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Qu’est-ce que la projection ? C’est à cette question que nous répondrons à travers la découverte des principes optiques qui permettent ce phénomène. Nous verrons dans quelles conditions elle peut apparaître et comment elle traduit l’objet en une image.

Les corps visibles

Un corps est visible à partir du moment où il nous renvoie de la lumière. Il peut l’émettre comme le soleil, une bougie ou une lampe, soit la réfléchir comme la majorité des corps qui nous entourent. Les premiers sont dits sources primaires, ils consomment une énergie qu’ils transforment en une émission lumineuse alors que les seconds sont dits secondaires car ils réagissent à une lumière déjà émise. Ces derniers sont plus ou moins opaques ou transparents. Les corps opaques renvoient plus de lumière qu’ils n’en laissent passer : une feuille, un livre, notre corps humain alors que les corps transparents laissent traverser cette lumière en modifiant ses caractéristiques. Mais chaque corps est à la fois opaque et transparent, il renvoie la lumière qu’il reçoit et en laissant passer une partie, aucun corps n’est parfaitement opaque ou transparent. Si vous placez une lampe torche derrière votre doigt, vous pourrez constater que bien qu’opaque, il laisse passer une partie de cette lumière. Il la diffuse aussi, comme une feuille de papier-calque, à la fois transparente et diffusante.
Éclairement d’une sphère par source diffuse

Éclairement d’une sphère par source diffuse

Rayons et objets

Pour que la vision d’un objet s’opère, notre œil doit recevoir les rayons émis ou renvoyés par l’objet. L’expérience quotidienne de la vision consiste majoritairement à regarder des objets opaques éclairés plutôt que les sources elles- mêmes. Les sources illuminent certaines faces des objets en générant des ombres sur eux-mêmes et sur les objets environnants. Les ombres de l’objet sur lui-même permettent de comprendre son volume à travers les passages du clair à l’obscur. Les ombres projetées sur les objets environnants permettent de situer les objets les uns par rapport aux autres.
Éclairement d’une pyramide posée au sol par une source ponctuelle

Éclairement d’une pyramide posée au sol par une source ponctuelle

Les ombres projetées sont l’image projetée de l’objet éclairé sur les autres objets situés dans la trajectoire des rayons. On appelle cela une projection directe. Si la source est ponctuelle, l’image projetée sera nette ; si la source est étalée, l’image sera diffuse. Les dessinateurs perspectivistes de la Renaissance avaient à cœur de décrire cette projection directe des ombres qui génère ce sentiment de volume dans l’image.

Le flux lumineux

La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et son trajet est identique quel que soit son sens de propagation, c’est ce que l’on nomme le principe de retour inverse. La trajectoire d’un rayon ne dépend pas de son sens. Le faisceau ou flux lumineux est un ensemble de rayons ; il peut être divergent, parallèle ou convergent. Une source de lumière telle qu’une lampe ou une étoile émet un flux divergent puisque les rayons sont émis dans toutes les directions depuis la source.
Mais depuis notre point de vue de Terrien les rayons du soleil nous semblent tous parallèles, il s’agit d’une question d’échelle. À une distance très grande de la source, le flux de rayons semblera parallèle. À l’inverse, un flux convergent est un flux qui se focalise en un point, la loupe qui focalise les rayons du soleil est un exemple.

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Faisceau divergent / faisceau parallèle / faisceau convergent

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Réflexion

La réflexion concerne donc les objets opaques qui vont nous renvoyer la lumière qu’ils reçoivent. Elle peut se faire de deux manières différentes, de manière diffuse et spéculaire.
Nous savons que chaque corps est à la fois opaque et transparent, une partie de la lumière reçue est réfléchie et une autre est transmise. Regardons dans le détail cette interaction entre lumière et objet pour découvrir les spécificités de la réflexion ou de la transmission.

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Réflexion diffuse // réflexion spéculaire

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La réflexion diffuse réfléchit les rayons incidents dans toutes les directions, les rayons incidents sont réfléchis dans toutes les directions. Cela offre alors la même perception de l’objet quel que soit le point de vue. 90% des matériaux réagissent à lumière de cette manière car leur surface présente des aspérités.
La réflexion spéculaire renvoie les rayons incidents avec un angle opposé, cela entraîne une perception différente de l’objet suivant son environnement qui le réfléchit. Le phénomène apparaît sur les surfaces bien polies comme les miroirs qui apparaissent différemment suivant notre point de vue.

Miroir

Ce sont ces matériaux spéculaires qui vont particulièrement nous intéresser car ils génèrent des phénomènes optiques particuliers. Les miroirs qui peuvent être plats ou courbés peuvent organiser le flux lumineux de manière divergente, parallèle ou convergente dans certaines conditions. Par exemple, un miroir sphérique est constitué d’une portion de sphère réfléchissante dans sa partie intérieure. Si l’on place une source lumineuse en son centre, tous les rayons qui atteignent les parois sont réfléchis d’où ils proviennent, à la source, car ils arrivent perpendiculairement. Les rayons reviennent sur eux-mêmes et se reconcentrent au niveau du centre. Ainsi, une partie du flux émis divergent émis par la lampe redevient convergeant.

