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La notion de nombre f
Le nombre f (F-Number), ou rapport focal, indique l'ouverture du diaphragme. Cette ouverture est exprimée par rapport à la distance focale de l'objectif. Je présente ci-dessous son effet et la façon de bien le choisir.
Il existe en photographie quelques mots et termes clés qui, une fois compris, nous aident à la fois à repérer et à acheter un bon appareil et à savoir le régler selon les conditions pour que la photo finale soit réussie.
Que signifient f/2.8, f2.0 et les valeurs similaires sur la fiche technique d'une caméra ?
Des termes comme F-stop ou F-number, facteur f, facteur focal, rapport focal, f-ratio et ouverture relative désignent tous la même chose : le degré d'ouverture du diaphragme de la caméra. Vous serez peut-être surpris de voir autant de termes équivalents. Pas d'inquiétude : les explications ci-dessous éclairciront le sens de chacun.
Définition du F-stop, du nombre f ou rapport focal
Je commencerai par l'ouverture. L'ouverture est comparable à la pupille de notre œil. La pupille est la partie noire au centre de l'œil. Quand la lumière est abondante, les muscles qui l'entourent la rétrécissent. Quand la lumière est faible, la pupille s'agrandit. Plus la pupille est grande, plus elle laisse entrer de lumière.
Un diaphragme de caméra ressemble à peu près à la figure ci-dessous. Il comporte plusieurs lamelles qui augmentent ou réduisent la quantité de lumière qui le traverse :
Ainsi, dans une caméra aussi, on peut assombrir ou éclaircir une photo en fermant ou en ouvrant le diaphragme.
Nous expliquons brièvement le triangle d'exposition plus loin dans cet article. Retenez pour l'instant que le temps d'exposition peut lui aussi être allongé ou raccourci. La combinaison de la durée pendant laquelle la lumière passe et du degré d'ouverture détermine la luminosité de l'image. Autrement dit, une grandeur appelée indice de lumination (EV) combine ces deux facteurs, temps d'exposition et ouverture, en un seul nombre.
En photographie, il est plus utile d'exprimer le degré d'ouverture du diaphragme par rapport à la distance focale de l'objectif — d'où le terme ouverture relative, où « relative », signifie que le diamètre est exprimé par rapport à la distance focale.
Pour simplifier, le foyer d'une lentille est le point où les rayons convergent et se rejoignent. Une loupe, par exemple, concentre la lumière du soleil en son foyer, et ce point précis permet même d'enflammer du papier ! Notez que la définition exacte du foyer est la suivante :
Le foyer d'une lentille ou d'un miroir non plan est le point où convergent les rayons émis par des objets situés à l'infini.
Par exemple, si un objectif a une distance focale de 100 mm et que le diaphragme a un diamètre maximal de 25 mm, on dit que l'objectif est à f/4.
Par conséquent :
Le nombre f est donc égal à la distance focale divisée par le diamètre d'ouverture : 100 ÷ 25 = 4, soit f/4.
Le rapport focal, ou ouverture relative, commence à f/1.4. À chaque cran (un diaphragme), le nombre f est multiplié par environ 1,4 (la racine carrée de 2) et la surface d'ouverture est divisée par deux. Par exemple, après f/1.4 vient f/2. La surface d'ouverture à f/2 est environ la moitié de celle à f/1.4 ; la lumière qui atteint le capteur est donc elle aussi divisée par deux.
En multipliant le nombre f par la racine carrée de 2 (environ 1,4), on obtient la valeur suivante, f/2.8. De la même façon, on obtient f/4, f/5.6 et f/8.
Par rapport à f/2, f/8 offre une surface 16 fois plus petite et un diamètre 4 fois plus étroit. Si vous voulez que la luminosité de l'image finale reste identique, vous devez donc rendre le temps d'exposition (l'exposition évoquée plus haut) 16 fois plus long.
Plus le diaphragme est fermé, plus les rayons qui traversent l'objectif sont concentrés. Autrement dit, plus le diaphragme est fermé, plus le faisceau de rayons est étroit, et les points qui ne sont pas exactement nets forment un cercle plus petit sur le capteur. Il en résulte qu'une plus grande zone devant et derrière le sujet paraît nette.
Dans la réalité, si un point se trouve à une distance précise de la caméra, son image se forme exactement à la surface du capteur et y apparaît comme un point. S'il n'est pas à cette distance, il est imagé sous la forme d'un grand cercle. En clair, les contours des objets hors mise au point deviennent complètement flous.
Supposons que vous ouvriez le diaphragme, par exemple à F5.6 dans l'image ci-dessous. Certains rayons convergent alors devant le foyer et d'autres derrière. Seuls les objets dont les rayons lumineux réfléchis convergent à la surface du capteur sont alors nets.
Si vous photographiez maintenant à F22, la tache de flou des objets proches et lointains devient si petite que la majeure partie de la scène paraît nette. Si le capteur se trouve en outre au foyer, tout paraît net.
Le photographe souhaite parfois détacher le sujet de l'arrière-plan ; une grande ouverture est alors souhaitable. À l'inverse, s'il veut photographier de beaux paysages entièrement nets, il lui faut une excellente caméra, capable de prendre une bonne photo peu bruitée même avec une ouverture aussi petite que F22.
