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Le diaphragme : l’ouverture réelle et relative

L’ouverture du diaphragme s’exprime à l’aide d’indices d’ouvertures normalisés. La notion d’ouverture réelle et relative permet de comprendre la logique de cette échelle d’indices.

Le diaphragme : définition et principe de fonctionnement

Diaphragme à f:11 sur un objectif de 85 mmSitué dans l’objectif, le diaphragme est un dispositif mécanique permettant de faire varier la quantité de lumière pénétrant dans l’appareil. C’est le trou, l’ouverture par laquelle passe la lumière au travers de l’objectif pour aller impressionner la surface photosensible de l’appareil photo (le capteur pour les appareils numériques). Le plus courant est le diaphragme à iris composé de lamelles métalliques en éventail.

Lors du déclenchement, le diamètre de ce trou varie en fonction de l’ouverture choisie manuellement par le photographe (mode manuel ou priorité ouverture) ou automatiquement par l’appareil. L’ouverture est un des 3 paramètres ayant un impact sur l’exposition avec la vitesse et la sensibilité.

Pour être précis, avec un reflex : le diaphragme reste ouvert au maximum au moment où l’on appuie à mi-course sur le déclencheur pour mesurer l’exposition et faire la mise au point puis à l’instant de la prise de vue (lorsque le déclencheur est appuyé à fond) le diaphragme va se réduire au diamètre demandé (si l’ouverture retenue n’est pas la plus grande ouverture). L’avantage de ce mode de fonctionnement est à la fois technique (faire la mise au point avec le maximum de lumière) et ergonomique (garder le viseur le plus lumineux possible jusqu’au déclenchement).

Attention, les débutants confondent parfois le diaphragme avec l’obturateur. Le diaphragme laisse toujours passer la lumière, il ne se ferme jamais totalement : son diamètre modifie simplement la quantité de lumière qui peut passer. A l’inverse l’obturateur s’ouvre ou se ferme pour laisser passer ou non la lumière : au moment où l’on appuie sur le déclencheur pour prendre une photo, l’obturateur va s’ouvrir pour laisser passer la lumière au travers du diaphragme.
D’ailleurs, par abus de langage on parle souvent de « fermer » le diaphragme, mais il s’agit en fait de réduire le diamètre d’ouverture du diaphragme, jamais de le fermer complétement.

Ouverture réelle et relative

L’ouverture réelle (parfois appelée ouverture absolue) représente le diamètre mesurable de l’ouverture du diaphragme par laquelle passe la lumière. On parle également de pupille d’entrée. Elle se mesure généralement en millimètres.
Pour un photographe, l’important est de connaître l’impact du diaphragme sur l’exposition de sa photo. Or pour un même diamètre d’ouverture et un temps de pose donné, la quantité de lumière qui va atteindre le capteur va varier en fonction de la longueur de la focale : plus la focale sera longue moins la quantité de lumière atteignant le capteur sera importante. Vous comprenez mieux pourquoi les longues focales ont généralement un diamètre très imposant : il faut compenser la perte de lumière par une plus grande ouverture. Connaître l’ouverture réelle d’un objectif ne va pas aider le photographe à régler l’exposition de son appareil puisque s’il change d’objectif il faudrait qu’il change de référentiel (les ouvertures varient).
Pour éviter ce problème et appliquer la même échelle quels que soient les objectifs, on utilise la notion d’ouverture relative qui intègre la distance focale dans l’équation et permet donc d’oublier ce paramètre.

L’ouverture relative est égale au rapport entre la distance focale de l’objectif et le diamètre d’ouverture du diaphragme (l’ouverture réelle).
Ouverture relative = focale / ouverture réelle

  • Par exemple un objectif 50mm avec une ouverture réelle de 25mm, aura une ouverture relative de 50/25 = 2 noté 1:2 ou f:2 ou f/2.
  • Inversement, lorsque l’on parle d’un objectif de 50mm qui ouvre à f:2, on peut aisément en déduire son ouverture réelle : 50 mm / 2 = 25 mm.

