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La focale d’un objectif : définition, angle de champ et focale équivalente…

La focale avec l’ouverture maximale d’un objectif est une des caractéristiques principales données par tous les constructeurs d’optiques. Alors que le nombre d’ouverture nous informera sur la capacité de l’objectif à faire rentrer plus ou moins de lumière en un temps donné (objectif plus ou moins « lumineux »), la focale nous permettra de savoir quel sera le champ de vision capturé par l’objectif et quel grossissement il autorise (plus le cadrage sera serré et plus les éléments de la scène paraitront grossis et proches de nous).

Mention de la plage de focales sur un zoom Canon 70-200 mm

Sur ce zoom de focales 70-200 mm, la distance focale minimale et maximale (exprimées en mm) sont indiquées à 3 endroits différents (zones entourées en bleu sur cette image) : au niveau de la bague de zoom pour repérer quelle est la focale sélectionnée (ici 100 mm), sur le fût de l’objectif (à côté de la fenêtre affichant la distance de mise au point) et sur la bague à l’avant de l’objectif dans le nom complet décrivant l’optique.

Pour en apprendre plus sur la notion d’ouverture des objectifs et notamment le lien entre la focale et l’ouverture, je vous invite à lire ou relire l’article :
Le diaphragme : l’ouverture réelle et le nombre d’ouverture.

Focale (ou distance focale) d’un objectif : définition

Pour expliquer très simplement la notion de focale, prenons l’exemple d’une loupe. Pour rappel, une loupe est constituée d’une simple lentille convexe (convergente).
Si nous exposons la loupe au soleil, les rayons du soleil qui passent au travers de la lentille vont converger et se concentrer en un point lumineux appelé « foyer ». Ce terme « foyer » est dérivé du latin « focus » qui signifie « feu » et ce n’est pas un hasard ! En effet, si le soleil est assez fort, et que l’on place une feuille de papier derrière la loupe, juste au niveau où convergent les rayons du soleil (au foyer), le papier pourra s’enflammer…

A partir de cette simple expérience bien connue, nous pouvons définir ce qu’est la focale :
La focale est la distance qui sépare le centre de la lentille (le terme exact est « centre optique ») du point où se concentrent les rayons (le foyer) lorsque le sujet (ici le soleil) se trouve à l’infini.

Définition de la focale avec une loupe, le soleil et un papier (positionnement du centre optique et du foyer image)

Autrement dit :

en photographie, la focale est la distance qui sépare le centre optique de l’objectif et le foyer où se forme l’image, pour une mise au point à l’infini.

Bien entendu, les objectifs modernes ne sont pas constitués d’une simple lentille. Afin de répondre aux critères de qualité d’image et à diverses contraintes techniques (notamment en termes de compacité des objectifs), les objectifs sont construits avec de nombreuses lentilles réunis en plusieurs groupes.

Par exemple, la formule optique d’un objectif comme le Tamron SP 150-600mm F/5-6.3 Di VC USD G2 comporte 21 lentilles pour 13 groupes.
Même un objectif de conception beaucoup plus simple, comme par exemple le Canon EF 50mm f/1.8 STM, contient tout de même 6 lentilles et 5 groupes.

Exemple d'une formule optique - Objectif Sigma 50 mm

D’après mes lectures, si le terme de « centre optique » est couramment utilisé dans la définition de la distance focale, il semblerait qu’il ne devrait être utilisé que dans le cas d’une lentille simple ou de lentilles collées entre elles. Comme nous venons de le voir, tous les objectifs modernes sont constitués de plusieurs lentilles et groupes, cela semble donc un abus de langage (même si nous pouvons admettre que la formule optique complexe d’un objectif peut en théorie se simplifier à l’extrême en une simple lentille convergente donnant à la sortie le même angle de champ).

Par souci de rigueur, voici donc une définition plus précise de la distance focale qui utilise un autre terme optique à la place de celui de « centre optique » :

En photographie, la distance focale f’ (ou longueur focale) d’un objectif est la distance (habituellement exprimée en millimètres) séparant le point principal image H’ (ou point nodal image 1) et le foyer principal image 2 F’ du système optique de l’objectif pour une mise au point réglée sur l’infini 3.
Précisions concernant la définition ci-dessus :
(1) Le point principal image :

  • Le point est dit « principal » car il se situe sur l’axe optique principal (la ligne imaginaire perpendiculaire à l’axe d’une lentille et qui la traverse en son centre).
  • Le point est appelé « image » (ou d’émergence) en opposition au point « objet » (ou d’incidence). Le premier étant situé du côté du capteur où se forme l’image et le second, du côté de l’objet qui est photographié. En optique, il existe également une distance focale objet, mais dans le domaine de la photo, seule la distance focale image est prise en considération.
  • Le point principal image est le point à l’intersection entre l’axe optique et le plan principal image où chaque rayon lumineux incident parallèle à l’axe optique croise le rayon émergent correspondant (autrement dit, ce plan est constitué des intersections obtenues en prolongeant les rayons incidents vers l’image et les rayons émergents vers l’objet).
  • En optique photographique, comme l’indice de réfraction de l’espace en entrée et sortie des lentilles est identique (les rayons lumineux passent dans l’air), le point principal peut être confondu avec le point nodal.

(2) Le foyer principal image :

  • Comme pour le point image, le foyer est dit « principal » car il se situe sur l’axe optique principal.
  • Le foyer principal image est le point où convergent, après traversée du système optique, tous les rayons parallèles à l’axe optique.

