PHOTOGRAPHIE Procédés argentiques

Les procédés trichromes

C'est le Britannique Thomas Young (1773-1829) qui démontra en 1802, à partir de travaux expérimentaux sur la dissection de l'œil, que la physiologie de la perception est régie par un mode trichrome. Les cellules visuelles qui tapissent le fond de la rétine présentent une sensibilité chromatique variable correspondant aux régions bleue, verte ou rouge du spectre lumineux. L'Allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894) prolonge les travaux de Young et précise, en 1852, la nature exacte des couleurs primaires exigées par la synthèse trichrome, qu'il s'agisse de mélanges de couleurs pigmentaires ou de rayonnements colorés.

Le principe de la trichromie constitue le dénominateur commun de l'ensemble des procédés photographiques – conventionnels ou numériques – qui sont mis en œuvre pour restituer la couleur. Il définit un système dans lequel il est possible de reproduire un maximum de couleurs à l'aide de multiples combinaisons de trois d'entre elles (primaires), judicieusement choisies. Cette simplification du problème de la reproduction des couleurs, critiquée par certains scientifiques dans la seconde moitié du xix^e siècle pour son incapacité à restituer avec exactitude les couleurs spectrales issues du prisme de Newton, prend en compte les limites du processus physiologique de la vision. L'œil n'a pas la capacité d'analyser individuellement les longueurs d'onde des radiations qui composent le spectre de la lumière naturelle, car les mécanismes de la vision privilégient une appréciation globale des univers colorés et ignorent la distribution spectrale des flux lumineux présents dans le champ visuel. Ainsi, une même sensation de couleur peut être produite par des lumières de compositions spectrales différentes (H. G. Grassmann, 1853).

Adoptant les points de vue de Young sur la nature trichrome de la vision, l'Écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) y apporte une contribution physique en réalisant, pour la première fois, l'étalonnage complet du spectre. Ses travaux participent à la définition du concept moderne d'espace colorimétrique, permettant de qualifier avec précision les propriétés des couleurs. Maxwell réalise la première projection de photographies trichromes lors d'une communication sur la nature des couleurs primaires devant la Société royale d'Angleterre en 1861. Lors de cette présentation, il formule le fait trichrome : « Bien que le nombre des couleurs nous semble illimité, elles peuvent toutes se ramener, au point de vue de l'impression qu'elles déterminent sur notre œil, à trois couleurs fondamentales, dont les combinaisons infiniment variées sont susceptibles de produire toutes les nuances possibles. »

L'expérience de Maxwell, aussi innovante fût-elle, n'était pas totalement satisfaisante ; la fidélité de la synthèse trichrome demeurait approximative, et seul le cas du mélange des lumières colorées était envisagé. Une solution globale, s'appliquant également aux mélanges pigmentaires, sera apportée en 1869 par deux Français, Charles Cros (1842-1888) et Louis Ducos du Hauron (1837-1920), qui définissent, simultanément et sans concertation préalable, les bases théoriques de la photographie des couleurs. Ducos du Hauron produit, à l'appui de sa communication, des épreuves sur papier qui, en dépit de leurs imperfections, constituent une prouesse réelle au regard des moyens disponibles à l'époque. À la fois pragmatiques et visionnaires, possédant une excellente connaissance des sciences de leur époque mais ne dédaignant pas les vertus de l'empirisme, les deux inventeurs montrent une voie qui ne sera que peu fréquentée par leurs contemporains, et ce malgré les espoirs entretenus par trente ans de photographie achrome et une quête de la couleur dont les origines sont antérieures à la découverte de la photographie. Les solutions envisagées par Cros et Ducos du Hauron permettent d'étendre le champ d'application de la méthode trichrome à la production d'épreuves en dépassant les limites de la méthode additive par projection proposée par Maxwell. Leurs propositions préfigurent ce qui va devenir le mode trichrome soustractif. Ce principe s'applique encore aujourd'hui à la majorité des procédés de production d'épreuves en couleurs, qu'ils soient photographiques ou photomécaniques, analogiques ou numériques.

La reproduction soustractive des couleurs repose sur deux étapes essentielles (photos 4) :

– La sélection trichrome, sous la forme de trois images représentant les séparations du bleu, du vert et du rouge. Ces dernières pouvent être indépendantes (procédés photographiques en couleurs historiques et techniques de photogravure) ou superposées (procédés modernes).

