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Balance des blancs et température de couleur en photo

Premier article d’une petite série d’articles consacrés à la notion de balances des blancs en photographie, nous allons voir aujourd’hui pourquoi tous les appareils photos numériques possèdent un réglage de balance des blancs, quel est son rôle et son principe de fonctionnement.

La balance des blancs selon la vision humaine : l’adaptation chromatique

En photographie, sauf parti-pris artistique, nous cherchons habituellement à reproduire fidèlement la scène que nous avons sous les yeux. Mais la vision humaine ne réagit pas de façon linéaire comme pourrait le faire un ordinateur (ou un appareil photo) : l’œil et le cerveau s’adaptent sans cesse à leur environnement.

La perception humaine des couleurs

La lumière est un rayonnement électromagnétique. Elle est composée de photons qui se propagent en ondes. La lumière blanche visible est constituée de l’ensemble des ondes électromagnétiques perceptibles par l’œil humain. Autrement dit, elle regroupe toutes les longueurs d’onde constituant les couleurs du spectre visible : rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet. Pour preuve, lors d’un arc-en-ciel, les gouttes d’eau en suspension dans l’atmosphère décomposent la lumière blanche comme le ferait un prisme : les couleurs composant la lumière blanche deviennent alors visibles.

Le monde qui nous entoure, les objets que nous regardons sont éclairés par cette lumière. Ainsi, un objet éclairé par une lumière blanche va nous paraître blanc s’il renvoie l’ensemble des couleurs du spectre lumineux. De même, un objet gris éclairé par une lumière blanche ne présentera aucune dominante de couleur puisqu’il renverra également toutes les longueurs d’onde lumineuses.
A l’inverse, un objet nous apparaitra noir s’il absorbe l’ensemble des rayonnements lumineux.

Balance des blancs : couleur d'un objet blanc gris et noir

Enfin, un objet de couleur va réfléchir l’onde lumineuse correspondante à sa couleur et retenir les autres longueurs d’onde.
Par exemple, une tomate mûre nous apparait rouge car sa surface absorbe les couleurs proches du vert et du bleu et renvoie l’onde lumineuse correspondant au rouge (voir l’illustration ci-dessous). Sur le même principe, un citron est jaune car il nous renvoie la longueur d’onde correspondante à cette couleur et absorbe les autres, etc.

Balance des blancs - couleur des objets (exemple d'une tomate rouge)

La balance des blancs automatique opérée par notre cerveau

Nous savons tous que notre vision s’adapte à l’intensité lumineuse : si nous passons d’un extérieur ensoleillé à un intérieur sombre, après un petit temps d’adaptation, nous verrons parfaitement dans un cas comme dans l’autre. Par contre ce dont nous avons souvent un peu moins conscience, c’est qu’il existe aussi une adaptation de l’œil aux couleurs. On parle d’adaptation chromatique.

La source lumineuse (l’illuminant) qui éclaire notre environnement n’est pas nécessairement une source parfaitement blanche avec un spectre sans dominante chromatique. En fait, notre vision s’adapte en permanence aux éventuelles dominantes colorées de la scène observée.

Par exemple, si nous lisons un livre dehors à la lumière du jour puis que nous rentrons lire à l’intérieur à la lumière jaunâtre d’une ampoule incandescente (type tungstène) : dans un premier temps nous percevrons la différence de couleur de l’éclairage, puis cette différence s’atténuera : notre vision s’adaptera au nouvel environnement et retrouvera une perception des couleurs très proche de la première situation : le papier que notre cerveau sait blanc, sera à nouveau perçu comme blanc même sous un éclairage jaune-orangé. Pourtant, si l’on mesurait scientifiquement la couleur du papier, le papier blanc présenterait la dominante jaune de l’ampoule qui l’éclaire (puisqu’un objet blanc renvoie l’ensemble du spectre lumineux reçu).

Cette capacité d’adaptation pourrait se résumer ainsi : pour notre œil, le blanc est toujours blanc même si, dans certaines limites, les conditions d’éclairage sont changeantes. En d’autres termes, un objet que nous savons blanc nous apparaitra blanc même s’il est éclairé par une source lumineuse colorée.