(3) L’infini photographique :
Il est caractérisé par la netteté des objets situés à l’horizon. En pratique, il est considéré que l’infini photographique est la distance objet-image égale ou supérieure à 1000 fois la focale de l’objectif (ou 1500 fois selon les sources). Par exemple dans le cas d’un objectif de 50 mm, cela correspond à une mise au point sur un objet situé à une distance de plus de 50 ou 75 m.
A noter que pour une mise au point à l’infini, le foyer image se situera au niveau du capteur de l’appareil photo.

Illustration de la distance focale en photographie (distance entre le point principal image et le foyer principal image)
Au travers de ces définitions, nous comprenons que la focale d’un objectif est :

  • une donnée optique bien définie qui se calcule (et que les constructeurs d’optiques donneront systématiquement),
  • une caractéristique optique essentielle et immuable qui définit un objectif,
  • exclusivement liée à l’objectif et n’a aucun lien avec l’appareil photo (et son capteur) sur lequel nous mettons l’objectif (ce point sera développé dans la troisième partie de cet article).

Focale, angle de champ et grossissement d’un objectif

Pour un photographe, l’information indispensable à connaitre est quel est l’espace embrassé par l’objectif. Quel « champ de vision » l’objectif offre-t-il, comment cadre-t-il ?
Est-ce que l’objectif permet de photographier une vue proche de la nôtre (avec un angle de vue plutôt comparable), ou bien une vue plus large ou encore plus étroite qui permet de voir plus gros un objet devant nous…

Focale et angle de champ

Il existe un lien direct entre la longueur focale de l’objectif et le champ angulaire qu’il permet de photographier.

  • Plus la distance focale sera élevée et plus l’angle de champ embrassé sera réduit.
  • Et inversement, plus la distance focale sera faible et plus l’angle de champ sera large.

Angle de champ (diagonal) par focale (de 24 à 600 mm) pour un capteur au format 24x36 mm

Angle de champ et grossissement

De même, le grossissement va varier en fonction de l’angle de champ de l’objectif (et donc en fonction de la focale de l’objectif). Sans bouger, un objet situé devant nous, nous paraitra plus gros (comme si nous nous étions rapproché) ou plus petit (comme si nous nous étions éloigné) par rapport à sa taille visible depuis notre position.

Le grossissement peut être défini comme le rapport entre la distance réelle que nous avons avec l’objet observé et la distance virtuelle à laquelle il aurait fallu être pour voir ce même objet à la taille affiché dans le viseur ou l’écran de notre appareil photo.

Si par exemple, nous estimons que l’objet a été grossit 10 fois, c’est comme si nous avions réduit la distance qui nous en sépare de 10 fois (comme si l’objet était situé à une distance 10 fois moins grande). Dans ce cas, si l’objet est à 20 m de nous, c’est comme si nous nous en étions rapproché à 2 m (20 / 10). Nous retrouvons bien notre grossissement de 10 fois en divisant notre distance réelle (20 m) par la distance virtuelle (2 m).
  • Plus l’angle de champ sera réduit (distance focale élevée) et plus le grossissement sera important (les longues focales nous donneront l’impression de nous être rapproché de la scène prise en photo).
  • Plus l’angle de champ sera élevé (distance focale courte) et plus le grossissement sera faible (les objectifs grands-angles nous donneront l’impression de nous être reculé par rapport à la scène photographiée)
Cadrage par focale (de 24 à 600 mm) avec angle de champ correspondant (au format 24 x 36 mm)
Les images des différents cadrages par focale, utilisées pour la création du visuel ci-dessus, proviennent du site Nikon France, de la page intitulée Simulateur d’objectifs NIKKOR.

Calcul de l’angle de champ

L’angle de champ d’un objectif se mesure en degré. S’il peut être donné horizontalement et verticalement, la plupart des constructeurs ont pris l’habitude assez singulière de le donner pour la diagonale du cadre.

L’angle de champ (a) se calcule en fonction de la focale (f) de l’objectif (nous avons vu qu’il existe une relation directe entre les deux), mais dépend aussi de la taille du capteur.

L’angle de champ (a) horizontal, celui correspondant à la longueur (L) du capteur est donné par la formule suivante :

a = 2.atan(L/2f)

avec :

  • L : longueur du capteur
  • f : distance focale de l’objectif en mm
  • atan ou arctan : fonction mathématique arc tangeante. L’arc tangente d’un nombre x est un angle (exprimé en radians et pouvant être converti en degrés) dont la tangente vaut ce nombre x.
Par exemples, des focales de 50, 100 et 200 mm montées sur un appareil photo à capteur plein format 24 x 36 mm donneront respectivement un angle de champ horizontal de :

  • Pour la focale de 50 mm, a = 2.atan(36 / 2×50) = 39,60°
  • Pour la focale de 100 mm, a = 2.atan(36 / 2×100) = 20,41°
  • Pour la focale de 200 mm, a = 2.atan(36 / 2×200) = 10,29°

Focale réelle, focale équivalente et coefficient de conversion

La notion de focale équivalente est assez déroutante lorsque nous débutons en photo. Dans cette partie, nous allons expliquer à quoi elle correspond, son utilité et son origine…

Focale « réelle » et équivalente : une question d’angle de champ

Un rappel important : La focale est une caractéristique optique intrinsèque à l’objectif. Elle est indépendante du boîtier sur lequel nous fixons l’objectif.

