Convergence des lignes verticales : l’objectif grand-angle, le coupable idéal

« Attention, avec un grand-angle, les verticales vont être déformées ! »

C’est une mise en garde, une affirmation que l’on entend très souvent, en particulier lorsqu’on photographie des immeubles. Et pour cause, il suffit de regarder certaines photos d’architecture non retouchées prises au grand-angle : les bâtiments semblent pencher vers l’arrière, les façades paraissent se resserrer vers le haut et les lignes verticales semblent converger vers un point situé au-dessus de l’image (comme sur la photo ci-dessous).

Si un photographe examine sa photothèque et rassemble toutes les photos présentant ce phénomène de convergence des lignes verticales : à coup sûr, il s’apercevra que les photos ont en commun une courte focale proche de 24 mm (en équivalent 24×36 mm), autrement dit qu’elles ont été prises avec un grand-angle (zoom réglé à la plus petite focale). À chaque fois que le phénomène est là, que le crime est avéré, comme par hasard, le grand-angle n’est jamais loin ! La conclusion paraît évidente : le grand-angle est le coupable idéal !

Mais en matière d’enquête, les apparences sont parfois trompeuses.
Après tout, un bon détective ne se contente pas d’arrêter le premier suspect venu sous prétexte qu’il se trouvait sur les lieux du crime. Il cherche des preuves…

Le grand-angle provoque-t-il réellement ce phénomène ?

En allant enquêter sur le terrain, nous allons essayer de confirmer (ou non) que c’est bien le grand-angle qui provoque ce phénomène où les lignes verticales d’un bâtiment semblent se rapprocher à mesure qu’elles montent dans l’image.

Expérience 1 : focale grand-angle identique, orientation différente

Plaçons-nous au pied d’un immeuble et prenons-le en photo : pour faire entrer son sommet dans le cadre, nous devons incliner l’appareil vers le haut. Immédiatement, les verticales convergent. Le phénomène est bien là.

Mais est-ce vraiment le grand-angle qui en est responsable ?

Sans changer de place, ni de focale, reprenons le même bâtiment en photo, mais cette fois-ci en veillant à garder l’appareil parfaitement horizontal. Certes nous n’avons plus le haut de l’immeuble, le cadrage a évidemment changé, mais point crucial pour notre enquête : le phénomène des lignes verticales qui convergent a disparu ! Cette fois, les lignes verticales des murs, fenêtres et balcons restent parallèles aux bords de la photo… et pourtant nous sommes toujours au grand-angle, avec la même focale.

Étrange… Notre suspect principal est pourtant présent sur les lieux. Le grand-angle est bien utilisé, mais cette fois-ci le crime n’a pas eu lieu. Le doute s’installe. Est-ce vraiment le grand-angle qui en est responsable ?

Expérience 2 : orientation en contre-plongée identique, focales différentes

Essayons donc l’expérience inverse : plutôt que de garder la même focale et de changer l’orientation de l’appareil comme dans le cas précédent, nous allons comparer une courte focale (un grand-angle) à une focale plus longue tout en gardant l’orientation du boîtier vers le haut.

Au pied de l’immeuble, en inclinant fortement l’appareil pour cadrer son sommet, prenons une première photo au grand-angle, puis en prenant soin de ne pas bouger l’appareil (point de vue et orientation identiques) changeons de focale en zoomant. Le phénomène de convergence des verticales est bien présent à la focale la plus courte (24 mm), mais point crucial, on le retrouve aussi à la focale plus élevée (46 mm dans notre cas). Et en regardant de plus près le résultat, le constat est édifiant : si nous recadrons la photo prise à 24mm et que nous la comparons à celle prise à 46mm, elles paraissent semblables en tous points et présentent la même convergence des verticales (les balcons rétrécissent dans les mêmes proportions au fur à mesure que l’on monte dans les étages).

Ces deux expériences nous prouvent que le phénomène (le crime) :

• n’a pas systématiquement lieu, même en présence d’un grand-angle
• peut exister même en l’absence d’un grand-angle (avec une plus longue focale)

Le véritable responsable semble donc se cacher ailleurs.

Si le grand-angle est innocent, qui est le coupable ?

À ce stade de l’enquête, notre principal suspect, le grand-angle, dispose d’un solide alibi.
Mais alors, qui est le véritable coupable ?

Pour le découvrir, observons ce qui change réellement entre une photo où les verticales restent parallèles et une photo où elles convergent.

• Dans le premier cas, l’appareil est maintenu horizontal et la façade de l’immeuble est parallèle au capteur.
• Dans le second cas, l’appareil est incliné vers le haut pour faire entrer le sommet dans le cadre. Le capteur n’est plus parallèle à la façade et l’axe optique n’est alors plus horizontal.

Tant que le capteur reste parallèle à la façade, les lignes verticales du bâtiment ne convergent pas.
En revanche, lorsque l’on incline l’appareil vers le haut, la géométrie de la projection change, l’effet de perspective entre en scène. Les verticales se rapprochent progressivement à mesure qu’elles s’élèvent dans l’image et convergent vers un point de fuite situé au-dessus du cadre.