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Réflexion d’une source lumineuse au foyer par un miroir sphérique

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Autre exemple, un miroir parabolique est lui constitué d’un fragment d’une parabole miroitante, dont une des propriétés est d’admettre un centre où tous les rayons émis sont réfléchis dans une même direction.
On peut ainsi générer un flux parallèle à partir d’un flux divergent. Cette propriété est particulièrement intéressante pour les dispositifs de projections qui nécessitent souvent d’organiser un flux parallèle.

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Réflexion d’une source lumineuse au foyer par un miroir parabolique

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Réfraction

La réfraction concerne les objets transparents qui laissent passer la lumière qu’ils reçoivent. Comme pour la réflexion, les matériaux peuvent réagir de deux façons différentes, de manière directe et diffuse :

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Réfraction diffuse // réfraction parfaite

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La réfraction diffuse disperse les rayons transmis dans toutes les directions. Le phénomène est présent dans tous les matériaux de la nature.
La réfraction parfaite que l’on désigne souvent uniquement par réfraction entraîne une déviation des rayons incidents dont l’angle varie suivant la nature des deux milieux. On voit apparaître ce phénomène si le second milieu transparent n’est pas diffusant comme l’eau, le verre, le silicone, certains plastiques... Les lentilles, composantes primordiales des appareils de projections, jouent le rôle de réfracteur de lumière.
À partir des précédentes descriptions, on peut alors se représenter toutes les composantes de réflexion et de réfraction qui interviennent lors de l’interaction entre un faisceau et un objet. Chaque matériau réagira de manière différente, en privilégiant l’un des phénomènes, ce qui constituera ses propres qualités visuelles.

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Réflexions et réfractions des rayons au contact d’un second milieu

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Prismes et lentilles

Une lentille est constituée d’un matériau transparent délimité par deux surfaces courbes ou planes. Lorsqu’un faisceau incident rencontre la surface de la lentille, l’essentiel traverse le verre et est réfracté à l’intérieur du verre. Ces rayons déviés changent une seconde fois d’orientation lorsqu’ils sortent du verre. Ainsi, entre l’entrée et la sortie du verre, il change deux fois de milieu, il est donc réfracté deux fois. Sur le prisme ci-dessous, on peut observer les deux déviations subies par les rayons incidents.

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Double réfraction au passage air-verre et verre-air dans un prisme

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Si un rayon traverse un verre dont les deux faces sont parallèles, il est dévié une première fois au passage en l’entrée du verre et de manière inverse en ressortant dans l’air. Il n’est au finale pas dévié mais simplement légèrement décalé. Ces conditions sont celles d’un rayon qui traverse une vitre ou bien le milieu d’une lentille puisqu’en son centre les deux faces de la lentille sont parallèles.

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Double réfraction d’un rayon par un verre à face parallèle

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Il existe des lentilles avec des courbures convexes ou concaves qui auront pour effet de faire converger ou diverger le flux lumineux incident.
Les lentilles convergentes possèdent des bords plus étroits que le centre. En raison de la courbure générée et des lois de la réfraction, elle dévie les rayons vers leur axe optique. Un flux lumineux arrivant parallèlement à l’axe optique converge vers un point que l’on appelle foyer. La distance entre le centre optique (approximativement le milieu de la lentille) et le foyer s’appelle la distance focale.

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Convergence des rayons parallèles à l’axe optique

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Les lentilles divergentes possèdent des bords plus larges que leur centre, ce qui a pour effet de diverger les rayons qui arrivent sur elles. Un flux lumineux parallèle à l’axe optique sera dispersé de façon à s’écarter de l’axe optique. Le foyer, cette fois-ci virtuel et le lieu où convergent les rayons du côté d'où ils proviennent. Contrairement aux lentilles convergentes, il s’agit d’un foyer virtuel qui permet de déterminer la déviation des rayons mais qui n’est pas un lieu où se concentre réellement la lumière.

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Divergence de rayons parallèles à l’axe optique

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Conclusion

La réflexion et la réfraction permettent de comprendre comment les sources lumineuses et les objets peuvent interagir avec la lumière. Par la réflexion spéculaire ou la réfraction parfaite, les miroirs et les lentilles montrent des comportements très spécifiques à la lumière. C’est à partir de ces caractéristiques que l’on va pouvoir envisager la conception de projecteurs car ces phénomènes permettent d’orienter le flux lumineux utile à la projection.

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COMMENT DES RAYONS ISSUS D’UNE LENTILLE PEUVENT S’ORGANISER DE MANIÈRE À CRÉER UNE IMAGE ? POUR Y RÉPONDRE, NOUS ANALYSERONS COMMENT UN DISPOSITIF PARTICULIER, LA CAMERA OBSCURA, PEUT CRÉER LA PROJECTION ET ANALYSERONS LES CARACTÉRISTIQUES DE CES IMAGES VÉHICULÉES PAR LA LUMIÈRE.