En revanche, l’angle de champ couvert par l’objectif, s’il dépend en partie de la focale, va également varier en fonction de la taille du capteur de l’appareil photo (c’est ce que nous venons de voir avec la formule précédente).

Pour reprendre les exemples précédents. Si des focales de 50, 100 et 200 mm sont, non plus montées sur un appareil photo plein format, mais sur un appareil à capteur plus petit, sur un APS-C d’une taille d’environ 15,7 x 23,7 mm. L’angle de champ horizontal sera de :

  • Pour la focale de 50 mm, a = 2.atan(23,7 / 2×50) = 26,67°
  • Pour la focale de 100 mm, a = 2.atan(23,7 / 2×100) = 13,52°
  • Pour la focale de 200 mm, a = 2.atan(23,7 / 2×200) = 6,78°

Et si ces mêmes focales se retrouvent sur un capteur encore plus petit comme par exemple celui de la gamme des Micro 4/3 (13 x 17,3 mm), alors l’angle de champ va encore se réduire comme le montrent les calculs suivants :

  • Pour la focale de 50 mm, a = 2.atan(17,3 / 2×50) = 19,63°
  • Pour la focale de 100 mm, a = 2.atan(17,3 / 2×100) = 9,89°
  • Pour la focale de 200 mm, a = 2.atan(17,3 / 2×200) = 4,95°

Tableau récapitulatif des angles de champ horizontaux pour les focales et capteurs pris en exemple :

Focale (en mm) Angle de champ horizontal (en degré) par capteur
Plein format
24 x 36 mm
APS-C
15,7 x 23,7 mm
Micro 4/3
13 x 17,3 mm
50 39,60 26,67 19,63
100 20,41 13,52 9,89
200 10,29 6,78 4,95

Nous avions déjà vu que plus la focale augmente et plus l’angle de champ se réduit. Avec ces calculs, nous constatons également qu’avec une même focale, plus le capteur sera petit et plus l’angle de champ va se rétrécir (et donc le grossissement va augmenter). Autrement dit, une même focale va cadrer plus serré sur un petit capteur que sur un grand.

Voici en image l’explication de ce phénomène. Ici nous avons pris une même focale de 50 mm (compatible plein format) monté sur un appareil photo numérique (APN) à capteur plein format (24 x 36 mm) et un capteur plus petit APS-C.

Différence de cadrage entre un appareil photo à capteur plein format (24x36 mm) et APS-C pour une même focale de 50 mm

Avec cette infographie, nous voyons que le cercle image de l’objectif couvre le capteur 24 x 36 mm. Mais lorsque nous montons le même objectif sur un appareil avec un capteur APS-C plus petit, c’est comme si nous avions pris uniquement le centre de l’image formée par l’objectif, comme si nous avions recadré l’image. Le sujet figurant sur l’image provenant du boîtier à capteur APS-C apparaitra donc plus grand (angle de champ plus étroit avec un plus fort grossissement), comme si nous avions zoomé pour cadrer plus serré avec un appareil photo plein format (dans notre cas, comme si nous avions monté un objectif de 75 mm sur un plein format).

J’insiste une fois de plus, ce n’est pas parce que vous mettez votre objectif sur un appareil photo à capteur APS-C qu’il va magiquement changer de focale (cette dernière étant une caractéristique optique de l’objectif et de lui seul). Un 50 mm qu’il soit monté sur un appareil photo plein format ou un APS-C, reste toujours un 50 mm ! C’est une réalité physique indiscutable.
En revanche, le cadrage sera différent. Si l’image formée par l’objectif sera la même (qu’il soit monté sur un plein format ou un APS-C), dans le cas d’un APS-C, le capteur étant plus petit qu’un capteur 24×36 mm, seule la partie centrale de l’image sera récupérée par le capteur. Finalement l’image est la même, mais le petit capteur ne la verra pas dans son ensemble, contrairement au capteur 24×36 mm. Pour prendre une autre métaphore, c’est un peu comme si sur un tirage photo vous découpiez le pourtour pour ne garder que la partie centrale de la photo. A la base, la photo est exactement la même, mais vous l’avez simplement découpée en son centre.

Origine de cette notion de focale équivalente

Pour caractériser de manière assez complète un objectif, il serait donc nécessaire non seulement de parler :

  • d’ouverture(s),
  • de focale(s),
  • mais aussi d’angle(s) de champ couvert(s) en fonction de la taille du capteur de l’appareil photo sur lequel sera mis l’objectif.

Mais les photographes n’ont pas été habitués à raisonner en termes d’angle de champ, même si cette notion est pourtant assez aisément compréhensible. Il faut dire qu’au temps de l’argentique, le gros du marché de la photo (au niveau professionnel et amateur) était dominé par des films au format 35 mm donnant des images de 24 x 36 mm. Au fil des années, les photographes se sont donc construits des repères par rapport à ce format le plus répandu. Ils ont appris à estimer comment cadre un 24, un 50, un 100 ou un 200 mm, etc. Autrement dit, quel est le champ embrassé par telle ou telle focale sur une surface photosensible de 24 x 36 mm. Même s’il existait d’autres formats, ce dernier est resté une référence et il le reste encore aujourd’hui malgré une multiplication des formats de capteurs numériques.