L’avantage de cette notion d’ouverture relative, c’est que pour un indice d’ouverture donnée, la quantité de lumière qui rentrera sera toujours la même quel que soit l’objectif monté sur l’appareil. Peu importe la focale de vos objectifs et leurs ouvertures réelles, l’échelle des ouvertures relatives (cf. plus loin) est commune.

A une ouverture relative donnée, la quantité de lumière traversant l’objectif est la même quelle que soit la longueur focale de l’objectif.
Diaphragme à f:4 sur un objectif de 40 mm

Diaphragme à f:4 sur un objectif de 40 mm

Diaphragme à f:4 sur un objectif de 85 mm

Diaphragme à f:4 sur un objectif de 85 mm

Pour une même ouverture relative (dans l’exemple ci-dessus f/4), le diamètre du trou (l’ouverture réelle) sera donc plus grand sur une focale de 85mm que sur une focale de 40mm mais la quantité de lumière qui atteindra le capteur sera la même.

Un petit exemple théorique, voici 6 objectifs de focale différente mais avec la même ouverture relative :

Focale de l’objectifOuverture réelleOuverture relative f/2
50 mm25 mm50/25
100 mm50 mm100/50
200 mm100 mm200/100
300 mm150 mm300/150
400 mm200 mm400/200
500 mm250 mm500/250

On voit bien que plus la focale sera élevée, plus l’ouverture réelle devra être importante : la longueur et aussi le diamètre de l’objectif va augmenter avec la focale. Dans le tableau, on constate que pour avoir une ouverture de f/2, un diamètre de 2,5 cm est suffisant sur une focale de 50 mm alors qu’il faudrait une lentille d’un diamètre d’environ 25 cm pour objectif de 500 mm ! C’est pourquoi les longues focales lumineuses (à grande ouverture) seront particulièrement volumineuses lourdes et chères !

Comparaison des tailles et diamètres de 2 objectifs 70-200 mm selon l'ouverture maximale (f:4 et f2.8) - vue de profil et de haut

Comparaison des tailles et diamètres de 2 objectifs 70-200 mm. Le plus petit a une ouverture maximale de f/4 et le second de f/2.8 – vue de profil et de haut

Les ouvertures relatives normalisées

Dans le langage courant des photographes lorsque l’on utilise le terme d’ouverture, on parle de l’ouverture relative.
Lorsque l’on a compris que l’ouverture relative représente le rapport de la focale sur le diamètre réel de l’ouverture, on comprend pourquoi plus le chiffre est petit plus l’ouverture relative est grande (on divise une focale donnée par une ouverture réelle variable). A longueur focale égale, plus le diamètre sera important et plus l’indice d’ouverture relative sera petit.

Par exemple pour une focale de 80mm :

  • Ouverture réelle de 20mm : 80/20 = f/4
  • Ouverture réelle de 40mm : 80/40 = f/2

L’échelle des ouvertures relatives normalisées présente une suite de chiffres croissants :
1 – 1,4 – 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 – 11 – 16 – 22 – 32 – 45 – 64 – 90 – 128

  • les petits chiffres correspondent aux grandes ouvertures qui laissent entrer beaucoup de lumière
  • les grands chiffres représentent les petites ouvertures qui laissent passer très peu de lumière

Entre 2 indices successifs la quantité de lumière atteignant le capteur est doublée (de droite à gauche, grand chiffre vers petit chiffre) ou diminuée de moitié (de gauche à droite petit chiffre vers grand chiffre).
Par exemple, un objectif f/2,8 laisse passer 2 fois plus de lumière qu’un objectif ouvrant à f/4. Passer d’un diaphragme de f/11 à 16 diminue de moitié la quantité de lumière reçue par le capteur. Passer de f/11 à f/5.6 c’est 4 fois plus de lumière, de f/11 à f/4 c’est 8 fois plus…

La suite de chiffres peut paraître étrange à première vue mais elle suit une logique toute mathématique : En fait l’éclairement de l’image (la quantité de lumière qui traverse le diaphragme) diminue de moitié à chaque fois que l’air d’ouverture du cercle (le trou circulaire du diaphragme) se réduit également de moitié. Et comme l’air d’un cercle diminue de moitié lorsqu’il est multiplié par √2 (soit 1,4142) on passe donc d’un indice au suivant en multipliant par √2 (et pour simplifier l’échelle, les indices sont arrondis).