Balance des blancs - couleur d'un objet blanc : adaptation chromatique

En fait la balance des blancs automatique de notre appareil photo essaie de reproduire cette particularité adaptative de la vision humaine. L’appareil cherche à neutraliser les dominantes colorées de la lumière qui éclaire la scène, comme le fait naturellement notre cerveau. Sans cela la scène photographiée nous semblerait irréelle puisqu’elle ne correspondrait pas à ce que nous avons perçu.

Attention, cette adaptation chromatique de notre vision face aux conditions changeantes d’éclairage est valable seulement jusqu’à un certain point. Il est évident que si l’éclairage a une très forte dominante colorée, même le blanc finira par nous apparaitre coloré. C’est le cas par exemple lorsque nous admirons un paysage baigné par les derniers rayons de lumière rougeâtre d’un coucher de soleil. Toutefois même si nous savons que le blanc est coloré, après un certain temps, nous aurons quand même tendance à atténuer l’intensité de cette couleur sur le blanc. D’autre part, chacun étant unique, il est également admis que la perception des couleurs diffère plus ou moins d’un individu à l’autre

La mesure des dominantes chromatiques : la température de couleur

La source lumineuse qui éclaire une scène peut être neutre (blanche) ou présenter une dominante colorée. Nous avons tous constaté que la lumière à l’intérieur de nos maisons a généralement une teinte beaucoup plus chaude que la lumière du jour.
De même, en extérieur, la lumière du ciel varie en fonction de la proportion d’ondes rouges, vertes et bleues présentent dans le spectre lumineux.
Au moment du lever et du coucher de soleil, le ciel se pare d’une couleur rouge orangée : en raison de la position basse du soleil, la lumière va traverser une couche plus étendue de l’atmosphère qu’au zénith. Or, les ondes lumineuses les plus longues (rouges, oranges et jaunes) sont moins absorbées par l’atmosphère que les ondes plus courtes (vertes, bleues et violettes) : résultat, alors que la majorité des ondes jaunes et rouges arrive jusqu’à l’observateur, une grande partie des ondes bleues et vertes est absorbée par le voile brumeux et poussiéreux de l’atmosphère.
A l’inverse le ciel a une dominante bleue en haute montagne où l’atmosphère est moins chargée de particules (les radiations bleues sont très peu absorbées).

Pour caractériser toutes ces variations de couleurs de la lumière, on utilise le terme de température de couleur. Cette température se mesure en kelvins. L’échelle associant couleur et températures en kelvins a été mise au point en comparant la teinte d’une source lumineuse à celle d’un corps noir chauffé (matière imaginaire qui au zéro absolu soit 0 kelvin ou -273,15°C ne réfléchirait aucune lumière et serait donc noire). Pour simplifier nous pourrions comparer ce corps à un morceau de fer : au fur à mesure que la température va augmenter le rayonnement lumineux va passer du rouge, au jaune, au blanc et enfin au bleu pour les températures les plus élevées.

Attention, vous avez compris, dans le langage courant, on parle de tons chauds pour des couleurs tirant vers le jaune et le rouge et de tons froids pour celles tirant vers le bleu. Ici avec cette notion de température de couleur, la logique est inversée : les hautes températures en kelvins correspondent à des couleurs froides (bleutées) et inversement les basses températures (plus petites valeurs en kelvins) caractérisent les couleurs chaudes tendant vers le rouge.

Le tableau ci-dessous donne des exemples de sources lumineuses avec leurs valeurs de température de couleur approximatives associées en kelvins (les températures et fourchettes de températures en kelvins varient légèrement selon les sources… ici je ne parle pas des sources lumineuses mais bien des sources écrites 🙂 ).

kelvinSource naturelleSource artificielle
1000 – 1500Lave en fusion
1500 – 1800FeuBougie
2000Soleil à l’horizon
2200 – 2700Lampe fluorescente à vapeur de sodium
2200 – 3200Lampe à incandescence (ampoule tungstène)
2900 – 3200Lampe halogène
3000Lever et coucher du soleil
3400Lampes « flood » de studio (lampe à filament de tungstène survolté, fournissant une lumière intense à spectre continu)
4500Tube fluorescent
5000Ciel bleu additionné des rayons du soleil
5000 – 6500Lampe fluorescente dite « lumière du jour ». Lumière naturelle normée 5000 K (D50) ou 6500 K (D65)
5500Lumière du jour à midi (moyenne) ; Température neutre (équilibrée : au-dessus, dominante bleu, en dessous, dominante jaune)
5400 à 7000Flash électronique
5800Lumière du jour, soleil au Zénith
6000 à 7000Ciel nuageux
7000 à 8000Ombre
9000Arc électrique
11 000Ciel clair en haute montagne / Ciel polaire

