Voir la source de Saturation (colorimétrie)

{{Voir homonymes|Saturation}}
[[Image:Red-saturation.svg|vignette|[[Dégradé de couleurs|Dégradé]] de rouge : saturation croissante vers le haut.]]
En [[colorimétrie]], la '''[[pureté d'excitation]]''', la '''pureté colorimétrique''', la '''chromaticité''' ou '''chroma''' et la '''saturation''' sont des évaluations numériques de ce qui distingue une teinte d'un gris qui serait aussi lumineux.

Pour les luminosités moyennes à élevées, ces mesures correspondent à la ''vivacité'' ; une couleur hautement saturée est ''vive'' et ''intense'' tandis qu'une autre moins saturée paraît plus terne et grise. Une saturation élevée avec une faible luminosité correspond à une [[couleur profonde]]. Avec la saturation très faible, une couleur est un [[blanc]], un [[gris]] ou un [[noir]].

La ''pureté'' s'emploie en colorimétrie de base. Toute couleur peut s'analyser en l'addition ou en la soustraction d'une lumière [[monochromatique]] à de la lumière blanche. La pureté est le rapport de la quantité de lumière monochromatique au total. Des couleurs sombres peuvent avoir une pureté élevée. Le [[diagramme de chromaticité]] montre la disposition des teintes indépendamment de la luminance ; cette chromaticité est un doublet {{nobr|({{mvar|x}}, {{mvar|y}})}}.

La ''chromaticité'' ou ''chroma'' est l'intensité de la coloration dans les espaces chromatiques conçus pour que l'écart entre les points représentatifs des couleurs corresponde à l'écart perçu entre les couleurs. La chromaticité est la distance du point représentatif d'une couleur à celui de l'[[illuminant]] à la même luminosité. Dans l'espace [[CIE L*u*v*]], la ''saturation'' est définie comme le rapport du chroma à la clarté.

La ''saturation'' s'emploie dans les systèmes de synthèse des couleurs. Ces systèmes utilisent généralement trois [[couleur primaire|couleurs primaires]], dont les caractéristiques limitent le [[Gamut|domaine des couleurs qu'ils peuvent reproduire]]. La saturation exprime alors l'intensité de la coloration par rapport au maximum possible dans le système. La saturation est l'une des coordonnées dans les systèmes de description de couleurs informatiques ''[[Teinte Saturation Valeur|Teinte Saturation Luminosité]]'' (''TSL'').

== Histoire ==
{{…}}

== Terminologie ==
La colorimétrie se donne pour objectif de faire correspondre les termes descriptifs du langage avec des mesures physiques. En colorimétrie, on estime qu'on ne peut obtenir une couleur plus colorée qu'une lumière monochromatique, qu'on dit aussi ''couleur pure''. La ''pureté'' situe la coloration entre cette lumière et la lumière blanche, achromatique (sans couleur).

Le terme ''saturation'' se réfère en général aux situations où, quoi qu'on fasse, on ne peut obtenir d'un système plus que ce qu'il fournit déjà.

En 1948, la Commission internationale de l'éclairage jugeait utile de différencier les termes des mesures des sciences de la couleur, entre la [[physique]], indifférente aux perceptions, la [[colorimétrie]], pondérant ces mesures avec des coefficients représentant la perception humaine, et la [[psychologie]], basée sur l'évaluation humaine d'échantillons, sans référence à des mesures physiques. Dans cet ensemble, la ''radiance'' (grandeur physique) trouve son équivalent dans la ''[[luminance]]'' (grandeur photométrique et colorimétrique) et dans la ''clarté'' (classement psychologique) ; la ''chromaticité'', ensemble de deux valeurs colorimétriques comprenant longueur d'onde dominante et pureté, a comme équivalent psychologique la ''chromie'', terme proposé à cette époque et qui n'a pas eu de succès, comprenant la ''tonalité'' (plus souvent dite ''[[Ton et teinte|teinte]]'' de nos jours) et la ''saturation''<ref>{{article|prénom1=Gustave |nom1=Durup |titre=Progrès conjoints des idées et du langage dans les sciences de la couleur |périodique=L'année psychologique |volume=47-48|année=1949 |passage=213-229 |lire en ligne=http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1946_num_47_1_8290}}. Ce volume est daté 1946, mais l'auteur mentionne les réunions de 1948, et apporte en 1952 des précisions à cet article {{citation|publié il y a trois ans}} ; voir aussi {{harvsp|Déribéré|2014|p=11-12}}.</ref>.

Dans le contexte du codage informatique des couleurs, la précision des définitions est moins nécessaire. La simplicité des calculs est souvent plus importante que l'exactitude visuelle de la production des couleurs. La couleur résultant d'un code dépend en tout état de cause de la technologie des écrans ou imprimantes et de leur réglage.