Qu'est-ce que la projection ?

La projection est le phénomène optique naturel qui transforme un objet éclairé en une figure lumineuse sur un autre objet.
Illustration d’une projection naturelle

Illustration d’une projection naturelle

Pour que le phénomène apparaisse, trois conditions doivent être réunies:
  • – un objet lumineux
  • – un point de convergence de rayons lumineux issus de l’objet
  • – un second objet moins éclairé, désigné comme écran.
C’est à partir de la convergence en un point des rayons renvoyés par l’objet qu’une image de celui-ci peut se former sur autre objet.

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Image projetée d’un cube sur un plan par convergence des rayons

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LA CAMERA OBSCURA

Pour mettre en forme ce phénomène, il existe un dispositif technique très simple qui réunit les conditions capables de créer des images projetées. Connue depuis l’Antiquité et décrit par Aristote, la camera obscura est une boîte fermée, hermétique à la lumière qui présente un trou sur l’une de ces faces. Le trou sélectionne les rayons dirigés vers lui, et leur trajectoire en ligne droite s’arrête sur la face interne opposée au trou. Le trou de la camera agit comme un sélecteur de rayons et une image projetée peut se former naturellement à l’intérieur sur la boîte.
Camera obscura à taille humaine

Camera obscura à taille humaine

En restreignant l’entrée de la lumière en un point, chaque point de l’écran n’est éclairé que d’un rayon issu d’un point de l’objet. Une image lumineuse et renversée de l’objet se réalise naturellement, point à point, rayons par rayon. Les caractéristiques de cette transposition d’objet à son image dépend de la position du trou de la camera, c’est à dire du point de convergence dans l’espace.
Au XVe siècle, soutenue par la volonté des peintres de la Renaissance de représenter le monde comme notre vision le fait, la camera obscura devient un instrument privilégié pour le dessin. Sa taille se réduit et on utilise alors une lentille convergente à la place de la petite ouverture initiale. Celle-ci étant plus large que le trou, l’image générée est bien plus lumineuse, facilitant leur dessin au crayon.
Dessin à partir d’une camera obscura

Dessin à partir d’une camera obscura

De la convergence à l'image

Si l’on peut comprendre par le dessin, comment point par point, une image peut se former dans la camera obscura, il cela est moins évident de comprendre comme un lentille convergente génère une projection. Pour qu’il y ait projection, il faut qu’il y ait convergence de rayons, or les lentilles admettent aussi un point de convergence en leur milieu, le centre optique. Les rayons passants par le centre optique ne sont pas déviés, ils continuent leur trajectoire dans la même direction qu’en arrivant dans la lentille, sans changer d’angle. Le centre optique fonctionne comme le trou de la camera obscura. Quand est-il alors de tous les autres rayons qui traversent la surface de la lentille par un autre point ?
Comme pour le dessin de l’image projetée dans la camera obscura, on peut construire point par point l’image projetée par une lentille convergente d’un objet, à partir de 2 principes optiques essentiels :
  • – un rayon arrivant parallèlement à l’axe optique converge vers le foyer de la lentille (principe même de la lentille convergente)
  • – un rayon traversant le centre optique n’est pas dévié (principe expliqué précédemment)

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Construction d’une image projetée (à droite) d’un objet (à gauche) par une lentille convergente

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Pour déterminer où se forme un point l’image relatif à un point de l’objet, il faut dessiner la trajectoire des deux rayons émis dont nous connaissons le comportement : celui traversant le centre optique et celui perpendiculaire à l’axe optique. Le premier, traversant le centre optique continue sa trajectoire sans déviation. Le second, parallèle au centre optique, est réfracté au foyer. L’image du point de l’objet d’où proviennent les rayons est au croisement de ces deux rayons et chaque point de l’image du « V », peut ainsi se déterminer par ces principes de construction. Chaque point de l’image provient d’une multitude de rayons traversés par la lentille, ce qui augmente la luminosité par rapport à un simple petit trou. On constate aussi que, contrairement à la camera obscura où l’image apparaît « nette » quelque soit la distance de l’écran au trou, l’image apparaît nette à une distance déterminée par la distance de l’objet à la lentille. Plus l’objet est proche de la lentille, plus sa projection nette sera éloignée et grande.
D’autre part, les propriétés des rayons lumineux sont identiques quelques soit leur sens de propagation (principe de retour inverse), l’utilisation d’une lentille convergente est parfaitement réversible. Les deux surfaces courbées d’une lentille projette une image dans un sens comme dans l’autre. Le sens de leur emploie est uniquement déterminé par le sens du flux lumineux le plus important. Le dessin ci-dessus, originellement lu de gauche à droite avec un flux lumineux provenant de la gauche, représente aussi la projection de l’objet « V » à droite, plus petit et plus proche de la lentille, en une image cette fois-ci à gauche.
Gravure de projection du soleil

Gravure de projection du soleil

Autre exemple, un miroir parabolique est lui constitué d’un fragment d’une parabole miroitante, dont une des propriétés est d’admettre un centre où tous les rayons émis sont réfléchis dans une même direction.
On peut ainsi générer un flux parallèle à partir d’un flux divergent. Cette propriété est particulièrement intéressante pour les dispositifs de projections qui nécessitent souvent d’organiser un flux parallèle.

