Chapitre 2 : La Lumière

CHAPITRE 2 : ÉCLAIRAGE

LES LAMPES

Caractéristiques d'une lampe

Les sources lumineuses fonctionnent par incandescence ou luminescence. L'architecture du projecteur détermine la famille de lampe. La position de la lampe et la configuration de son filament doivent être conformes aux spécifications du projecteur.

Les caractéristiques d'une lampe incluent :

• Son culot

• Sa tension d'alimentation (V)

• Sa puissance électrique (W)

• Son efficacité lumineuse (lm/W)

• Sa température de couleur (K)

• Sa forme et ses dimensions

• Sa durée de vie

On distingue 4 types de lampes :

1. Lampes à incandescence tungstène-halogène (TH)

2. Lampes à décharge aux halogénures métalliques (HMI)

3. Éclairage par fluorescence

4. Éclairage par LED

Lampes à incandescence tungstène-halogène (TH)

Le filament en tungstène est porté à incandescence par un courant électrique. La sublimation du filament dépose du tungstène sur la paroi, réduisant l'efficacité lumineuse et la Tc. Ces lampes sont progressivement remplacées en raison de leur faible efficacité énergétique.

Les lampes TH 3200K

Les fabricants utilisent des lampes de dimensions et culots normalisés, disponibles en 120V (USA) ou 220V (Europe). Elles se classent en :

• Lampes tubulaires à deux contacts d'extrémité (culot bilatéral).

• Lampes compactes à une seule extrémité (culot unilatéral).

Avantages/Inconvénients des lampes TH

Lampes à décharge aux halogénures métalliques (HMI)

Les lampes HMI (Hydrargyrum Mittlere bogenlänge Iod) sont constituées d'une enveloppe de quartz avec deux électrodes plongées dans un mélange de gaz rares. La combustion d'un arc électrique produit une lumière blanche de 5600K, proche de la lumière du jour.

Elles se classent en :

• Lampes bi-culot (HMI originales d'Osram).

• Lampes mono-culot (MSR de Philips), devenues dominantes, mais le terme HMI reste générique.

Avantages des lampes HMI

• Température de couleur équilibrée (5600K).

• Dégagement de chaleur limité (pas de rayons infrarouges).

• Rendement lumineux considérable (75 à 95 lm/W contre 15 à 25 lm/W pour l'incandescence).

• Consomment moins de courant à puissance lumineuse égale.

• Plus chères, mais plus durables et moins fragiles que les lampes à incandescence.

Principe de fonctionnement d'un HMI

Nécessite un amorceur (dans la tête du projecteur) et une alimentation séparée appelée ballast. L'amorceur crée une impulsion de très haute tension pour amorcer l'arc électrique. Le ballast régule ensuite la tension pour stabiliser la combustion des gaz.

Les ballasts

1. Ballast magnétique (selfique, inductif, sinusoïdal) :

   • Avantages : Résistant, insensible à l'humidité et aux températures extrêmes, prix attractif.

   • Inconvénients : Lourd, encombrant, sensible aux variations de tension, provoque du "flicker" (battements) avec l'obturateur, intensité non variable, utilisable uniquement en 110V ou 220V.

2. Ballast électronique (signal carré, flicker-free) :

   • Avantages : Gain de poids et d'encombrement, moins sensible aux fluctuations de tension/fréquence, disparition du flicker (jusqu'à 10 000 images/seconde), fonctionne en 110V et 220V, meilleur redémarrage à chaud, augmentation de 20% de la durée de vie des lampes, possibilité de "dimmer".

   • Inconvénients : Fragilité relative (conditions d'utilisation restreintes), coût plus élevé, bruit (sifflement à partir de 1200W, mode "silence" déconseillé avec variation d'obturation).

Conseils d'utilisation des lampes HMI

1. Éviter d'éteindre la lampe pendant la montée en température pour ne pas réduire sa durée de vie.

2. Ne pas toucher la lampe à mains nues (nettoyer à l'alcool si manipulation accidentelle).

3. Vérifier que la lampe est bien enfoncée dans la douille.

4. Surveiller le vieillissement (coupures franches en fonctionnement).

5. S'assurer que le projecteur est équipé de son verre de sécurité (les HMI émettent des UV importants).

Éclairage par fluorescence

Les lampes et tubes fluorescents transforment un rayonnement ultraviolet en rayonnement visible. Ce sont des lampes à décharge à basse pression. Elles offrent des puissances de 5W à 120W, avec ballast magnétique ou électronique. La gradation électronique est possible. Certaines marques proposent des tubes 3200K et 5600K. Leur efficacité lumineuse est de 80 à 105 lm/W.