On sait tous qu’avec la perspective, les objets proches apparaissent plus grands que les objets éloignés. C’est ce qui explique par exemple que des rails de chemin de fer pourtant parfaitement parallèles semblent se rejoindre au loin.

Le phénomène observé sur un immeuble est exactement du même ordre. Lorsque l’on incline l’appareil vers le haut, les lignes verticales du bâtiment sont vues en perspective, comme les rails d’une voie ferrée qui s’éloignent vers l’horizon. Elles semblent alors converger vers un point de fuite situé au-dessus de l’image.

À l’inverse, si l’on pouvait photographier la façade avec un capteur parfaitement parallèle à celle-ci, les verticales resteraient parallèles dans l’image. De la même façon, des rails de chemin de fer photographiés depuis un point de vue situé juste au-dessus d’eux, avec un capteur parallèle au sol, ne sembleraient plus converger et apparaîtraient parfaitement parallèles sur la photo.

Autrement dit, les lignes ne convergent pas à cause de la focale utilisée, mais parce que la perspective transforme la manière dont les différentes parties du sujet sont projetées sur le capteur.

Le coupable n’est donc pas le grand-angle (la focale de l’objectif), c’est la perspective. Ou, plus précisément, l’inclinaison de l’appareil qui permet à cette perspective de s’exprimer.

Pourquoi le grand-angle est-il si souvent accusé ?

Maintenant que notre enquête a permis d’identifier le véritable coupable, une question demeure :
pourquoi le grand-angle se retrouve-t-il presque systématiquement sur le banc des accusés ?

Comme souvent dans les affaires criminelles, il existe plusieurs éléments à charge. Aucun ne prouve sa culpabilité, mais leur accumulation explique pourquoi le malentendu persiste depuis si longtemps.

Un témoin récurrent sur les scènes de crime

Lorsqu’un bâtiment est très haut :

• nous allons généralement privilégier une courte focale afin de faire entrer le maximum du sujet dans le cadre (entrée en scène du coupable idéal),
• par manque de recul, nous sommes presque toujours obligés d’incliner l’appareil vers le haut pour avoir le sommet du bâtiment, ce qui va provoquer l’effet de perspective (le véritable coupable) à l’origine du phénomène de convergence des lignes verticales.
• et de manière plus générale, il faut garder à l’esprit qu’une courte focale nous incite à nous rapprocher du sujet, ce qui aura tendance à rendre l’effet visuel de la perspective encore plus spectaculaire (le crime encore plus flagrant).

Tous les indices semblent donc pointer vers le grand-angle… mais aucun ne démontre sa culpabilité.
Le grand-angle est un témoin récurrent, pas l’auteur des faits !

Une confusion fréquente : perspective ou distorsion ?

Une autre raison explique pourquoi le grand-angle est souvent montré du doigt : la confusion entre deux phénomènes très différents.

La perspective

• Les lignes restent parfaitement droites et semblent converger vers un point de fuite,
• C’est un phénomène normal lié à la géométrie de la projection. Elle dépend de la position et de l’orientation de l’appareil.

C’est précisément ce mécanisme qui est à l’origine de notre « crime » : la convergence des lignes verticales.

La distorsion optique

• Les lignes droites deviennent courbes et peuvent prendre la forme d’une distorsion en barillet, en coussinet ou en moustache (cf. illustration ci-dessous),
• Elle dépend de la conception de l’objectif,
• Elle est souvent plus visible sur certaines courtes focales.

Certaines courtes focales présentent effectivement davantage de distorsion que les focales plus longues. Le grand-angle est donc parfois réellement responsable… mais d’un autre délit !
Cette proximité entre deux phénomènes visuellement impressionnants entretient souvent la confusion.

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Voici ci-dessous un exemple d’une photo prise avec un objectif Olympus ED 12-100mm f4 IS PRO à la focale minimale de 12mm (soit 24mm en équivalent 24x36mm sur un appareil à capteur micro 4/3). Le visuel ci-dessous présente un avant/après correction des distorsions optique réalisée sur DXO Photolab 9 : la réglette du milieu délimite la zone de transition entre la photo avant (à gauche) et celle corrigée en automatique (à droite). Vous pouvez glisser la réglette avec la souris (en gardant appuyé le bouton gauche) vers la droite pour voir plus (ou la totalité) de la photo d’origine (avant correction, vous pouvez notamment constater que le muret au premier plan présente une courbe et également le haut de l’immeuble en haut à droite dans l’image) et inversement, vers la gauche, pour afficher plus de la photo corrigée (après application des corrections).

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Il est essentiel de bien distinguer ces deux phénomènes :

• La convergence des verticales est un effet de perspective (l’objet de cet article).
• La courbure des lignes est un effet de distorsion.

Comment empêcher le phénomène (le crime) ?

Maintenant que le véritable coupable a été identifié, une question demeure :
Comment éviter que les lignes verticales ne convergent sur nos photographies ?

Plusieurs solutions existent.

A la prise de vue : garder l’appareil horizontal

Comme nous l’avons vu, le phénomène apparaît lorsque l’appareil est incliné par rapport à la façade du bâtiment. La solution la plus simple consiste donc à maintenir le boîtier aussi horizontal que possible.