De l'image à la perspective

Quelles sont les caractéristiques des images générées par la projection ? Les images issues de la projection sont par nature lumineuses, renversées et perspectivistes. Lumineuses car véhiculées par un flux lumineux, renversées car elles se construisent géométriquement à partir de la projection centrale qui inverse image et objet, et perspectivistes car elles se figurent les objets suivant les propriétés de la représentation perspectiviste.

Qu’est-ce que la perspective ? La perspective (du latin pierspicere : voir au travers) est un mode de représentation de l’espace sur un plan qui nécessite un point de vue déterminant comment les dimensions de l’espace se transforment.

Construction d’un dessin perspectiviste à partir d’un point de fuite

Construction d’un dessin perspectiviste à partir d’un point de fuite

L’image perspectiviste est le résultat d’une perte de dimension, de l’espace tridimentionnel à l’image bimentionelle, opérée par la projection. La dimension perdue, la profondeur, déterminée par l’axe optique du la lentille, déforme les 2 autres dimensions, de sorte que plus l’objet est éloigné du point de vue, plus son échelle est petite dans l’image. L’image se structure donc à partir de points de fuite et d’une ligne d’horizon, lieu de convergence des lignes de construction déterminée par le point de vue. Pour un soucis de simplicité de compréhension, il ne sera pas içi question d’expliquer comment l’on peut recréer par le dessin, des images en perspective, mais simplement de prendre conscience qu’il s’agit d’un mode de représentation particulier de l’espace sur le plan et que c’est celui qui s’opère dans les images projetée comme celles projetées sur le fond de notre œil par notre cristallin.
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Illustration d’une projection d’une image perspectiviste et renversée sur le fond rétinien

De la perspective à la vision

La vision humaine fonctionne aussi à partir de la projection. Notre cristallin est une lentille qui projette sur notre rétine une image de l’espace devant nos yeux, telle une camera obscura.
learn110

Illustration d’une projection sur le fond rétinien par Kepler

C’est à partir de ces images illuminant le fond de notre œil qui nous nous représentons la profondeur de l’espace. Le réel visible qui se reconstruit à notre esprit au-devant de nos yeux alors qu’il n’est au départ qu’une image perspectiviste projetée en nous. Notre esprit fonctionne comme un projecteur inversé qui transforme l’image projetée du fond de l’œil en objet. A partir de l’image projetée au fond de notre œil et de notre présence physique qui permet d’attester par un contact physique (contrairement aux illusions), d’une existence réelle des l’objet ; notre esprit réalise ses images projetées en nous en objet réel devant nous. Notre conscience du monde à partir du visible revient à une projection inversée, transformation de l’image en objet.
Illustration de Fritz Kahn

Illustration de Fritz Kahn

Regard sur l'image perspectiviste

Parce qu’elles sont structurées comme les images au fond de notre oeil, les images perspectivistes, ou images de projections, permettent l’illusion de l’espace. Lorsque nous regardons en face une photographie, l’iamge en deux dimensions se projette à l’envers sur notre rétine. Comme toute image perspectiviste projetée sur le fond rétinen, notre esprit fait son travail de projecteur inversé. Que cette image rétinienne soit le résultat d’une projection de l’espace devant le regard ou d’une photographie regardé, notre esprit réalise un objet à partir de cette image. Ainsi, les objets représentés dans la photographie regardée redeviennent des objets réels à notre esprit. La photographie a d’ailleurs en elle cette qualité d’attestation du réel pour nos yeux et notre esprit.
Theatres, Hiroshi Sugimoto

Theatres, Hiroshi Sugimoto

Le dispositif cinématographique, qui nous montre dans l’obscurité des images perspectivistes géantes, met le plus en évidence cette projection mentale. Par delà cette illusion de réalité dont nous sommes l’origine, se joue la projection de nos affects sur lequel s’appuie la narration cinématographique. Toutes les images perspectivistes que l’on regarde, celles issues d’un dispositif de projection comme celles dessinées essayant les imitant, nous entraine dans cette illusion réalisatrice. La projection, au centre de ce phénomène, transforme optiquement l’objet en image et par l’esprit, l’image en objet.
 

Illustration de Bettini

Illustration de Bettini

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Comment fabriquer un projecteur ? C’est à cette question que nous répondrons en s' appuyant sur le principe fondamental de retour inverse de la lumière. Vous découvrirez alors différentes conceptions de projecteurs reposant toute sur ce principe.