Lorsque vous ouvrez complètement le diaphragme, le sujet se détache de l'arrière-plan. Le résultat donne des images intéressantes. L'utilisation de ce mode dépend de la situation et du sujet. Sur ces photos, seule une partie de la scène devant la caméra est nette. Voici des exemples d'effet bokeh dans les deux images ci-dessous :
La luminosité d'un objectif et son lien avec le nombre f
Plus l'ouverture d'un objectif ou de l'ensemble optique d'une caméra est grande, plus il recueille la lumière rapidement et facilement, et l'on dit que l'objectif est plus lumineux (plus « rapide »). L'inverse est également vrai : les objectifs à petite ouverture et à grande profondeur de champ sont plus lents.
Pour photographier avec une petite ouverture, la caméra doit être de haute qualité, et le capteur comme le processeur d'image doivent pouvoir produire une bonne photo en peu de temps. Les caméras ordinaires en sont incapables. Sur ces caméras, si vous fermez le diaphragme (c'est-à-dire augmentez le rapport focal), peu de lumière atteint le capteur. La photo finale est alors sombre ou bruitée, ou bien vous devez allonger l'exposition pour compenser, ce qui accroît le risque de bougé et laisse un bruit relativement élevé dans l'image.
Qu'est-ce qu'un objectif lumineux et qu'a-t-il de particulier ?
« Objectif rapide » (fast lens) désigne les objectifs à grande ouverture relative, c'est-à-dire à faible rapport focal, comme 1,4 ou 2,0. Ces objectifs ont leurs propres applications spécifiques.
Pour les objectifs de haute qualité et les caméras de cinéma professionnelles, on utilise généralement une autre grandeur appelée T-stop.
Le T-stop est le F-stop corrigé de la transmission lumineuse de l'objectif.
Les objectifs ordinaires transmettent entre 60 et 90 pour cent de la lumière. Prenons 60 pour cent. Supposons qu'un objectif ait un nombre f de f/2.0 et une transmission lumineuse de 60 pour cent. Pour obtenir le T-stop, divisez le nombre f par la racine carrée de la transmission : 2,0 divisé par la racine carrée de 0,6 (environ 0,77). Dans cet exemple, le T-stop vaut donc environ T2.6.
Certaines caméras professionnelles sont graduées et étalonnées en T-stops.
Comme indiqué, sur les objectifs professionnels, ces valeurs sont gravées sur le fût de l'objectif. En tournant les bagues, vous sélectionnez le rapport focal souhaité. L'image ci-dessous montre un exemple de différentes ouvertures et de l'échelle sur un objectif :
Sur les appareils ordinaires et compacts, l'essentiel se fait par logiciel. L'appareil peut aussi disposer d'une molette, semblable à un bouton de volume, qui ouvre et ferme le diaphragme.
Voici un exemple de la méthode logicielle :
Mode Aperture Priority (priorité à l'ouverture)
Certains appareils semi-professionnels disposent aussi d'un mode de prise de vue à priorité ouverture, noté A ou AV. Dans ce mode, l'appareil choisit intelligemment la vitesse d'obturation, mais nous laisse le choix de l'ouverture.
L'ouverture à choisir dépend de l'intensité de la lumière ambiante, du temps d'exposition et de la sensibilité à la lumière, ou ISO. C'est pourquoi il faut s'appuyer sur ce qu'on appelle le triangle d'exposition.
J'expliquerai plus en détail la vitesse d'obturation et la sensibilité plus tard ; pour l'instant, observez les images et les brèves explications pour voir comment les trois facteurs du triangle d'exposition influent sur la photo finale.
Si le sujet se déplace vite ou si la caméra bouge beaucoup, une vitesse d'obturation élevée est souhaitable. L'exposition se fait en peu de temps, de sorte que l'image ne présente ni bougé ni flou :
La sensibilité ISO détermine l'intensité avec laquelle la caméra amplifie les signaux produits par la lumière absorbée dans le capteur. Un ISO élevé signifie que la caméra amplifie davantage le faible signal du capteur. Le bruit est amplifié en même temps que le signal et, comme peu de lumière a été recueillie, la part du bruit dans l'image devient plus visible. En réalité, tout le signal n'est pas réel. Le capteur est une sorte de photodiode ou de matériau photosensible, et ses erreurs intrinsèques affectent aussi le signal produit par chaque pixel. Un ISO élevé n'est pas souhaitable, mais quand la lumière est faible, vous n'avez pas d'autre choix.
La règle empirique du « Sunny 16 »
Par une journée ensoleillée, la lumière ambiante est relativement forte. Ce jour-là, réglez l'ISO de la caméra sur 200 et la vitesse d'obturation sur 1/200 seconde. Avec une ouverture de f/16, vous obtiendrez alors une photo de bonne qualité.
Source : Intotek
Le nombre f n'est pas seulement une notion photographique. Dans les caméras industrielles aussi, toute la lumière qui atteint le capteur traverse l'objectif. Si l'objectif n'est pas adapté, même une caméra de très haute résolution ne donnera pas une bonne image. Lorsque vous choisissez un objectif, faites donc attention à son nombre f et à sa distance focale.
Dans un objectif, une pièce appelée iris contrôle la quantité de lumière qui passe. Sur certains objectifs, l'iris est automatique ; sur d'autres, vous le réglez à la main. Vous trouverez des réponses aux questions sur les objectifs, l'angle de champ et la profondeur de champ sur la Questions fréquentes page. Pour une lecture plus approfondie, consultez l' article Nombre d'ouverture sur Wikipédia.