Principe de fonctionnement d'un tube fluorescent

Un tube en verre contient un gaz rare à faible pression et une goutte de mercure. Les électrodes aux extrémités conduisent le courant. L'allumage nécessite une impulsion haute tension d'un amorceur, et un ballast externe régule le courant.

Tubes ou lampes fluorescentes utilisables pour la prise de vues

Pour la prise de vues, un luminaire fluorescent doit avoir une bonne qualité spectrale et être sans scintillement.

• Tubes fluorescents du commerce : Doivent avoir un IRC supérieur à 90. Leur forme spectrale peut donner une légère dominante verte.

• Marquage : Un code à 3 chiffres indique l'IRC (centaine) et la Tc proximale (dizaine et unité). Ex: 940 = IRC > 90 et Tc de 4000K.

• Tubes fluocompactes : Tubes fluorescents repliés sur eux-mêmes. Deux familles : culot à broches (ballast non incorporé) ou culot à visser (ballast incorporé).

• Tubes "propriétaires" : Constructeurs spécialisés (Kinoflo, Soflifghts) proposent des tubes de qualité spectrale constante pour le cinéma et la photo.

C'est quoi l'IRC ?

L'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) est la capacité d'une source lumineuse à restituer fidèlement les couleurs du spectre. Il est utile pour les sources à spectre discontinu. Il est évalué sur une échelle de 100, en utilisant une palette de couleurs de référence (R1 à R15).

Éclairage par LED

La LED (Light Emitting Diode) est une diode électroluminescente (DEL ou SSL). C'est un composant optoélectronique qui ne laisse passer le courant que dans un sens et émet de la lumière. Les LED ont évolué pour devenir de véritables sources d'éclairage, avec une efficacité lumineuse de 30 à plus de 130 lm/W.

À noter :

• Nécessite une alimentation spécifique (driver) pour convertir le courant du réseau.

• Nécessite un système optique performant pour éviter l'éblouissement.

• Nécessite un dispositif de refroidissement spécifique.

• Doit être montée mécaniquement sur un support.

Principe de fonctionnement d'une LED

Une LED est un composant semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique. Les électrons négatifs se combinent avec les "trous" positifs, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La couleur émise dépend du matériau semi-conducteur.

Contrairement aux sources traditionnelles, une LED classique émet une lumière monochromatique.

Les LED blanches

Il n'existe pas de LED émettant directement une lumière blanche. Une LED blanche est soit une LED bleue avec une couche de phosphore jaune, soit une LED UV convertie par une couche de phosphore. On obtient une Tc d'environ 5600K, qui peut être abaissée à 3200K avec l'ajout de phosphore rouge.

Les LED RVB

Les LED RVB (Rouge, Vert, Bleu) sont utilisées en combinaison additive pour ajuster directement la température de couleur du blanc (typiquement de 2800K à 10000K). Elles permettent de corriger les dominantes de couleur. Cependant, leur spectre présente trois pics, ce qui peut nuire à la restitution de toutes les nuances. L'IRC des LED RVB est légèrement plus faible que celui des LED blanches de dernière génération (qui dépasse 95).

Les différentes technologies de LED

Les LED de puissance ont fait des progrès rapides en colorimétrie et rendement lumineux. L'IRC est désormais supérieur à 90 pour toutes les LED. Les projecteurs professionnels utilisent des LED de type SMD, High Power ou COB.

1. LED SMD (Surface Mounting Design) :

   • Composant monté en surface, soudé directement sur un circuit imprimé.

   • Rendement lumineux élevé, angle d'éclairage très large.

   • Apparence de pastille jaune plate, dégage peu de chaleur.

   • Utilisée dans les projecteurs d'ambiance ou supports souples, souvent bicolores (3200K et 5600K).

2. LED High Power :

   • Associe une LED SMD à une microlentille pour concentrer la puissance lumineuse.

   • Rendement lumineux > 100 lm/W, mais angle d'éclairage réduit et fort échauffement.

   • Utilisée dans tout type de projecteurs, mais souvent remplacée par la technologie COB.

3. LED COB (Chips On Board) :

   • Assemblage de plusieurs micro-diodes LED SMD nues sur un circuit imprimé.

   • Forme une grosse source de lumière unique, surmontée d'une lentille.

   • Rendement > 100 lm/W. Forte concentration de LED entraîne un échauffement important, mais inférieur aux High Power.

Avantages / Inconvénients des LED

LES PROJECTEURS

Le projecteur a pour fonction de répartir, concentrer ou diffuser la lumière émise par une lampe.