Inverser la lumière

L’œil, la camera obscura et l’appareil photographique reçoivent la lumière et figurent une image projetée à partir d’un flux extérieur qui les atteint à l’intérieur. Cela en fait des projecteurs passifs ou projecteurs récepteurs, ils fonctionnent à partir de la lumière qui les atteint. Or, par le principe de retour inverse de la lumière, une lentille convergente admet un foyer de chaque côté, si bien que l’on peut envoyer un faisceau d’un côté comme de l’autre, elle projettera toujours une image du côté opposé.
En pratique, le sens de projection se détermine par le sens dans lequel va le flux lumineux le plus important. Dans une camera obscura, un œil ou un appareil photographique, le flux principal vient de l’extérieur, c’est pour cela qu’on peut les regrouper comme des projecteurs récepteurs ou passifs. Mais si l’on inverse le sens de la lumière et que l’on éclaire fortement un objet dans la camera obscura, celle-ci projettera son image vers l’extérieur qui apparaîtra lorsque le flux rencontrera un objet moins éclairé.
Lanterne magique, gravure

Lanterne magique, gravure

Pour passer d’un projecteur récepteur à un projecteur émetteur, il suffit de changer la position de la source lumineuse principale. Elle est externe pour un récepteur comme l’appareil photo et interne à pour un émetteur type projecteur d’image. L’élément commun aux deux est la lentille qui transforme l’objet éclairé en une image, c’est le sens des rayons lumineux qui détermine son mode d’utilisation.
Un appareil photographique peut ainsi se transformer en projecteur en inversant la direction principale du flux lumineux. En plaçant une image transparente à la place du film et la faisant traverser par un flux lumineux convergent vers l’objectif, on peut utiliser un appareil de prise de vue comme projecteur. Le cinématographe, premier dispositif de projection cinématographique, fut un exemple de projecteur utilisé tantôt comme appareil de prise de vue, tantôt comme appareil de projection. Des appareils photographiques ont pu être employés comme agrandisseurss par l’ajout d’une boîte lumineuse éclairante depuis leur dos.
Cinématographe Lumière

Cinématographe Lumière

À partir de ces connaissances, il devint envisageable de fabriquer ses propres dispositifs de projection. La partie suivante décrit les éléments constitutifs des projecteurs émetteurs d’images depuis la source lumineuse jusqu’à l’objectif de projection.

Le projecteur

Le projecteur est un appareil qui permet les conditions de la projection et qui produit une image projetée au devant.
Pour qu’il y ait une projection, il faut que la lumière de l’image projetée soit supérieure à la lumière ambiante, les projecteurs sont donc en général conçus dans un souci d’efficacité. Plus il sera lumineux et plus l’image sera facilement visible quelles que soient les conditions de lumière ambiante. Le but recherché dans la conception d’un projecteur est donc d’optimiser son rendement lumineux de façon à ce que la plus grande partie de flux lumineux émis par la source soit utile à la projection. La conception d’un projecteur consiste donc à organiser le flux émis par la lampe de sorte qu’il traverse l’image et qu’il converge vers l’objectif. Pour ce faire, leur conception emploie plusieurs types de miroirs et de lentilles dont les comportements ont été décrits dans la première partie. Les projecteurs fonctionnent à partir de l’alignement de ces différents systèmes optiques capables de concentrer le flux émis par la source vers l’objectif de projection tout en traversant une image transparente.

Lanterne magique

Exemple de conception

On peut distinguer 4 parties fondamentales que l’on retrouve dans la conception de tous les projecteurs, qui en suivant le sens de la lumière sont :
  • 1- Une source lumineuse, qui émet un rayonnement lumineux.
  • 2- Un système de focalisation, qui concentre la lumière émise vers l’objectif de projection.
  • 3- Une image transparente, traversée par le flux lumineux.
  • 4- Un objectif de projection, qui opère la projection de l’image transparente traversée par la lumière.
Pour que l’image soit projetée, il faut que le flux qui traverse l’image transparente se dirige aussi vers l’objectif. Pour analyser comment résoudre cette condition, nous vous proposons ici différentes conceptions de projecteurs qui proposent chacun un alignement optique différent. Le sens de propagation de la lumière se fait de gauche à droite.

Exemple 1 : le projecteur diapositive

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Miroir sphérique et double condenseur

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1. Émission de lumière : À gauche, une source lumineuse est située au foyer d’un miroir sphérique d’un côté et au foyer d’une lentille convergente de l’autre. Les rayons émis vers la gauche sont redirigés vers la source et s’ajoutent aux rayons déjà dirigés vers la lentille convergente. Les rayons émis au-dessus et dessus sont dispersés en dehors du système les rendant inutiles à la projection. Environ un tiers des rayons émis par la lampe parviennent à rentrer convenablement dans le système optique du projecteur.
2 . Convergence vers l’objectif : La source étant située au foyer de la première lentille, la lentille converge ce flux divergent en un flux parallèle qui atteint une seconde lentille convergente. Elle converge alors le flux au centre de l’objectif de projection. De cette façon, tous les flux ayant atteint la première lentille peuvent converger vers l’objectif de projection.
3 . Positionnement de l’image transparente : L’image transparente est placée sur le chemin de la lumière entre la seconde lentille et l’objectif. Sa position se détermine par rapport au tirage mécanique de l’objectif

Exemple 2 : projecteur à miroir et lentille simple

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Projecteur à miroir parabolique et condenseur simple

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1. Émission de lumière : la source est située au foyer d’un miroir parabolique, les rayons réfléchis génèrent un flux parallèle. Les rayons non réfléchis sont dispersés en dehors du système, ils ne sont pas utiles à la projection.
2 . Convergence : une lentille convergente concentre le flux au centre de l’objectif.
3. Image transparente : L’image transparente est placée sur le chemin de la lumière entre la seconde lentille et l’objectif.