Accepter de ne pas avoir le haut du bâtiment

Sans changer de position, nous pouvons toujours recadrer vers le bas pour garder l’appareil horizontal. Cela suppose d’accepter de ne pas prendre en photo le haut du bâtiment (c’était ce que nous avions fait dans notre première expérience) et de prendre plus de sol (en espérant que ce dernier présente un certain intérêt comme c’est le cas ici avec la présence des bateaux).

Cadrer en mode portrait

C’est évident, le simple fait de basculer en mode portrait (cadrage vertical) permet d’avoir une photo plus haute que large et donc d’inclure plus de hauteur du bâtiment tout en limitant, voire idéalement en annulant, l’inclinaison de l’appareil à l’origine du problème.

Prendre du recul et/ou de la hauteur

Si nous voulons faire entrer l’ensemble du sujet dans le cadre et que le cadrage en mode portrait (à la verticale) ne suffit pas, alors deux solutions s’offrent encore à nous pour éviter d’incliner l’appareil :

• La méthode la plus évidente consiste à s’éloigner du bâtiment. Plus on recule, moins il est nécessaire d’incliner l’appareil pour l’inclure entièrement dans l’image. Les lignes convergentes deviennent alors beaucoup moins visibles, voire disparaissent complètement. Malheureusement, cette solution n’est pas toujours applicable. En milieu urbain, le manque d’espace peut empêcher de prendre suffisamment de recul.
• Une autre possibilité consiste à photographier le bâtiment depuis un point plus élevé.
  Un promontoire, une fenêtre, une passerelle, un parking aérien ou un étage voisin peuvent permettre de se rapprocher du milieu de la façade et donc de limiter fortement l’inclinaison nécessaire.
  C’est d’ailleurs une technique couramment utilisée par les photographes d’architecture, même si elle est souvent difficile à mettre en œuvre.

Utiliser un objectif à décentrement

Lorsque les exigences sont élevées, les professionnels ont recours à des objectifs à bascule et décentrement (appelés « tilt-shift » en anglais).
Le principe est ingénieux : le boîtier reste horizontal tandis que l’objectif est déplacé vers le haut. Cela permet d’inclure le sommet du bâtiment dans le cadre sans incliner l’appareil. Le capteur restant parallèle à la façade, les verticales demeurent parallèles dans l’image.
Cette solution offre les meilleurs résultats dès la prise de vue, mais elle nécessite un matériel spécialisé souvent très coûteux.

En post-traitement : redresser les perspectives sur logiciel

Même en sachant comment techniquement obtenir dès la prise de vue des verticales parfaitement parallèles, ce n’est pas toujours possible en raison de notre matériel et de notre environnement.

Heureusement, les logiciels photo modernes disposent d’outils très performants pour corriger les perspectives. La plupart des logiciels de développement photo proposent aujourd’hui une fonction de redressement vertical, qu’elle soit manuelle ou automatique. Le principe consiste à transformer l’image afin de redonner aux lignes verticales leur parallélisme. Quelques clics suffisent souvent pour obtenir un résultat convaincant.

Cette correction n’est toutefois pas sans contrepartie : lorsque l’on redresse une perspective, certaines zones de l’image se retrouvent vides et doivent être recadrées (on perd une partie de l’image d’origine). Il est donc nécessaire de sacrifier une partie du champ photographié. C’est pourquoi les photographes d’architecture prévoient généralement une marge autour du sujet lorsqu’ils savent qu’un redressement sera effectué ultérieurement.

Conclusion de l’enquête

Notre enquête touche à sa fin.
Le grand-angle, longtemps considéré comme le principal suspect, est finalement innocenté.
Le véritable responsable de la convergence des verticales est la perspective créée par l’inclinaison de l’appareil.

• Affirmer : « Le grand-angle déforme les verticales » est donc inexact !
• Il serait plus juste de dire : « Lorsque l’on incline l’appareil pour photographier un sujet en hauteur, les lignes verticales convergent en raison des lois de la perspective. »

L’affaire est donc classée : le grand-angle est innocent, mais le véritable coupable continuera probablement longtemps à échapper aux soupçons…

Et comme souvent dans les enquêtes photographiques, comprendre le mécanisme est déjà la moitié de la solution. Une fois le coupable identifié, il devient beaucoup plus facile de décider si l’on souhaite l’empêcher d’agir… ou au contraire profiter de ses effets pour renforcer l’impact de ses images. Après tout, les lignes convergentes ne sont pas forcément un crime si terrible. Elles peuvent même parfois servir l’intention du photographe en donnant plus de dynamisme à la composition, en faisant paraître un bâtiment plus haut, plus imposant, plus spectaculaire ou monumental qu’il ne l’apparaît naturellement à l’œil.

Et vous ?L’enquête est terminée, mais le débat reste ouvert !
Faisiez-vous partie des photographes qui soupçonnaient le grand-angle ? Le verdict vous a-t-il surpris ? Et surtout, dans vos propres photos, cherchez-vous à neutraliser le coupable en redressant les perspectives ou laissez-vous parfois les lignes convergentes renforcer l’impact de l’image ?