Le terme ''saturation'' s'utilise donc dans ce contexte de façon assez appropriée, puisque d'une part, la grandeur en question s'y rapporte au maximum de pureté colorimétrique permise par le système, et d'autre part, il s'agit principalement de donner une indication sur la perception de la couleur produite.

== Colorimétrie ==

=== Pureté ===
{{article détaillé|Pureté d'excitation}}
{{énoncé|On observe que pour toute lumière, on peut trouver une lumière [[monochromatique]] et une lumière blanche qui, mélangées, forment une lumière qui ne peut se distinguer de celle d'origine.}}

* On dit que leurs couleurs sont [[Couleur métamère|métamères]].
* On considère qu'une lumière monochromatique a une ''couleur pure''. Les autres sont plus ou moins ''lavées de blanc''.
* La [[longueur d'onde]] de la lumière monochromatique est la ''longueur d'onde dominante''.

La colorimétrie se fonde sur la [[loi d'Abney]], qui postule la [[linéarité]] des relations entre grandeurs physiques et perceptions colorées. De ce fait, le mélange lumineux peut être caractérisé par addition de la grandeur utilisée pour la mesure (quelle qu'elle puisse être : luminance, flux lumineux, etc.)<ref>{{harvsp|Sève|2009|p=84-87}} ; {{harvsp|Le Grand|1972|p=84-87}}.</ref>.

=== Pureté colorimétrique ===
Pour une lumière donnée, on trouve une lumière métamère composée d'une lumière monochromatique de [[Luminance|luminance visuelle]] ''L''<sub>λ</sub> et d'une lumière blanche de luminance visuelle ''L''<sub>b</sub>. On appelle ''pureté colorimétrique'', et on note ''p<sub>c</sub>'', le rapport<ref name=":0">''CIE 015:2004 Colorimetry, 3th Edition'', <small>([https://www.cdvplus.cz/file/3-publikace-cie15-2004/ lire en ligne])</small>.</ref>{{,}}<ref>{{harvsp|Déribéré|2014|p=105}} ; {{harvsp|Le Grand|1972|p=116}} ; {{harvsp|Sève|2009|p=88-89}}.</ref>

: <math>p_c = \frac{L_\lambda}{L_\lambda + L_b}.</math>

=== Chromaticité ===
Grâce au postulat de linéarité, et en considérant que la coloration est une grandeur indépendante de la luminosité, on peut représenter les couleurs, sans se soucier de leur luminosité, sur un [[diagramme de chromaticité]]. Ce type de diagramme place la coloration dans une surface limitée par la courbe des lumières monochromatiques et la droite des pourpres.

Les espaces de couleur CIE dérivent de l'évaluation d'une couleur par le mélange des [[couleur primaire|primaires de mesure]]. Chaque rayonnement visible à une [[couleur métamère]], qu'un triplet (''rouge'', ''vert'', bleu) définit. Les valeurs du rouge sont négatives dans le cas où pour trouver une couleur métamère, on doit ajouter au rayonnement en essai une certaine quantité de rouge primaire. L'espace [[CIE XYZ]] 1931 applique une [[Matrice (mathématiques)|matrice]] de transformation linéaire au triplet (''rouge'', ''vert'', bleu) de sorte qu'aucune valeur ne soit négative et que la valeur Y soit la [[luminance]]. Les valeurs X et Z dépendent donc uniquement de la coloration. Pour les disposer commodément sur un diagramme plan, on les divise par la somme (X+Y+Z). Le résultat est la chromaticité, qui est le couple {{nobr|({{mvar|x}}, {{mvar|y}})}} du diagramme de l'espace [[CIE xy]].

Les valeurs de chromaticité n'indiquent pas avec évidence la couleur. L'[[illuminant]] D65 correspond à {x:0,31271, y:0,32902}.

=== Pureté d'excitation ===
[[Fichier:Excitation Purity.svg|vignette|Pureté d'excitation sur le diagramme de chromaticité.]]
On montre facilement que la couleur métamère correspondant au mélange de deux lumières se trouve, dans le diagramme, sur la droite entre les deux points correspondant à ces lumières. Par conséquent, le point correspondant à une lumière se trouve sur la ligne entre le point de blanc, déterminé par la position de l'[[illuminant]] (conventionnel) et le point de la courbe extérieure correspondant à sa longueur d'onde dominante.
{{énoncé|La ''pureté d'excitation'' est le rapport entre la distance du point blanc à celui représentant la couleur et la distance du point blanc au point de la courbe extérieure correspondant à sa longueur d'onde dominante.}}
Connaissant les coordonnées chromatiques (''x<sub>b</sub>'',''y<sub>b</sub>'') du blanc, les coordonnées chromatiques (''x''<sub>λ</sub>,''y''<sub>λ</sub>) de la couleur pure et les coordonnées (''x'',''y'') de la couleur étudiée dans le diagramme de chromaticité CIE 1931<ref name=":0" />, la pureté d'excitation ''p<sub>e</sub>'' s’exprime

: <math>p_e = \frac{x - x_b}{x_\lambda - x_b}</math>ou <math>p_e = \frac{y - y_b}{y_\lambda - y_b}</math>.