La balance des blancs : définition et principe d’utilisation

Définition de la balance des blancs en photo

Sur un appareil photo, la balance des blancs est le réglage qui permet d’ajuster la colorimétrie d’une image avant la prise de vue (colorimétrie neutre ou plus ou moins chaude ou froide) :

  • le plus souvent la balance des blancs permet de neutraliser une éventuelle dominante de couleur de l’éclairage ambiant. Cette dominante existe souvent mais nos yeux ne la perçoivent pas en regardant la scène photographiée (phénomène d’adaptation chromatique de la vision humaine expliqué dans la première partie). Sans ce réglage, la photo risquerait de nous paraitre loupée, les couleurs irréelles : ce que nous savons blanc ne ressortirait pas vraiment blanc. En termes simples, on pourrait dire que la balance des blancs sert habituellement à rendre blanc les zones blanches de la photo 🙂 .
  • ou à l’inverse, la balance des blancs peut aussi servir à accentuer voire même à ajouter une dominante de couleur (on parle alors généralement de balance des blancs créative). Elle peut alors soutenir l’histoire que raconte une photo, renforcer un sentiment, une ambiance : couleur chaude pour exprimer la chaleur d’une scène de vie, couleur froide, bleutée pour accentuer la sensation de froid d’un paysage enneigé, etc.

Principe d’utilisation de la balance des blancs

Sans rentrer dans les détails (ce sera l’objet d’un prochain article), tous les appareils photo proposent différents réglages de la balance des blancs.

La balance des blancs automatique

La balance des blancs automatique correspond au réglage par défaut. L’appareil fait de son mieux pour imiter le fonctionnement de notre vision en ajustant seul la colorimétrie de la photo pour qu’elle soit le plus conforme possible à ce que nous voyons. Les appareils actuels font généralement du bon travail mais il arrive parfois que les algorithmes ne donnent pas un résultat très satisfaisant. Dans ce cas, vous pouvez reprendre la main sur l’automatisme.

Les préréglages de balances des blancs

L’appareil photo permet de choisir différents préréglages de balance des blancs correspondant à la situation de prise de vue. Il vous suffit alors de choisir le réglage le plus proche des conditions lumineuses rencontrées : par exemple, « lumière du jour » ou « soleil » (symbolisé par un soleil) si vous faites des photos en plein jour au soleil, « nuageux » si le temps est couvert, etc.

Par exemple, si vous êtes en intérieur avec un éclairage présentant une dominante jaune, en choisissant le réglage prédéfini « Eclairage incandescent ou tungstène » (symbolisé par une ampoule ronde), l’appareil neutralisera cette dominante jaune. Vous dites à l’appareil, attention je vais prendre une photo avec une lumière très chaude (dans les jaunes-orangées, avec une faible valeur en kelvin). Avec cette information, l’appareil pourra compenser cette dominante attendue. C’est comme s’il ajoutait alors du bleu pour contrebalancer l’excès de jaune.

Le tableau ci-dessous est une synthèse des différents réglages prédéfinis de balance des blancs proposés par les grandes marques d’appareils photo avec les symboles les plus couramment utilisés (ici, ce sont ceux de chez Nikon mais les autres marques ont des icônes très similaires) et la correspondance avec la température de couleur mesurée en kelvin.