Exemple 3 : le Visio

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Projecteur Visio

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Cette disposition reprend le principe précédent à la différence que plusieurs sources lumineuses, chacune associée à un miroir parabolique, sont disposées ensemble. Les rayons réfléchis par les miroirs génèrent un flux parallèle ensuite convergé au centre de l’objectif par un doublet de lentilles convergentes.

Exemple 4 : lanterne à miroir

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Projecteur à miroir elliptique

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1- Émission de lumière : La source lumineuse est placée au foyer d’un miroir elliptique. Les miroirs elliptiques admettent deux foyers, les rayons d’une source placée en un foyer convergent vers le second foyer et réciproquement.
2- Convergence : L’objectif est situé au niveau de ce second foyer de façon à recevoir tous les rayons réfléchis.
3- Image transparente : L’image est placée sur l’axe des deux foyers du miroir, à distance du tirage mécanique de l’objectif.
Ces exemples ont pour objectif de vous montrer la diversité des moyens utilisés pour concevoir un projecteur. Bien évidemment, d’autres systèmes existent, mais tous respectent ces conditions : converger un flux lumineux ayant traversé une image vers un objectif.

Conclusion

La projection est un phénomène optique naturel qui joue un rôle fondamental dans notre façon de percevoir le visible. Pour qu’il y ait projection, il faut un point de convergence des rayons. La convergence permet de créer une image du coté opposée à l’objet éclairé. Ces images formées par projection sont structurées par la perspective à partir desquelles nous pouvons nous représenter l’espace. Par la projection optique, l’œil transforme l’objet en image et par une projection mentale, l’image se réalise en objet.
Les dispositifs de projections tels que les appareils photographiques ou camera fonctionnent de manière identique à l’œil. Il est néanmoins possible de les transformer en projecteurs émetteurs d’images en inversant le sens de la lumière. La camera devenue projecteur est un outils alors capable de renvoyer une image dans le monde, moyennant un écran pour la matérialiser. Si la photographie se réfère à la vision humaine par la similarité des procédés, la projection se réfère à notre conscience de ce visible, à notre lumière intérieure. Parce que le questionnement sur la projection ne saurait se limiter à une approche technique, il est apparu nécessaire d’élaborer une réflexion sur ces spécificités et son emploie possible.

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L'usage d'un projecteur obéit à des principes optiques et géométriques relativement simples. En choisissant l'objectif, le point de vue et les conditions les plus favorables, vous utiliserez tout le potentiel de votre outil.

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Priorité à l'ouverture

En projection, le but recherché est de rendre vos images visibles et pour cela, elles doivent être lumineuses. Comme les caractéristiques optiques des objectifs restent inchangées en photographie comme en projection, un objectif transmet d’autant plus de lumière si son ouverture est grande. Par exemple, une projection faite avec un objectif ouvert à 2,8 est deux fois plus lumineuse qu’à F :4 ! Il est donc fortement recommandé d’utiliser des objectifs de la plus grande ouverture possible afin de profiter de la plus grande luminosité possible. Les objectifs à focales fixes sont donc particulièrement adaptés à la projection mobile car ils proposent de plus grandes ouvertures tout en restant légers et moins coûteux, exemple : un 50mm F/1,8.
Vue en coupe du diaphrgame d’un l’objectif réduisant le flux de lumière

Vue en coupe du diaphragme d’un l’objectif réduisant le flux de lumière

La focale, une question de distance

Comme en photographie, la focale détermine l’angle de champ, plus longue est la focale, plus court sera l’angle de champ.
Allongement de la focale et diminution de l’angle de champ

Allongement de la focale et diminution de l’angle de champ

Vous savez qu’en photographie, le choix de la focale se détermine souvent par rapport à la distance au sujet. Plus vous êtes loin, plus la focale est longue. C’est la même chose en projection, la focale doit être choisie en fonction de la distance avec l’écran. Si vous êtes près, choisissez une focale moyenne ou courte, et si vous êtes loin, choisissez une longue focale. Une image aura la même taille qu'elle soit projetée de loin avec une longue focale ou de près avec une courte focale.
Projections de même taille obtenue à différentes distances compensées par la focale

Projections de même taille obtenue à différentes distances compensées par la focale