Caractéristiques du faisceau

Angle total du faisceau (α)

Exprime le diamètre de la "tâche" de lumière sur une surface perpendiculaire. Significatif pour les projecteurs à faisceau homogène et délimité.

• Calcul : α = 2 atan (D / 2L) (où D est le diamètre de la tâche en m, L est la distance source/surface en m).

Angle d'ouverture et angle de champ du faisceau

Les limites géométriques sont données par les points d'un diagramme de coupe du faisceau :

• Angle d'ouverture : Intensité lumineuse atteignant 50% de l'intensité maximale.

• Angle de champ : Intensité lumineuse atteignant 10% de l'intensité maximale.

Les grandes familles de projecteurs et leurs accessoires

Un projecteur donne un faisceau délimité de lumière dirigée. L'angle du faisceau peut être modifié par la focalisation (position relative de la source dans le réflecteur et/ou un système optique).

On distingue 4 types de projecteurs :

1. Les projecteurs à lentilles de Fresnel

2. Les projecteurs PAR à lampes HMI

3. Les projecteurs Open Face

4. Les projecteurs de découpe et/ou de poursuite

Les projecteurs à lentilles Fresnel

Composés d'une douille porte-lampe mobile et d'un réflecteur. Produisent un faisceau lumineux au centre, dont l'intensité diminue vers la périphérie avec des bords flous. L'angle d'ouverture est modifiable en déplaçant la lampe par rapport à la lentille (plus proche = faisceau large, plus éloigné = faisceau étroit). Ils acceptent les lampes TH, HMI et LED.

Les PAR à lampes HMI

Le PAR (Parabolic Aluminized Reflector) est un projecteur à face ouverte, simple et léger. Il intègre son réflecteur parabolique et sa lentille dans une large ampoule. Il produit un faisceau ellipsoïdal, irrégulier mais fortement concentré, avec des bords flous. Très utilisé en studio pour des effets. Il existe des PAR LED. Les PAR sont identifiés par le diamètre de leur lampe en huitième de pouce (ex: PAR 64).

Les projecteurs "ouverts" (open face)

Disponibles en versions TH et HMI. La lampe peut se déplacer selon l'axe d'un réflecteur pour faire varier l'angle du faisceau (spot à flood). Ex: "mandarine" (650-1000W) et "blonde" (2000W). L'éclairement n'est pas homogène et les bords sont moins délimités qu'avec un Fresnel ou un PAR, mais le rendement lumineux est excellent. Dangereux en cas d'explosion de lampe, doivent être munis d'une grille de protection ou d'un hublot anti-UV. Dégagent beaucoup de chaleur.

Les découpe et les poursuite

• Projecteur découpe : Contient un système optique à lentilles convergentes. Un dispositif concentre la lumière sur un gobo (motif), un second projette et focalise le faisceau "découpé". Utilisé sans gobo, il devient un projecteur à part entière. Son système de couteaux permet de sculpter le faisceau avec des bords nets. Il fournit un faisceau non parfaitement uniforme avec un point chaud. Moins doux qu'un Fresnel. Existe en tungstène, HMI et LED.

• Projecteur de poursuite : Fonctionne comme une découpe mais produit un faisceau toujours plein. Monté sur trépied, il permet de suivre un personnage avec finesse. Son système optique à très longue focale donne un angle d'ouverture très faible. Peut recevoir des filtres correcteurs.

Les ambiances et les cycloramas

• Ambiance : Projecteur à face ouverte avec lampe et réflecteur, produisant une lumière douce et diffuse sur une large surface. Deux catégories : réflecteur symétrique ou asymétrique (pour cyclorama). Utilisent tous types de lampes, les LED étant appréciées pour leur faible consommation et chaleur.

• Cyclorama : Fond de décor de plateau TV, mur ou toile tendue avec coins arrondis. L'éclairage doit être uniforme. Les ambiances cyclorama (ou cycliodes) ont un réflecteur ellipsoïdal pour une excellente répartition de la lumière.

Les projecteurs fluorescents

Boîtier métallique à face ouverte avec plusieurs tubes côte à côte. Grande surface éclairante, lumière douce, diffuse, mais peu puissante (utilisation de proximité). Très faible dégagement de chaleur. Solution privilégiée pour les petits plateaux bas de plafond. Utilisé pour les incrustations (fond vert) nécessitant un éclairage homogène. Lumière difficilement maîtrisable (quelques accessoires comme grilles ou volets).