– La formation de l'image définitive par superposition de trois positifs colorés en jaune, magenta et cyan (bleu-vert) sur un support blanc (épreuve) ou transparent (film).

Le choix du terme soustractif s'explique par la soustraction opérée à l'intérieur de chacune des trois couches vis-à-vis de la lumière utilisée pour l'examen de l'image. La couche colorée en jaune est absorbante pour la composante bleue de la lumière blanche, celle qui est colorée en magenta absorbe la composante verte et la dernière – colorée en cyan – absorbe la composante rouge. La saturation des trois couches en matières colorées entraîne l'extinction de la lumière blanche et restitue le noir.

Le procédé interférentiel Lippmann

En 1891, le physicien français Gabriel Lippmann (1845-1921) présente un procédé qui repose sur l'enregistrement d'un système d'ondes stationnaires formé par réflexion du faisceau image sur un miroir liquide de mercure. Ce dispositif confirme, par la méthode expérimentale, les travaux d'Augustin Fresnel (1788-1827) sur la nature ondulatoire de la lumière mais restera, en dépit des multiples améliorations qui lui seront apportées, une technique de laboratoire utilisable par une élite d'opérateurs, seule capable d'en surmonter les difficultés opératoires.

La plaque autochrome des Lumière (photos 5)

L'autochrome, mis au point par Louis (1864-1948) et Auguste (1862-1954) Lumière, est le premier procédé de photographie couleur trichrome produit à l'échelle industrielle. Le premier brevet décrivant l'invention date de 1903 et la commercialisation des premières plaques a lieu en 1907. L'autochrome s'inscrit dans la famille des plaques additives à réseau, dont le dispositif théorique avait été imaginé par Louis Ducos du Hauron dans son traité sur la couleur publié en 1869. Le filtre trichrome est constitué d'une juxtaposition de grains de fécule de pomme de terre teintés en violet, vert et orangé – on en dénombre de 6 000 à 7 000 par millimètre carré – dont le diamètre moyen est d'environ 12 micromètres (photo 5b). La couche sensible, placée au contact du réseau coloré, est une émulsion panchromatique au gélatinobromure d'argent. Dans l'appareil de prise de vue, la lumière transmise par l'objectif impressionne la couche argentique après avoir traversé la mosaïque trichrome. Grâce à ce subterfuge, on obtient une exposition sélective des micro-surfaces d'émulsion placées au contact du réseau trichrome. Après un traitement conventionnel par inversion, mettant en place une image positive, les grains de fécule qui n'ont pas été obturés par le dépôt argentique constituant l'image positive restituent une représentation colorée de la scène originale.

Le procédé chromogène

À la différence des techniques historiques, qui emploient des colorants ou des pigments préexistants participant directement à la formulation des couches photographiques, le concept de traitement chromogène repose sur la synthèse chimique de composés colorés dans la couche image, lors de l'opération de développement. Dès la seconde moitié du xix^e siècle, on constate que le développement des images argentiques monochromes peut s'accompagner de la formation d'une image secondaire colorée, produite à partir des produits d'oxydation de la substance réductrice incorporée dans le révélateur. On observe également que la densité de cette image secondaire est proportionnelle à celle de l'image primaire constituée d'argent métallique. En 1907, le chimiste allemand Benno Homolka (1860-1925) exploite cette anomalie pour mettre au point le concept de développement chromogène. Il parvient à développer une image argentique accompagnée d'une image secondaire bleue constituée de colorant bleu indigo. Pour être applicable à la formation d'images trichromes, le processus de synthèse doit être amélioré. R. Fischer et H. Siegrist étendent les possibilités de cette technique en introduisant, en 1912, la notion de coupleur. Après réduction de l'image argentique, les produits d'oxydation du révélateur chromogène réagissent avec des composés achromes, les coupleurs – appelés également formateurs de colorants –, pour produire des matières colorantes. Par un choix adapté des coupleurs, on peut former des colorants compatibles avec les exigences colorimétriques de la synthèse trichrome.