Le choix de la focale permet donc de s’adapter aux conditions de projection. Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez la taille d’une projection suivant les distance et focale choisies. En suivant la ligne rouge, on constate qu’une taille de projection reste constante en compensant la distance par la focale. Par exemple, on peut projeter une image de 2,5m de base, à 1m avec un 28mm ou à 7m avec 200mm.
Tableau distance/focale

Tableau distance/focale

Pour les longues focales, il peut être intéressant d’utiliser des objectifs moyen format à l’aide d’un adaptateur, exemple Pentax 67 105mm F/2,4 ou Pentacon 150mm F/2,8.
Si vous souhaitez utiliser un multiplicateur de focale, il est préférable d’utiliser un convertisseur frontal de grand diamètre placé devant votre objectif plutôt qu’un convertisseur arrière car il entraîne une réduction de l’ouverture et donc du rendement.

Mise au point

Visio nécessite l’emploi d’objectif 24x36 ou moyen format à mise au point manuelle puisque la bague de mise au point doit pouvoir être réglée manuellement. Pour réaliser la netteté sur votre projection, il suffira de tourner la mise au point jusqu’à voir l’image nette. Ne vous référez pas aux indications de distance sur la bague qui sont désormais décalées vers l’avant. Si vous souhaitez faire une projection à très courte distance, utilisez une bague macro ou des bagues intermédiaires entre la bague porte-diapositive et la monture afin d’augmenter le tirage mécanique.
Recommandation : d’une manière générale, il est préférable de projeter le plus à l’horizontale possible. Plus le projecteur est incliné, plus cela entraîne une déformation en trapèze, cela faisant aussi apparaître des zones floues. Pour une projection en hauteur, l’inclinaison du projecteur peut être atténuée en s’éloignant et en utilisant une longue focale. Pour une projection à hauteur de regard, il est recommandé de placer à hauteur de poitrine de façon à projeter à l’horizontale.
Variation de l’inclinaison du projecteur suivant sa distance

Variation de l’inclinaison du projecteur suivant sa distance

Conclusion

Les focales fixes sont donc à privilégier en raison de leurs ouvertures élevées, leur faible poids et encombrement et de leur prix raisonnable. Un objectif standard de 50 mm F/1,8 en intérieur et 85 mm F/1,8 en extérieur constitue une base idéale.
Les 50mm de grande ouverture se trouvent facilement en occasion à des prix extrêmement intéressants. Pour le 85mm, le Vivitar 85mm F :1,8 est certainement le plus accessible en neuf. Pour les focales encore plus longues, le Pentax 67 105mm F/2,4 ou le Pentacon 150mm F/2,8 en occasion monté avec adaptateur sur monture CANON apparaissent comme les solutions les plus lumineuses et moins coûteuses.

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De quoi dépend la visibilité d'une projection ?

Une fois l’objectif monté, il faut pouvoir rendre votre image la plus visible possible. Pour cela, la lumière de l’image projetée doit être plus importante que la lumière ambiante ; c’est à cette condition seulement que vos projections seront visibles.
La luminosité de la projection dépend de l’ouverture de l’objectif. Mais la visibilité de votre projection dépend d’autres paramètres tels que la taille de l’image, la lumière ambiante, l’aspect du support, l’aspect de l’image et enfin la distance d’observation. Voici donc, par ordre d’importance, des conseils relatifs à chacun de ces paramètres.

La luminosité, une question de taille !

En temps que projectionniste, voici ce qu’il vous faut garder à l’esprit : la luminosité de votre projection dépend de sa taille. Il faut voir la projection comme un flux de lumière que l’on va plus ou moins concentrer. Une taille de projection mesurée est parfois plus favorable qu’une trop grande taille car, trop grande, elle devient lumineuse. Par exemple, une projection de 2x3m sera 2x plus lumineuse qu’à 3x4,5m et 4x plus lumineuse qu’à 4x6m. Dans le tableau précédent, vous pouvez constater que plus la taille est grande, plus le chiffre est assombri afin de se rendre compte de l’affaiblissement de la luminosité suivant la taille. Pour une ouverture d‘objectif donnée, on comprend assez logiquement que plus on souhaite avoir une projection grande, moins elle sera lumineuse.
Luminosité d’une projection en fonction de sa taille

Luminosité d’une projection en fonction de sa taille

Lumière ambiante

La lumière ambiante est la première chose à laquelle vous devez être attentif car la projection s’adapte aux conditions et rarement l’inverse. Si la lumière ambiante est faible, l’image projetée n’aura pas besoin d’avoir une forte puissance lumineuse pour être bien visible. À l’inverse, si la lumière ambiante est élevée, il faudra une forte puissance lumineuse pour voir apparaître la projection. Comme vous êtes limité par la puissance de votre projecteur, la taille maximale de vos projections est limitée par la lumière ambiante. Cela fait de la lumière ambiante un facteur aussi important que la puissance de votre projecteur.
Il importe donc de limiter cette lumière ambiante de façon à mettre en évidence une projection, les lieux déjà obscurs sont donc à privilégier ! Ainsi, avec un peu de pratique, vous saurez déterminer simplement en regardant la lumière, la taille de projection que vous pouvez envisager avec le Visio. Dans l’obscurité, une projection visible peut mesurer 10m de large et sous une lumière élevée elle ne dépassera pas 1m. La démarche de la projection mobile est donc de composer avec les conditions de luminosité afin d’obtenir la meilleure visibilité. Visio vous donnera toute la mobilité nécessaire pour projeter dans les meilleures dispositions possibles.
Apparition d’une projection N&B sur un fond plus ou moins illuminé