Les Joker-Bug (K5600)

Projecteurs uniques, souvent classés comme "open face". La lampe est sans réflecteur dans un globe de protection (idéal pour boîtes à lumière). Peuvent être équipés d'un beamer PAR (réflecteur spéculaire et lentilles PAR) pour des faisceaux variés (5 à 45°). Certains modèles ont un beamer focalisable (15 à 60° sans lentilles). Livrés en kits, peuvent être équipés de ballasts high speed. Nouvelle génération de lampes à décharge 3200K. Renommés pour leurs accessoires dédiés.

Les projecteurs à technologie LED

Les projecteurs LED s'inscrivent dans plusieurs familles (HMI, PAR...). La technologie de la lampe LED définit différents types de projecteurs LED.

1. Projecteurs à montage LED SMD (ex: SL1 Switch de DMG) :

   • Orientés vers les projecteurs d'ambiance.

   • Ex: 170W, 3000K à 5600K, 2184 LED SMD. Excellente qualité spectrale, puissance et homogénéité. Réflecteur en aluminium pour disperser la lumière et limiter la chaleur.

2. Projecteurs à montage LED COB (ex: EL-1000 de Videoflex) :

   • Orientés vers les projecteurs directionnels.

   • Ex: 100W, 5600K, 10000 lm variable. Idéal pour studio. Tc équilibrée en lumière du jour. Ventilateur intégré. Télécommande radio. Accessoires polyvalents (boîte à lumière, snoot, bol beauté).

3. Projecteurs à montage LED remote phosphore (ex: HS2 de Cineo lighting) :

   • Orientés vers les projecteurs d'ambiance.

   • Ex: 450W, 5600K. Les LED émettent des UV qui excitent un panneau de phosphore interchangeable (2700K à 6500K). Coût de fabrication réduit, meilleur tri des LED. Rendement lumineux très élevé, IRC de 90. UV et IR pratiquement éliminés.

4. Projecteurs à montage LED RVB (ex: Sky Panel S30-C de Arri Lighting) :

   • Orientés vers les projecteurs d'ambiance et d'effet.

   • Ex: 200W, 2800K à 10000K. Mélange 2000 LED de puissance RVB et blanches (RVB White) pour un faisceau homogène et gradable. Contrôle de la Tc et de la correction verte/magenta. Accès à des programmes de couleurs et effets préenregistrés.

5. Projecteurs à montage LED DIP (ex: LG-900SC de Ledgo) :

   • Orientés vers les projecteurs d'ambiance.

   • Ex: 54W, 5600K. Panneau LED 30x30cm. Filtre pour descendre la Tc à 3200K. Alimentation par adaptateur ou batterie V-mount. Idéal pour installation rapide.

Les projecteurs asservis (automatiques)

Totalement pilotables à distance depuis une console d'éclairage. Utilisés pour concerts, variétés, talk-shows. Trois catégories :

1. Projecteurs à lyre motorisée :

   • Montés sur un support orientable en forme de U. Tout le corps du projecteur bouge.

   • Série de roues et modules d'effets pour agir sur les paramètres du faisceau (couleurs CMY, ouverture, focus, effets).

   • Trois types : "spot" (faisceau net, gobos), "wash" (lentille Fresnel, faisceau diffus), "beam" (faisceau très fin et parallèle).

2. Projecteurs à miroir (scanner) :

   • Projecteurs fixes, faisceau dirigé par un miroir orientable (axes X et Y).

   • Amplitude de mouvement réduite par rapport aux lyres, mais plus grande rapidité de positionnement.

   • Moins de contraintes d'accroche. Système de couleurs CMY, souvent de type "spot".

3. Projecteurs à changeurs de couleurs :

   • Projecteurs fixes, permettent de modifier à distance les propriétés du faisceau (couleur, intensité) mais pas son orientation.

   • Positionnés manuellement lors de l'installation.

Pieds, supports, accroches et accessoires

Les projecteurs doivent être installés de manière stable et sécurisée.

Pieds ou supports

Majoritairement de type parapluie (trois branches, colonne télescopique, pliants). Le choix dépend du poids du projecteur. Tous les pieds portant un projecteur à plus de 2m doivent être lestés (sacs de sable ou "gueuzes"). La girafe (boom) est un bras mobile sur rotule pour placer un projecteur en porte-à-faux au-dessus du sujet, avec un contrepoids.

Accroches

Pinces, clamps, rotules et bras magiques. Accessoires modulaires pour installer projecteurs, réflecteurs, diffuseurs, surtout dans les espaces exigus où les pieds sont impossibles.

Accessoires de contrôle du faisceau

Permettent de contrôler la forme, l'intensité, la couleur, le degré de diffusion de la lumière. Plus facile à faire sur un faisceau dirigé (projecteur à lentille) que sur un faisceau large et diffus.