Pour vous faire une idée des différentes tailles de capteurs qui existent actuellement sur le marché de la photo, je vous invite à consulter l’article intitulé « La taille des capteurs des APN : comparatif ».

En effet, avec l’apparition du numérique, la situation s’est compliquée car les fabricants se sont mis à produire de nombreux capteurs de tailles différentes du fameux format 24 x 36 mm (notamment pour des questions de coûts et d’accès au grand public, beaucoup de capteurs étaient d’une taille plus petite que le 24 x 36 mm).

Sur un grand nombre d’appareils numériques, se retrouve notamment le format APS-C (pour mémoire, ce format existait aussi en argentique, mais n’avait jamais vraiment réussi à percer).
Le sigle APS-C est l’acronyme de « Advanced Photo System type-C », le C signifiant « Classic » en référence aux anciens négatifs APS classiques dont l’image, bien qu’un peu plus grande, était assez proche de la taille des capteurs APS-C actuels.

Au final, comme au temps de l’argentique, une majorité de photographes savait comment cadre telle ou telle focale pour un format 24 x 36 mm, cette notion de focale équivalente a été introduite pour permettre à ces photographes ayant déjà ces repères de savoir comment cadre un objectif monté sur un appareil avec un capteur d’une taille différente de ce fameux 24 x 36 mm.

Focale équivalente et coefficient de conversion

Maintenant que nous savons pourquoi le capteur plein format 24 x36 mm est devenu la référence pour savoir quel est le champ qui peut être photographié par un objectif de telle ou telle focale, voyons comment il est possible de retrouver la « focale équivalente 24 x 36 » lorsque un objectif est monté sur un capteur d’une taille différente.
Pour passer de la focale « réelle » à la focale équivalente (celle qui permettra d’avoir une idée de comment cadre l’objectif), il suffit de multiplier la focale réelle par un coefficient de conversion.

Plusieurs synonymes existent pour ce coefficient de conversion :

  • Coefficient, facteur ou ratio de conversion
  • Coefficient ou facteur multiplicateur
  • Coefficient de focale
  • Coefficient de recadrage
  • Crop factor (anglais)

Autrement dit :

  • Si un objectif est monté sur un appareil plein format 24 x 36 mm, comme nous sommes sur le format qui sert de référence, la focale équivalente sera égale à la focale réelle (aucun changement ; si nous devions appliquer un coefficient de conversion, il serait simplement de 1).
  • En revanche, si un objectif est monté sur un appareil avec un capteur d’une taille différente du format de référence 24 x 36 mm, il faudra alors multiplier la focale « réelle » par le coefficient de conversion pour obtenir la « focale équivalente » 24 x 36 ou plein format (parfois également appelé équivalent format 35 mm).

Voici le tableau des principales tailles de capteurs numériques avec le coefficient de conversion correspondant (colonne de droite)

Taille capteur
(Appellation)
Dimensions* (en mm) Coef. de conversion focale Coef. de conversion focale (arrondi)
Hauteur Largeur Diagonale
1/4’’ 2,4 3,2 4 10,83 10,8
1/3’’ 3,6 4,8 6 7,22 7,2
1/2,5″ 4,29 5,76 7,2 6,01 6
1/2,3’’ 4,62 6,16 7,7 5,62 5,6
1/2’’ 4,8 6,4 8 5,41 5,4
1/1,7’’ 5,7 7,6 9,5 4,56 4,6
2/3’’ 6,6 8,8 11 3,94 3,9
1’’ 8,8 13,2 15,9 2,72 2,7
Micro 4/3 13 17,3 21,6 2 2
1,5’’ 14 18,7 23,4 1,85 1,9
APS-C 1,6x 14,9 22,3 26,8 1,62 1,6
APS-C 1,5x 15,7 23,7 28,4 1,52 1,5
APS-H 18,6 27,9 33,5 1,29 1,3
Plein format (Full Frame) 24 36 43,3 1 1
Moyen format 33 44 55 0,79 0,8
40,4 53,7 67,2 0,64 0,6
* Dimensions approximatives : dans une catégorie de capteurs donnés, les dimensions en hauteur et largeur peuvent légèrement varier selon la marque ou même le modèle d’appareil photo…
Par exemples,

  • Pour un capteur comme l’APS-C, il faut multiplier par 1,5 (ou un 1,6 sur un APS-C Canon) pour retrouver l’équivalent en 24 x 36 mm. Un objectif de 50 mm cadrera sur un APS-C comme le ferait un 75 mm (50 x 1,5) monté sur un appareil plein format 24 x 36 mm. La focale « réelle » pour cet objectif est et restera toujours 50 mm (quel que soit l’appareil sur lequel sera monté l’objectif), en revanche la focale équivalente variera en fonction de la taille du capteur.
  • Avec un capteur plus petit que l’APS-C comme par exemple le format Micro 4/3, le coefficient de conversion sera de 2 : un objectif 50 mm (focale « réelle ») cadrera comme un 100 mm (focale équivalente) mis sur un plein format.

Calcul du coefficient de conversion pour trouver la focale équivalente

Si le coefficient de conversion est généralement connue pour les tailles de capteurs les plus répandues, sachez qu’il est possible de le calculer à partir de formules plus ou moins simples.

Méthode 1 (focale équivalente)

Nous pouvons repartir de la formule utilisée précédemment pour calculer l’angle de champ (a = 2.atan(L/2f)) pour trouver quelle serait la focale qui montée sur un capteur 24×36 donnerait le même angle de champ que celui obtenu sur le capteur APS-C. La formule devient f’=L/(2.tan(a/2)) avec « f » la focale, « L » la longueur du capteur et « a » l’angle de champ.

