixage, le film n'est plus sensible à la lumière.

Le lavage
Cette étape est relativement simple, mais très importante. D'une durée d'au moins 20 minutes, le lavage a pour but de débarrasser le film de toutes traces de produit chimique qui pourrait, à la longue, détériorer le négatif. L'eau, de préférence non calcaire, est le meilleur produit a utilisé. Lors du dernier rinçage, on ajoute à l'eau un agent mouillant qui permettra au film d'être complètement antistatique.

Le tirage

Le tirage consiste à obtenir une épreuve sur papier à partir d'un négatif. Le procéder est exactement le même que celui du développement, à l'exception près que l'image devra être agrandie. Pour se faire, on place le négatif dans un agrandisseur, et on projète l'image sur un papier photographique photosensible. Ensuite, on plonge l'image latente dans un bain révélateur, suivi du bain d'arrêt, et du fixateur. Ensuite on rince à l'eau pour enlever tous les restes possibles de produits chimiques, on fait sécher, et on admire !

Tirage

Conclusion

La photographie rassemble deux très beaux domaines : la chimie et la physique. Ensemble, ces deux sciences nous donne le moyen " d'écrire la lumière " et ainsi de conserver des souvenirs inoubliables. Personnellement, je classerais la photographie comme l'une des plus brillantes inventions du XIXe siècle.

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Sources :

"Photography," Microsoft® Encarta® Encyclopedia 99. © 1993-1998 Microsoft Corporation
Collectif, La photographie, Édition Ouest-France, 1991, 281p.
http://personal.nplus.gf/~berger/pages/Histoire.html
http://www.multimania.com/fa1unn/dossier.html
http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/chimisterie/9611/SBeland.html
http://www.multimania.com/photo87/index.html
http://jguellec.free.fr/photos/nb.htm
http://myweb.worldnet.net/~jjeee/technique%20photo/developpement%20noir%20et%20blanc(pratique).htm
http://perso.club-internet.fr/franky82/films.htm

Concernant les droits d'auteurs :

Bien que les références exactes n'aient pas été indiquées, toutes les figures présentent sur cette page ont été puisées à même les références ci-dessus.

Trepy, Janvier 2001