Contrôle de la forme du faisceau

Pour limiter la "tache de lumière" à des parties spécifiques :

• Volets (barndoors) : 4 volets métalliques articulés sur charnière, montés sur un cadre tournant. Permettent de transformer un faisceau circulaire en rectangulaire. Ne pas les fermer trop pour éviter la surchauffe des lampes TH.

• Cônes : Limitent le faisceau à un petit cercle d'éclairage aux contours délimités. Peuvent jouer le rôle d'une découpe à courte distance.

• Grilles ou nids-d'abeilles : Utilisées devant certaines ambiances pour limiter l'angle d'éclairage et donner une plus grande directivité. En métal ou en tissu.

• Occultants (volets et drapeaux) : Surfaces opaques (tissu, métal, bois peint) montées sur support ou posées au sol. Un drapeau protège l'objectif de la lumière parasite ou projette une ombre. Les plaques de polystyrène peintes en noir sont utilisées pour de plus grandes surfaces. Le coupe-flux est un petit écran métallique noir articulé.

Contrôle de l'intensité

Pour un contrôle précis de l'intensité :

• Gradateur (dimmer) : Permet de diminuer l'intensité de manière progressive et précise. Le défi est de moduler sans modifier la Tc et l'homogénéité du faisceau.

• Matériaux absorbants : Grillage (trames) ou filtre gélatine gris neutre (ND) réduisent l'intensité sans modifier la forme du faisceau.

Contrôle de la diffusion

Pour adoucir la qualité de l'éclairage et augmenter la taille du faisceau :

• Filtres et toiles de diffusions : En feuilles, rouleaux ou toiles, plus ou moins absorbants et diffusants (1/4, 1/2, 3/4 ou full). Placés sur les barndoors ou sur un cadre éloigné du projecteur (plus éloigné = plus de diffusion). Ex: Spun, Frost, Silk, Spi.

• Boîtes à lumière : Transforment le faisceau dirigé en source de lumière large et diffuse. Ex: Chimera (boîte en tissu avec revêtement réfléchissant, se fixe sur les barndoors).

• Space light, boule chinoise :

  • Spacelight : Projecteur en soi, série de lampes sur un cerceau éclairant une jupe cylindrique translucide. Donne une lumière ronde, homogène et douce.

  • Boule chinoise : Source d'éclairage soft omnidirectionnelle. Structure métallique recouverte de toiles de différentes densités (full, 1/2, 1/4). S'utilise dans toutes les positions.

• Réflecteurs : Utilisés en extérieur pour diminuer la densité des ombres. Leur taille doit être proportionnelle à la distance. La nature du matériau est importante (argenté renvoie plus de lumière, doré "réchauffe").

Les gélatines

Filtres pour modifier la colorimétrie au niveau du projecteur. Disponibles en rouleaux ou feuilles, de couleurs et densités variées. Elles créent une couleur en fonction des longueurs d'ondes qu'elles éliminent ou laissent passer. Utilisées sur les barndoors, dans le porte-filtre ou sur un cadre.

Plusieurs familles :

• Filtres de conversions et corrections

• Filtres de diffusions

• Filtres de couleurs

• Filtres de densité

Les filtres correcteurs de couleur (CC)

Compensent la différence de température de couleur entre la lumière de la scène et l'équilibrage de la caméra. La valeur de correction est exprimée en mired (micro reciprocal degree = 1 000 000 / Tc en Kelvin). Cela simplifie les calculs pour choisir le filtre approprié (ex: CTO pour descendre la Tc, CTB pour la monter).

Lecture d'un échantillonneur de gélatines

Chaque gélatine a ses caractéristiques propres :

• Couleur et numéro de classification.

• Transmission (Y en %) moyenne globale et absorption.

• Courbes de distribution spectrale (pourcentage de lumière transmis à chaque longueur d'onde).

• Coordonnées chromatiques de la couleur.

Les filtres de diffusions

Tout matériau diffusant les rayons lumineux. Permettent d'adoucir la qualité de l'éclairage, d'augmenter la taille du faisceau et d'altérer la nature de l'ombre. Disponibles en rouleaux ou feuilles avec plusieurs densités. Ex: Spun, Frost, Silk, Spi.

Le posemètre

Appareil (aussi appelé cellule) pour mesurer l'intensité de la lumière et aider au paramétrage de l'exposition. Il se compose d'un récepteur de lumière et d'un dispositif d'affichage. Il peut être utilisé pour :

• Mesure en lumière incidente.

• Mesure en lumière réfléchie.

• Mesure de l'éclairement.

• Mesure du contraste d'éclairage.