Si nous reprenons l’exemple d’une focale de 50 mm, pour rappel, nous avions trouvé les angles de champs suivants :

  • Sur capteur 24 x 36 mm, pour la focale de 50 mm, a = 2.atan(36 / 2×50) = 39,60°
  • Sur capteur APS-C de 15,7 x 23,7 mm, pour un 50 mm, a = 2.atan(23,7 / 2×50) = 26,67°

La focale à mettre sur le capteur plein format pour retrouver le même cadrage que celui sur l’APS-C serait :
f=36/(2.tan(26,67°/2)) = 75,94 mm
Et pour passer de 50 mm à la focale équivalente de 75,94, il faut multiplier par 75,94 / 50 soit environ 1,52. Ce chiffre correspond au coefficient de conversion. En multipliant la focale réelle de 50 mm par le coefficient de conversion du capteur APS-C (1,52), on retrouve notre focale équivalente 24 x 36 de 76 mm.

Méthode 2 (tailles de capteurs) – La plus simple

Sinon, beaucoup plus simplement, nous pouvons aussi retrouver le coefficient de conversion en faisant simplement le rapport entre la taille du capteur de référence 24 x 36 mm et la taille du capteur utilisé.
Ce rapport peut se faire en utilisant la longueur du capteur ou bien pour être un peu plus juste, notamment pour tenir compte des capteurs avec un ratio un peu différent de celui de référence, en utilisant la diagonale (le tableau ci-dessus utilise cette méthode).

Pour reprendre l’exemple précédent :

  • Largeur du capteur de référence 36 mm divisée par la largeur du capteur utilisé, ici APS-C de 23,7 mm = 1,52
  • Diagonale du capteur 24 x 36 soit √(242+362) = 43,3 divisée par celle du capteur APS-C √(15,72 + 23,72) = 28,4 soit 43,3 / 28,4 = 1,52
En réalité cette notion de « focale équivalente 24 x36 mm » devrait être évitée car elle est source de bien des confusions. En effet, cette expression laisse à penser à tort, que la focale change avec la taille du capteur (or on ne le répétera jamais assez, la focale est une caractéristique de l’objectif et n’a donc rien à voir avec la taille du capteur).

Pour éviter toute confusion, il faudrait plutôt utiliser la notion d’angle de champ et parler « d’angle de champ équivalent 24 x 36 mm » car pour une focale donnée, c’est seulement l’angle couvert et le grossissement qui changent en fonction de la taille du capteur, et non la focale. Malheureusement, l’angle de champ est une notion que les photographes n’ont pas l’habitude d’utiliser : si un photographe suffisamment expérimenté sait généralement comment cadre une focale donnée sur un capteur 24 x 36 mm, en revanche il n’a, la plupart du temps, aucune idée précise à quel angle de champ, en degré, cette même focale correspond…

Questions – réponses sur la notion de focale équivalente

Pour mieux comprendre et insister sur cette notion parfois un peu délicate à appréhender, rien de tel que de répondre directement à des interrogations concrètes de photographes.
Dans cette partie, afin d’éviter toute ambiguïté, pour parler de la focale « normale », qui correspond à la définition optique de la première partie, je parlerai souvent pour cette dernière de focale « réelle », en opposition à la focale « équivalente » , qui nous l’avons vu, correspond plus à une notion de cadrage qu’à une caractéristique optique.

Sans plus attendre, voici une petite série de questions / réponses inspirées directement de questions que des photographes ont pu me poser à ce sujet au travers du blog ou lors de cours ou stages photo :

?Quelle est la focale indiquée sur le fût de l’objectif de mon reflex APS-C ? Est-ce qu’il s’agit de la focale équivalente ?
Non, il s’agit bien de la focale « réelle », celle correspondant à la définition vue au début de cet article (cette distance focale est une caractéristique optique de l’objectif, c’est donc elle qui logiquement figure sur l’optique). Pour tous les objectifs interchangeables (pour les appareils à capteur plein format, APS-C ou micro 4/3) c’est toujours la focale « réelle » qui est indiquée sur les objectifs.

En ce qui concerne les appareils photo avec un zoom intégré (compact et bridge), là encore c’est habituellement la focale réelle qui est inscrite, mais parfois la focale équivalente est également précisée.

Par exemple, comme le montrent les photos ci-dessous, sur l’appareil photo compact Panasonic Lumix DC-TZ200 (qui embarque un capteur de 1’’), sont indiquées à l’avant de l’objectif les focales réelles (8.8 – 132) et, sur le fût de l’objectif, les focales équivalentes 24 x 36 mm (24 – 360).