Attention selon votre appareil, la molette pour ajuster le diaphragme peut être réglée par demi ou tiers de diaphragme. Vous aurez donc des valeurs intermédiaires par rapport à l’échelle présentée ci-dessus et un cran de molette ne correspondra pas forcément à un diaphragme entier.

Certes, savoir que l’ouverture relative représente le rapport entre la focale et l’ouverture réelle n’est pas indispensable à la pratique photographique mais à mon sens cela permet de mieux comprendre l’échelle des ouvertures utilisée quotidiennement par les photographes et notamment pourquoi celle-ci semble inversée par rapport à la logique (un petit chiffre correspond à une grande ouverture).

Et vous ? A vos débuts avez-vous rapidement maîtrisé cette notion d’ouverture et son échelle normalisée ou comme beaucoup, vous avez essayé de la retenir globalement sans vraiment comprendre la logique derrière les chiffres ? Si certaines parties ne sont pas très claires n’hésitez pas à m’en faire part dans les commentaires…

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À propos de : Hervé (LuzPhotos)

Hervé Drouet, photographe professionnel au pays basque, spécialiste formation photo et rédacteur du blog LuzPhotos.

2 commentaires

  1. ETCHEVERRY Joseph

    Je viens d’acheter un 150-500 mm sigma monture Pentax il sera associé a un boitier PENTAX K10 qu’en pensez vous ???

    Doit je changer de boitier pour être plus perfomant ???

    Pour infos je débute dans la photo a 64 ans et c’est la photo animalière qui m’intéresse, auparavant j’utilisais un 70-300 mm

    Très cordialement

    • Oui le 150-500 sur votre capteur APS-C vous donnera un 225-750 mm en équivalent 24×36. Ce qui pour de l’animalier sera en effet beaucoup plus confortable que votre 70-300 mm qui devait souvent se révéler trop court. D’autre part cet objectif a plutôt bonne presse.
      Côté boîtier, le Pentax K10D commence à dater un peu (2006) : monté en iso a priori un peu faible (pouvoir monter en iso sans trop dégrader l’image est intéressant quand on fait de l’animalier avec des téléobjectifs peu lumineux comme dans notre cas), son capteur de « seulement » 10,2 millions de pixels : je ne suis pas particulièrement pour la course aux pixels mais il faut avouer que dans l’animalier il n’est pas rare de « croper » dans l’image (on redécoupe dans l’image initiale). Dans ce cas le nombre un peu faible de pixels peut être un handicap.
      Par exemple un K5 plus récent, limitera tous ces désavantages : capteur 16 Mpx, meilleur monté en iso, meilleur AF (11 collimateurs dont 9 en croix), rafale plus efficace…
      Un ami, s’il fait peu de photos animalière fait par contre de belles photos de surf avec un K5 et le sigma 150-500 : si vous avez un FaceBook, en lui demandant d’être ami vous pourrez voir notamment quelques photos sur son FaceBook :
      https://www.facebook.com/vincent.prat.56/media_set?set=a.1534492910098993.1073741831.100006148951821&type=1
      https://www.facebook.com/vincent.prat.56/media_set?set=a.1534498996765051.1073741832.100006148951821&type=1

      Dans tous les cas pour tirer le meilleur de vos images je vous conseille de shooter en raw si vous ne le faites pas déjà (par contre cela demande un peu d’apprentissage côté post-traitement).
      N’hésitez pas à vous informer aussi directement auprès de spécialistes Pentax notamment sur le forum Pentax K par K: http://www.pentaxkpark.com/

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