Réglages prédéfinis de balance des blancs proposés par les grandes marques d’appareils photo (températures de couleur en kelvin et symboles correspondants)

Le choix d’une valeur en kelvin

Sachez aussi que la très grande majorité des appareils propose de régler la balance des blancs en choisissant directement une valeur en kelvin.
Il faut alors se rappeler qu’un petit chiffre correspond à une couleur chaude dans les oranges et qu’à l’inverse un grand chiffre signifie une couleur bleutée (voir le tableau ci-dessous) et que d’autre part, comme avec les réglages prédéfinis, vous indiquez toujours à l’appareil la situation de prise de vue. Autrement dit, si vous choisissez une haute valeur kelvin (dans les bleus), l’appareil agira pour neutraliser cette couleur, donc ce sera comme s’il ajoutait de l’orange à la photo. Pour « réchauffer » votre photo, il faudra choisir une haute valeur kelvin (dans les bleus) et inversement…

La balance des blancs personnalisée ou manuelle

Enfin, dans une situation donnée, si vous souhaitez neutraliser toute dominante colorée, même légère, vous pouvez utiliser le réglage manuel ou personnalisé de la balance des blancs.
Le principe est de photographier, sur place, en gros plan, un objet blanc (mur, feuille de papier) ou gris neutre (charte pour l’exposition ou spécifique pour la balance des blancs) et d’indiquer à l’appareil que cet objet devient la référence pour la balance des blancs. Autrement dit qu’il devra appliquer un réglage de balance des blancs qui neutralisera toute dominante de couleur sur cet objet. En gardant ce réglage pour les photos suivantes, tant que l’éclairage ne changera pas, vous aurez alors des photos sans aucune dominante de couleur.

Si vous faites une erreur de balance des blancs au moment de la prise de vue, sachez qu’il vous sera tout de même possible de la modifier ensuite sur logiciel. Deux cas doivent alors être distingués :

  • Si vous prenez vos photos en RAW, alors aucun soucis, vous pourrez ajuster ce paramètre sans aucune dégradation du fichier. Le résultat sera aussi qualitatif que si vous aviez choisi la bonne balance des blancs dès la prise de vue.
  • Si vous prenez vos photos en JPEG, la modification de la balance des blancs sera également possible mais en revanche, contrairement au cas précédent, elle entrainera une dégradation de l’image plus ou moins visible selon l’étendu du changement.
Pour la petite histoire, à l’époque de l’argentique, nous devions choisir la pellicule photo en fonction de l’environnement de prise de vue : en extérieur (film « lumière du jour ») ou en intérieur (film type « lumière artificielle » couramment appelé « tungstène »). En complément, il était aussi possible de monter des filtres de couleur sur l’objectif pour neutraliser ou ajouter une dominante de couleur à la scène photographiée… bref, on retrouve évidemment la même problématique et le même principe d’utilisation, avec par contre une plus grande complexité de mise en œuvre et un manque de souplesse évident par rapport au numérique (où il suffit de laisser faire l’appareil ou de choisir un simple réglage en tournant une molette)…Elle n’est pas belle la vie du photographe numérique ?!

Et vous ?Aviez-vous conscience du travail de correction des couleurs opéré par vos yeux et votre cerveau, du rôle important de la balance des blancs en photographie ? Avez-vous déjà constaté des problèmes de colorimétrie sur vos photos ? Comment les avez-vous réglés ?

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À propos Hervé (LuzPhotos)

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

14 commentaires

  1. Merci bcp Hervé pour toutes ces explications . 😉 très intéressant .

  2. Bravo Hervé. Toujours aussi clair dans tes explications. La suite est attendue avec impatience.

  3. Merci Hervé, des explications claires et précises comme d’habitude, il faut penser à les mettre en application le moment venu.
    Plus d’excuses pour ne pas avoir l’ambiance souhaitée.

  4. Je ne savais pas que notre cerveau « trichait » comme ça. Merci Hervé

  5. Merci à vous 4 pour vos retours positifs !

  6. J’avais remarqué que « la logique habituelle est inversée avec la notion de température de couleur : les couleurs bleutées que l’on associe habituellement aux couleurs froides correspondent à des températures de couleur avec de hautes valeurs kelvins et inversement ».
    J’avais mis cette « anomalie » sur le fait qu’il faille apporter plus de couleurs chaudes (donc plus de kelvins) sur une un sujet au ton froid, et vice et versa. Autrement dit, qu’on mesurait la température que l’appareil devait fournir, et non la température du sujet.
    A moins que cette règle ait été établie par convention, comme pour la polarité du courant électrique qui est inversée par rapport la réalité (les physique de l’époque ignorant l’existence de l’électron, et, à fortiori, sa polarité.