Mention de la focale "réelle" (vue de face) et équivalente (vue de haut) sur un appareil photo compact Panasonic

?J’ai un objectif Canon 18-200mm EF-S (dédié APS-C) que je fixe sur mon appareil photo à capteur APS-C. Faut-il que j’applique le coefficient de conversion alors même que l’objectif est APS-C nativement ?
Oui tout à fait, même sur les objectifs conçus pour un capteur APS-C (objectif « EF-S » chez Canon, « DX » chez Nikon, « DC » chez Sigma, « DI-II » chez Tamron…) c’est toujours la focale « réelle » qui est indiquée sur les objectifs (c’est une donnée intrinsèque à l’objectif et cela ne change rien que ce dernier soit destiné à un capteur plein format ou à un capteur de plus petite taille). Même avec un objectif dédié au format APS-C, il faudra donc appliquer le coefficient de conversion (1,6 chez Canon et 1,5x chez les autres fabricants) pour obtenir les focales équivalentes du zoom en 24x36mm.
En résumé :

  • Les focales « réelles » de votre objectif sont et resteront toujours 18-200 mm.
  • Et dans votre cas (boîtier Canon APS-C), les focales équivalentes en 24 x 36 sont 29-320 mm (focales multipliées par le coefficient de conversion de 1,6 de chez Canon). Cela signifie que votre couple boîtier-objectif donnera le même cadrage (les mêmes angles de champ) qu’un zoom 29-320 mm monté sur un appareil plein format (à capteur 24 x 36 mm).
?Si j’utilise un objectif Canon 24 mm compatible plein format (EF), il devient sur un boîtier APS-C un équivalent 38,4 mm par le facteur de conversion (1,6 chez Canon). Jusqu’ici, ok. Mais dans le cas inverse, si j’ai un objectif 24mm dédié APS-C (comme par exemple le Canon 24mm EF-S f/2.8 STM), pour avoir un objectif qui a le même angle de vision sur un plein format, il aurait fallu diviser par 1,6 et non multiplier puisqu’il est déjà APS-C.
Les chiffres donnés dans les noms des objectifs et inscrits sur les fûts d’objectifs sont les focales réelles et non les focales équivalentes, même pour les objectifs prévus pour APS-C. On ne peut donc pas dire d’une focale indiquée sur l’objectif qu’elle est « déjà APS-C ».
Pour les objectifs pour APS-C (monture EF-S chez Canon), c’est seulement dans la fiche technique que nous trouverons (et encore pas toujours) la « Focale équivalente en 24 × 36 ».
En d’autres termes, un 24mm Canon qu’il soit à monture EF-S (spécifique capteur APS-C) ou à monture EF (compatible plein format et APS-C) donnera une focale équivalente 38,4mm sur un APS-C et une focale 24mm sur un plein format (aucun changement).

Et pour être plus précis, chez Canon, un 24 mm dédié APS-C (monture EF-S) sera en réalité incompatible avec un plein format. Mais en théorie, s’il était quand-même monté sur un plein format, cela resterait un 24mm, dont en revanche le cercle image ne couvrirait pas entièrement le capteur (puisque prévu pour un plus petit capteur), ce qui provoquerait un très fort vignetage (assombrissement des pourtours de la photo)…

?Pourquoi sur mon boîtier APS-C, j’obtiens des photos dont le cadrage est identique avec deux objectifs Canon 28-80 mm différents, un ancien plein format pour argentique (EF) et un récent dédié au format APS-C (EF-S) ? Est-ce à dire que mon ancien objectif argentique est en réalité conçu pour un capteur APS-C ?
La focale est une caractéristique propre à un objectif (peu importe pour quelle taille de capteur l’objectif est prévu) . Même pour un objectif dédié APS-C, la focale donnée n’est jamais la focale équivalente. Autrement dit, deux mêmes focales « réelles » donneront donc un même angle de champ sur un même boîtier (pour une même taille de capteur) et donc un même cadrage. L’ancien objectif 28-80 mm EF initialement prévu pour un appareil argentique est bien compatible avec un plein format (le format de pellicule argentique le plus répandu présentait la même dimension de 24×36 mm que le capteur dit « plein format » de nos boîtiers numériques). Toutefois lorsqu’il est couplé à un appareil numérique APS-C, seule la partie centrale de l’image projetée par l’objectif sera utilisée, puisque sur ce boîtier la taille du capteur est plus petite que 24×36 mm. Il faudra donc appliquer le coefficient de conversion autant pour cet objectif que pour l’objectif dédié APS-C pour connaitre la focale équivalente 24×36 mm.
La focale 28 mm (quel que soit l’objectif) donnera au niveau cadrage un équivalent 28 mm x 1,6 (coefficient Canon) = 44,8 mm (il faudrait monter une focale d’environ 45 mm sur un boîtier plein format pour obtenir le même cadrage que celui que vous avez dans votre configuration).

?Pourquoi je ne peux pas monter mon objectif Canon EF-S sur un boîtier plein format ? Puisque la focale indiquée est la focale réelle, cela devrait juste cadrer moins serré qu’avec un boîtier APS-C.
En admettant que les objectifs Canon EF-S puissent mécaniquement se monter sur un boîtier plein format (ce qui généralement n’est pas le cas), comme l’objectif a été optimisé (notamment en terme de diamètre) pour un capteur APS-C, le cercle image ne couvre que la superficie du capteur pour lequel il a été conçu (environ 14,9 x 22,3 mm). Avec un capteur plus grand (24 x 36 mm), l’image ne se formera donc que sur la partie centrale du capteur. Le reste ne sera pas éclairé (noir) et la photo éventuelle issue de ce couple « boîtier plein format – objectif APS-C » présenterait donc un très fort vignetage (pourtours noirs).