La mise au point d'un film couleur chromogène nécessitera encore une vingtaine d'années de recherches (fig. 5). Il faut, en particulier, sélectionner une molécule réductrice compatible avec la synthèse de trois colorants (jaune, magenta et cyan) dans des couches images superposées, et rendre impossibles les migrations de coupleurs entre les différentes couches. Le Kodachrome et l'Agfacolor-Neu sont, en 1936, les deux premiers films chromogènes mis sur le marché.

Les coupleurs peuvent être répartis selon trois familles :

– les coupleurs méthyléniques à chaîne ouverte, qui produisent principalement des colorants jaunes ;

– les coupleurs méthyléniques cycliques, pour la formation des colorants magenta ;

– les coupleurs méthiniques, appartenant à la classe des phénols et naphtols, pour la formation des colorants cyan.

Dans la majorité des procédés, les coupleurs sont intégrés dans la couche d'émulsion au stade de la fabrication. Seul le Kodachrome, qui a subi de multiples évolutions depuis sa commercialisation, utilise des coupleurs dissous dans des révélateurs spécifiques.

La formation d'un colorant chromogène se décompose en trois étapes (fig. 6) :

– un développement argentique primaire, qui met en place une image argentique accompagnée de la production de formes oxydées du réducteur présent dans la formule de révélateur ;

– une oxydation du coupleur, par les molécules du réducteur oxydé (réaction de copulation), formant un leuco-dérivé (faiblement coloré ou incolore) ;

– la formation du colorant définitif, par oxydation du leuco-dérivé.

D'un point de vue théorique, les spectres d'absorption de chacun des trois types de colorants chromogènes devraient recouvrir une bande spectrale représentant approximativement un tiers du spectre des radiations visibles, avec des transmissions maximales alignées sur la sensibilité chromatique des capteurs rétiniens. Dans la pratique, si la courbe du jaune peut être considérée comme satisfaisante, on constate qu'il existe des plages de recouvrement relativement importantes pour les colorants magenta et cyan, dans la zone spectrale de longueur d'onde inférieure à leur pic de transmission (fig. 7). Ces défauts de transmission altèrent la restitution des couleurs, en créant des phénomènes de désaturation aggravés par un assombrissement des tons. Sur les systèmes d'épreuves historiques (procédés pigmentaires ou à transfert de colorants), les absorptions indésirables de l'original étaient compensées par l'interposition de films masques durant le processus de tirage. Cette procédure, longue et fastidieuse, a été progressivement abandonnée avec la mise au point, en 1948, des premières émulsions dotées de masques colorés internes. Le dispositif est imaginé par un chercheur du laboratoire Kodak de Rochester, Wesley T. Hanson (1913-1987), qui apporte la couleur dans des molécules de coupleurs, initialement incolores, en leur greffant chimiquement un groupement chromophore.

Cette coloration résiduelle, tolérable sur un système négatif-positif, n'est pas applicable à la correction des émulsions inversibles (diapositives). Afin de pallier cette lacune, les émulsionneurs ont développé, en 1969, une nouvelle catégorie de coupleurs sur lesquels ils ont greffé des radicaux retardateurs du développement (technologie DIR, development inhibitor releasing, décharge d'inhibiteurs du développement). Ce nouveau dispositif repose sur l'initiation d'effets inter-couches pendant le développement. Des radicaux retardateurs sont libérés proportionnellement à la quantité de colorant formée et migrent vers les couches adjacentes où ils ralentissent l'activité du révélateur. Au-delà des aspects purement colorimétriques, cette technique améliore de manière significative la granulation.

Procédés par destruction sélective de colorants au contact d'une image argentique (Cibachrome, Ilfochrome)

Ce support de tirage trouve son origine dans un procédé de cinéma en couleurs introduit en 1934, le Gasparcolor, qui reposait sur le blanchiment sélectif de matières colorantes, généralement issues de la famille des diazoïques, au contact d'une image argentique (procédé SDB, silver dye bleach). Des recherches visant à adapter ce procédé à la production d'épreuves photographiques sont menées vingt ans plus tard par le groupe chimique suisse Ciba, qui met en place une collaboration avec les chercheurs d'Ilford. Le Cibachrome est présenté en 1963. Initialement destiné au marché amateur, il est ensuite décliné dans une version professionnelle.