    • Non en effet il y a la logique artistique, passée dans le langage courant et la logique scientifique qui mesure les dominantes en partant d’un constat scientifique (le fameux « corps noir » chauffé qui correspond aussi approximativement à ce que l’on pourrait obtenir en chauffant un morceau de fer).
      Même en indiquant une valeur en kelvins, l’appareil attend en effet qu’on lui indique la balance des blancs correspondant à la situation lumineuse dans laquelle on se trouve (comme avec les réglages prédéfinis) et il réagira en fonction de cette information : si on lui dit qu’il y a une dominante bleutée (haute valeur en kelvins), il cherchera à ramener la balance des couleurs vers les blancs en « amenant du jaune » à la photo pour contrebalancer l’excès de bleu (et inversement).

  7. J’aime beaucoup les explications complétes mais qui restent claires tout de même pour un non scientifique.. Bravo. J’attends la suite avec impatience !
    René

  8. Hervé, ne voit pas dans ce post un moyen d’en mettre plein la vue aux autres, mais j’adore discuter de physique qui est une de mes passions. Et les occasions sont rares dans cet univers où on nous abreuve de téléréalités, de paillettes, de primaires et de terrorisme à longueur de médias.
    Hervé, tu cites à plusieurs reprises ce fameux « corps noir ». Comme tu le dis dans ton excellent exposé sur la température des couleurs, en physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température.
    A la fin du 19ème siècle, les expériences en laboratoire pour essayer de quantifier les échanges énergétiques du corps noir ne collaient pas avec les théories qui donnaient des valeurs d’énergie infinies. Les physiciens parlaient alors de « catastrophe ultra-violette ».
    C’est Max Plank qui, pour expliquer le rayonnement émis par ce corps noir, imagina que les échanges d’énergie (le rayonnement électromagnétique en l’occurrence) se faisaient par paquets discontinus qu’il baptisa les quanta (ou grains de lumière). D’où le développement au cours du 20ème siècle de la physique quantique qui a révolutionné la physique.
    En 1905, Einstein donna le nom de photon à cet aspect corpusculaire de la lumière. Donc la lumière possède la dualité onde/corpuscule : Elle possède à la fois les propriétés d’une onde et celle d’un corpuscule.

  9. Merci Hervé pour cet article très « éclairant » et à l’intervention d’Alain Dicharry pour son ouverture scientifique !

  10. vraiment compréhensible super

  11. Bonjour Hervé, et merci également pour cette exposé. Si je comprends bien vos explications, mieux vaut, face à un splendide coucher de soleil aux derniers rayons jaunes/orangés, ne pas spécifier une température de couleur d’env 3000K sur le boitier lorsque l’on souhaite une photo baignée par cette ambiance de fin de journée. Si l’on spécifie ces 3000K, l’appareil va tout faire pour ramener une surface blanche qui avait pris une douce teinte jaune/orangé vers… Un blanc pur, annihilant ces couleurs chaudes (au sens artistique cette fois) de fin de journée !
    Même avec un peu d’expérience, je n’ai pas réussi à trouver à ce jour de pré-réglage vraiment satisfaisant de la balance des blancs pour restituer fidèlement les couleurs d’un coucher de soleil avec le seul boitier (Pentax K3-II). La sélection de l’optique (moderne AF ou Pentax K MAP Manuelle des années 80) joue aussi sur le rendu des couleurs, et je me retrouve finalement très souvent sur lightroom a modifier subtilement balance des couleurs et teintes pour restituer ce que mon oeil a vu! Comme vous l’avez expliqué, je met cela sur le compte qu’une machine n’a pas les facultés d’adaptation chromatique de l’oeil, et toute photo brute de capteur ne peut être qu’un compromis, qu’il faudra ajuster logiciellement au mieux par la suite. Merci de confirmer ma compréhension, très cdlt, Eric.

    • Oui, vous avez parfaitement compris ! et j’ajouterai même, histoire d’en rajouter une couche 🙂 , que nous avons chacun notre propre vision qui n’est pas parfaitement identique à celle de notre voisin : vous avez donc raison de dire « ce que MON oeil à vu »…

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