?J’ai entendu dire que les objectifs Nikon pourtant dédié APS-C (sigle « DX » chez Nikon) fonctionnent quand-même sur les Nikon plein format (par exemple un objectif AF-S DX NIKKOR 16-80mm f/2.8-4E ED VR sur un Nikon D850. Je croyais que comme chez Canon, un objectif APS-C était incompatible avec un plein format…
Oui contrairement aux objectifs Canon dédiés APS-C (EF-S), les objectifs Nikon dédiés APS-C (DX) peuvent se monter sur des boîtiers Nikon plein format (ils sont mécaniquement compatibles). Ils fonctionnent donc à la fois sur un boîtier à capteur APS-C et un boîtier plein format (24 x 36 mm). En revanche, pouvoir utiliser un objectif Nikkor DX sur un appareil plein format (FX) n’est pas sans conséquences. Ces objectifs sont compatibles, mais au prix d’un fort recadrage qui réduit drastiquement les dimensions de l’image. En effet, le cercle image d’un objectif conçu spécifiquement pour un boîtier APS-C sera plus petit que celui d’un objectif compatible plein format (FX). Seule la partie centrale du capteur sera donc utilisée.

Sur un boîtier haute définition comme le Nikon D850 (45,4 MP, millions de pixels), nous passons d’une image de 8256 x 5504 pixels (45,4 MP) à une image plus petite de 5408 x 3600 pixels (soit 19,47 MP, ce qui laisse encore une photo d’une taille tout à fait acceptable pour bien des usages). Ce fort recadrage pourra être plus gênant sur des appareils photo moins définis (par exemple sur le D750 qui donne des images de 24,2 MP au format natif FX, une image au format DX donnera « plus que » 10,3 MP).

Et puisque seul le centre du capteur est utilisée, le cadrage (angle de champ) va être similaire à celui que nous aurions obtenu en mettant l’objectif DX sur un boîtier APS-C (sauf que ce dernier utilisera l’ensemble du capteur puisque le cercle image formé sera suffisamment grand pour cette taille de capteur). Par exemple, l’objectif Nikkor 16-80 mm donnera donc un cadrage équivalent 24 x 36 de 24-120 mm (application du coefficient de conversion de 1,5).
Les différents formats d'images chez Nikon (dont DX et FX) pour illustrer la notion de cadrage et d'angle de champ pour une même focale

?Dans les applications permettant de calculer la profondeur de champ, quelle est la focale à indiquer : la focale réelle ou la focale équivalente ?
Normalement, les calculs de profondeur de champ se font toujours avec la focale « réelle » (celle indiquée sur l’objectif), c’est donc cette dernière qu’il faudra indiquer. La focale (ou distance focale) est une caractéristique optique intrinsèque de l’objectif (contrairement à la notion de focale équivalente qui est juste une extrapolation pour avoir une idée du cadrage de l’objectif), c’est donc elle qui va servir au calcul optique pour estimer la profondeur de champ.
Bien sûr, l’auteur de l’application, s’il connait l’appareil photo et donc la taille du capteur utilisé, pourrait très bien partir de la focale équivalente pour retrouver la focale « réelle » et l’utiliser dans la formule de calcul de la profondeur de champ, mais ce serait illogique et le meilleur moyen de se compliquer la vie… donc, sauf mention contraire de l’auteur, c’est bien la focale réelle qu’il faut indiquer dans ce type d’application.

?Il existe une règle générale qui dit que pour éviter le flou de bougé, il faut avoir une vitesse au moins égale à 1 sur la focale (par exemple 1/200 s pour une focale de 200 mm) ? Est-ce qu’il s’agit de la focale réelle ou de la focale équivalente ?
Cette règle de l’inverse de la focale a été mise en place à l’époque de l’argentique en prenant comme référence le format de pellicule 24 x 36 mm le plus répandu. Pour appliquer cette règle, il faut donc prendre la focale équivalente et non la focale « réelle » . En effet, le risque de flou de bougé va fortement augmenter avec le grossissement et nous avons vu que le grossissement, s’il était en partie lié à la focale était aussi totalement dépendant de l’angle de champ embrassé par l’objectif (qui lui-même va varier en fonction de la taille du capteur).

Pour faire simple, rien de tel qu’un exemple : pour une focale de 300 mm, pour éviter le flou de bougé en appliquant la règle de 1/focale, nous devrions avoir une vitesse d’obturation d’au moins :

  • 1/300 s sur un appareil plein format (aucun changement).
  • 1/450 s sur un appareil photo à capteur APS-C (focale équivalente en 24×36 égale à 300 x 1,5 environ soit 450 mm),
  • 1/600 s sur un appareil à capteur Micro 4/3 (focale équivalente en 24×36 égale à 600 mm en appliquant le coefficient de conversion de 2).

Cette règle simple a l’avantage de donner un ordre d’idée et rappelle que plus la focale est grande et plus la vitesse de « sécurité » (pour éviter le flou de bougé) devra être élevée.
Soyez toutefois conscients que cette règle ne tient évidemment pas compte des éventuels systèmes de stabilisation (inexistants à l’époque où cette règle a été inventée) qui permettent d’éviter le flou de bougé, même en choisissant des vitesses d’obturation plus basses que la vitesse de « sécurité ».

Et vous ?Etes-vous à l’aise avec cette notion de focale ? Cet article vous-a-t-il aidé à mieux appréhender ce qu’est la focale et ce qu’elle implique ? Est-ce que la notion quelque peu déroutante de focale « équivalente » ne vous pose plus de problèmes ? Si vous avez des questions auxquelles l’article n’a pas ou a mal répondu sur ce thème assez complexe, 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.