Les colorants jaune, magenta et cyan, issus de la famille des colorants azoïques et bénéficiant d'une stabilité supérieure à celle de leurs homologues chromogènes, sont introduits au stade de l'émulsionnage. Chacune des trois couches du sandwich trichrome associe ces molécules colorantes aux cristaux d'halogénures d'argent. Après exposition, on procède au développement dans un révélateur noir et blanc afin d'obtenir une image monochrome argentique. Cette dernière est ensuite oxydée dans un bain de blanchiment qui détruit également les molécules colorantes présentes aux endroits où l'argent de l'image négative a été formé. Le traitement est complété par un fixage qui débarrasse la couche de l'ensemble des composés argentiques résiduels. Le principe général de la formation des images de type SDB est à l'opposé de celui des images chromogènes, puisqu'il réside dans la destruction sélective de matières colorantes initialement présentes dans la couche sensible. La discrimination opérée lors de l'opération de blanchiment s'appuie sur l'action catalytique de l'image négative argentique formée en début de traitement.

Ces émulsions sont trop peu sensibles pour permettre la fabrication de films de prise de vue. Leur lenteur relative les destine au tirage de diapositives sur papier et à la reprographie (microformes couleurs). En 1991, la marque Cibachrome est devenue Ilfochrome, à la suite du rachat du groupe Ilford par le papetier nord-américain International Paper.

Kodak Dye Transfer (photos 6)

Le Dye Transfer, commercialisé en 1946 par la firme Kodak, appartient à la famille des procédés à transfert de colorants (procédés dits hydrotypiques) imaginés par Charles Cros dès 1882. Il peut être comparé au procédé cinématographique Technicolor trichrome (1932) qui met en œuvre une technique similaire pour la production de copies positives. À partir d'un jeu de négatifs de sélection, on tire trois positifs sur un film matrice argentique recouvert d'une couche de gélatine tendre (non tannée). Après traitement dans un révélateur tannant et dépouillement à l'eau chaude, il subsiste une image en relief dont la hauteur est proportionnelle à la densité de l'image argentique formée. Les trois matrices correspondant aux clichés de sélection bleu, vert et rouge sont ensuite immergées dans des solutions de colorants respectivement jaune, magenta et cyan. L'absorption de colorant est modulée par la quantité de gélatine présente dans le relief. Les trois matrices sont ensuite placées au contact d'une feuille de papier gélatinée qui a été préalablement mordancée (traitement par des sels d'aluminium permettant la fixation de matrices colorantes par la gélatine) et conditionnée en milieu légèrement alcalin. La différence d'acidité existant entre la matrice et le papier récepteur entraîne la migration du colorant vers le papier. Le report successif des trois images colorées, à l'aide d'un dispositif de repérage approprié, permet de réaliser une restitution soustractive de l'image originale.

La réputation du procédé s'est établie sur le bon niveau de stabilité des images produites ainsi que sur les possibilités de montage et de retouche offertes par l'emploi d'une sélection trichrome. L'introduction de la retouche numérique, au début des années 1990, a progressivement limité l'utilisation de ce procédé avant son retrait du marché en 1993.

Procédé Fresson

Les tirages Fresson quadrichromiques n'appartiennent pas à la famille des procédés argentiques. Leur technique a été élaborée à partir d'un procédé pigmentaire monochrome mis au point par Théodore Henri Fresson en 1899. Son petit-fils, Pierre Fresson, adapte la technique à la couleur en 1952. Depuis trois générations, le procédé est perpétué dans l'atelier familial situé à Savigny-sur-Orge, dans la banlieue sud de Paris. L'épreuve définitive est construite à partir du dépouillement successif de quatre couches de matières colloïdales (gélatine, gomme arabique...) sensibilisées à l'aide de sels de chrome (bichromate de sodium ou de potassium) et qui incorporent des pigments correspondant aux couleurs primaires de la quadrichromie (cyan, magenta, jaune et noir). Le support récepteur subit quatre cycles successifs de traitements (préparation du support, sensibilisation, exposition et dépouillement). L'apparition de l'image est facilitée par l'utilisation de sciure de bois : mise en suspension dans l'eau de dépouillement, elle exerce une action abrasive sur la couche image. Le procédé repose sur la disponibilité d'une sélection trichrome réalisée en ton continu, généralement exécutée par contact, qui peut être obtenue à partir d'un original négatif ou positif. Le procédé Fresson appartient à la famille des procédés pigmentaires directs (sans transfert).