Apparition d’une projection N&B sur un fond plus ou moins illuminé

Dans l’illustration ci-dessus, chaque disque représente toutes les nuances de luminosité disponibles dans une image projetée sur un fond qui va du plus sombre au plus clair. On peut observer comment les valeurs sombres de la projection sont supplantées par la luminosité du fond. Cela efface les zones sombres et entraîne progressivement une baisse du contraste de l’image. On peut ainsi en conclure que plus les conditions d’observation sont sombres, meilleure sera la perception de la projection.

Aspect du support

Pour apparaître, l’image a besoin d’un support qui fasse écran. Percevoir la projection tient autant du support que de l’image, l’un faisant apparaître l’autre. Pour commencer, il doit être opaque et non transparent pour renvoyer la lumière. Les vitres ou la surface de l’eau, du fait de leur transparence, ne feront pas apparaître vos projections. Pour le reste, tout peut faire office d’écran ! Murs, arbres, pierre, corps, vêtements, objets... Le monde est un écran sur lequel projeter vos images. Les supports clairs reflètent mieux la lumière de vos images que les supports sombres. Cela a donc aussi une incidence de la taille maximale de votre projection. Un support totalement noir peut néanmoins être utilisé pour des projections de petites tailles. Second point, le support étant un volume, celui-ci va plus ou moins transformer votre image. Plus le support sera homogène et plus l’image sera lisible. Si c’est un mur et que vous projetez de face, la transformation sera inexistante mais si vous projetez sur plusieurs objets ou un écran confus comme le feuillage d’un arbre, l’image sera transformée, déformée rendant sa compréhension difficile. Donc, toutes les images peuvent être projetées sur un écran uniforme mais seules des images facilement compréhensibles peuvent être projetées sur des supports confus.
Image initiale / image déformée par un support avec des aspérités

Image initiale / image déformée par un support avec des aspérités

Aspect de l'image

L’aspect de l’image : sa luminosité, son contraste, ses couleurs, importent beaucoup sa perception. Pour rendre la projection claire et lisible, l’image doit l’être tout autant. Une image lumineuse, contrastée entraînera une projection avec les mêmes caractéristiques. Ainsi, les images noir et blanc constituent les sources les plus efficaces puisqu’elles présentent un contraste élevé avec des parties totalement blanches donc transparentes contrairement aux images couleurs sont plus nuancées.
Conséquence de la baisse du contraste d’une image projetée

Conséquence de la baisse du contraste d’une image projetée

On peut observer sur cette illustration comment la même image, avec un contraste différent, nous apparaît plus ou moins facilement.

Conditions d'observation

Installer une image dans l’espace demande à prendre en considération la manière dont elle pourra être perçue. Si vous souhaitez rendre visible votre projection, vous devez rendre son observation facile.
La distance d’observation fait varier la taille qu’occupe l’image dans le champ de vision des observateurs. Une image projetée trop en hauteur ou trop loin sera mal perçue alors qu’une image proche à hauteur de regard sera davantage visible. Il faut réfléchir à la visibilité de votre image dans l’espace. Une fois encore, la mobilité du Visio vous permettra toutes les expérimentations possibles, alors profitez-en !
Les 6 conseils pour rendre visible vos projections :
Ouverture de l’objectif : Le plus ouvert possible !
Taille de la projection : Une taille mesurée pour une projection lumineuse.
Lumière ambiante : Recherchez l’obscurité !
Aspect du support : À support compliqué, choisir une image lisible.
Aspect de l’image : Claire et contrastée !
Conditions d’observation : Rendez vos projections faciles à observer !

Conclusion

Projeter demande de composer avec l’image et l’espace. Tout ne peut pas être envisagé, mais, en étant réaliste, vous arriverez à des résultats impressionnants. La force du Visio est sa mobilité, elle vous donnera la liberté de tester, observer, comprendre, apprendre la projection avec une facilité encore inédite. Emportez-le avec vous avec quelques images et sortez-le quand l’occasion se présente. Si vous souhaitez avoir un impact plus important dans l’espace, pensez à la projection multiple, plusieurs images projetées avec plusieurs projecteurs reconfigurent l’espace et encouragent une variation de proposition plutôt qu’une seule et unique grande image. Enfin, pour montrer vos projets, photographiez-les ! Un véritable appareil photographique est préférable au Smartphone, peu sensible à la lumière, et le trépied sera un accessoire très utile.

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