11 commentaires

  1. Bonjour Hervé,

    Comme toujours, tu as fait très fort ! Tes articles vont au fond des problèmes. Tu préfères la qualité au nombre !

    Cet article m’a d’autant fait plaisir qu’il m’a rappelé ma classe de Terminale où on apprenait les lois de l’optique (que je connaissais déjà avec ma pratique photographique en argentique !)

    Bref, que du plaisir.

    Merci Hervé,
    Bien cordialement,
    Jean-Pierre.

    • Bonjour Jean-Pierre, merci pour ton retour fort sympathique !
      oui tu as tout compris 🙂 je privilégie la qualité à la quantité et j’essaye, dans la mesure du possible, d’apporter un petit plus, un éclairage différent de ce qui existe déjà sur internet sur un sujet donné (surtout pour un sujet comme la focale en photo qui a été maintes fois traité)…

  2. Bonjour,
    Merçi pour cette mise au point claire !

    Une autre question à éclaircir, quid de l’ouverture d’un objectif , par rapport à la taille de l’image (sur le capteur ) et celle du capteur ?

    Sur le web on trouve de tout , et souvent contradictoire. personnellement je me « rassure » avec les infos techniques de Pierre TOSCANI !

    • Même si j’ai un peu étudié le domaine, je ne suis pas spécialiste de l’optique (j’avoue ce n’était pas la matière où je me sentais le plus à l’aise lorsque j’ai passé mon CAP photo 🙂 ) comme l’est visiblement Pierre Toscani que vous citez fort justement (son site est également pour moi une référence en la matière)… toutefois, selon mes connaissances, l’ouverture n’a aucune incidence sur la taille de l’image formée sur le capteur.
      D’ailleurs, Pierre a écrit à ce sujet la phrase suivante : « Le diaphragme d’ouverture agit sur l’éclairement de chaque point à la surface du récepteur sans modifier la dimension de l’image ».

  3. Petites améliorations :

    • Changement du visuel « cadrage par focale (format 24 x 36 mm) » : progression plus lente au début pour privilégier les focales les plus souvent utilisées : 24 – 35 – 50 – 75 – 100 – 200 – 300 – 600 mm (l’ancienne image montrait le cadrage pour les focales suivantes : 24 – 50 – 100 – 200 – 300 – 400 – 500 – 600 mm).

    • Ajout en dessous du visuel précédent du lien vers le simulateur d’objectif Nikon d’où sont issues les images des différents cadrages par focale.

    • Ajout d’un nouveau visuel dans la partie « Focale et angle de champ » pour accompagner le texte : angle de champ (diagonal) par focale (de 24 à 600 mm) pour un capteur au format 24×36 mm.

    • Petits ajouts / modifications de textes pour essayer de rendre plus claires certaines explications ou insister sur certains points importants.

  4. Bonjour. Je vous confirme. Le mot « centre » optique ne peut être utilisé que pour une seule lentille. Ces lentilles en question, peuvent être « biconvexe » ou « biconcave ». Ou en optique classique de deux rayons de courbures complémentaires (une face convexe et une face concave) pour donner la puissance à la lentille, ou « verre » en optique lunetterie. Il est important ben sûr lors d’utilisation de verres ou lentilles que celle ci soient « centrées » sur votre œil pour éviter les déviations prismatiques.
    Félicitations pour votre article. Très complet comme toujours

    • Merci pour votre retour positif et la confirmation concernant l’utilisation du terme centre optique 🙂

      • je me permets un petit complément et « compliments ». Je m’explique. En arrivant dans la photo « active », l’on m’a un jour expliqué qu’en comparant un capteur aps-c et 24×36, l’on multiplié l’image de l’aps-c par rapport au 24×36. Ayant une formation « optique », et croyant sur parole, je n’ai pas cherché à « fouillé ». Un jour je me suis pris du bec avec des collègues du club, quand m’étant penché sur le problème j’ai découvert qu’il n’y avait en fait aucune multiplication de grandeur d’image. Ce jour là je leur ai expliqué qu’en fait, il n’y avait qu’un « recadrage » d’une photo. Je vous remercie donc d’avoir enfin par votre texte trouvé une personne censée qui est d’accord avec moi. je vous laisse imaginer la densité de l’air ce jour là lors de cette discussion.

  5. Bravo pour ce bel article technique, très enrichissant

  6. Bonjour, j’ai une question qui semble bete mais pourtant.
    je fais de la photo aqua et j’aimerais mettre un grand angle LAOWA 9mm de longueur 6cm de long sur de l’APSC avec le tube étanche d’origine du caisson, qui mesure 8cm de longueur, pas le Dome port. LAOWA annonce un angle de 113° pour son objectif. Ma question est : est ce que je risque de voir la sortie du tube étanche en « vignetting »? car les 113° sont calculés a partir du capteur, je suppose et non pas du bout de l’objectif?
    je ne sais pas si j’ai été clair.
    mais merci quand meme.

    • Même si le calcul de l’angle de champ se fait en tenant compte de la taille du capteur, selon moi, vous pouvez appliquer cette angle au niveau de la lentille frontale (dès la périphérie de l’ouverture réelle de l’objectif) pour avoir une idée du « champ de vision » de l’objectif. Cela vous donnera peut-être un aperçu du risque plus ou moins élevé de vignettage, mais évidemment le plus sûr serait de pouvoir tester avec votre propre matériel dans un magasin disposant de cet objectif…

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