Lorsque le segment du blanc à la couleur se prolonge vers la droite des pourpres, la longueur d'onde dominante est négative, elle s'obtient sur la ligne des lumières monochromatiques à l'opposé. La pureté colorimétrique est alors le rapport des distances entre le blanc et la couleur et entre le blanc et la ligne des pourpres<ref>{{harvsp|Le Grand|1972|p=116-117}}.</ref>.

La pureté d’excitation et la pureté colorimétriques sont liées par la relation<ref name=":0" /> : <math>p_c = p_e \frac{y_\lambda}{y}</math>.

=== Chroma et saturation ===

Les modèles linéaires de la colorimétrie de base offrent l'avantage de la simplicité, mais ils ont l'inconvénient de ne pas correspondre à la perception des couleurs. En particulier, la distance entre deux points dans l'espace des couleurs n'a pas de rapport avec la différence perçue entre leurs [[Ton (arts graphiques)|tons]]. Pour réduire cet inconvénient, la CIE a créé les espaces [[L*u*v* CIE 1976|CIELUV]], pour les lumières, et [[L*a*b* CIE 1976|CIELAB]], pour les surfaces colorées. Mais pour approcher la perception, et obtenir une distance homogène pour tous les seuils de différence de couleur, ces modèles ont abandonné la linéarité du modèle initial : ils se fondent sur la [[Luminosité (colorimétrie)|clarté]] ou luminosité. Les couleurs de même luminosité se définissent par leurs coordonnées ''u''* (axe rouge–vert) et ''v''* (axe bleu–jaune) ou ''a*'' et ''b''*, selon le système. On peut facilement transformer ces coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires, obtenant un module, la ''chroma'', et un ''angle de teinte'' qui caractérisent la chromaticité<ref>{{harvsp|Sève|2009|p=143}}.</ref>. La chroma, c'est-à-dire l'écart entre la couleur et l'axe des gris, varie alors avec la [[Luminosité (colorimétrie)|luminosité]] et avec la teinte. Il partage ainsi des traits avec la notion commune de ''vivacité des couleurs''. Les couleurs sombres sont moins « colorées », moins « vives », que les couleurs claires.

La ''saturation'', dans l'espace CIELUV, est le quotient de la chromaticité par la clarté<ref>{{harvsp|Sève|2009|p=144}}</ref>  <math>s_{uv} = \frac{C^*_{uv}}{L^*}</math>. Il n'existe pas de grandeur similaire pour le système CIELAB.

=== Effet sur la perception ===
La colorimétrie postule la linéarité des perceptions et l'indépendance de leurs composantes, luminosité, teinte, saturation, mais celle-ci influe sur les deux autres par des effets qu'on doit négliger pour établir la colorimétrie de base.

L'[[effet Abney]] constate que la teinte varie lorsqu'on ajoute du blanc à la lumière monochromatique, diminuant la saturation. Cet effet varie selon la teinte. Il se traduit par le fait que les lignes d'égale teintes sont courbes sur le diagramme de chromaticité.

Le [[phénomène de Helmholtz-Kohlrausch]] indique qu'à luminance égale, la luminosité perçue d'une lumière colorée augmente avec la saturation.

== Codage informatique des couleurs ==
Les systèmes de description des couleurs informatiques, comme [[Teinte Saturation Valeur|Teinte–Saturation–Lumière]], décrivent la couleur par les proportions de couleurs primaires de l'écran ou de l'imprimante. La nuance obtenue varie selon la technique de fabrication de ceux-ci, qui détermine la position des primaires dans le diagramme de chromaticité et ainsi les limites du [[gamut]]. La ''saturation'' est, dans ce cas, une valeur relative au maximum qu'on puisse obtenir avec le [[gamut]] du système. Elle est égale à 1 quand une des composantes primaires est à zéro ; elle égale à zéro quand les trois composantes sont égales, et en général égale au quotient de la différence entre composantes la plus forte et la plus faible, par la composante la plus faible. Souvent, on code la valeur de 0 à 1 en pourcentage ou de 0 à 255 (sous-entendu, deux-cent-cinquante-cinquièmes) pour un codage sur 8 bits.

Les systèmes de transmission [[vidéo]] transmettent, dans la plupart des cas, un signal de [[luminance]], et un signal de [[chrominance]] qui indique la différence de la couleur avec le gris. La phase du signal de chrominance exprime la teinte, et son amplitude la saturation brute.

Dans le cas de l'informatique, comme dans celui du signal vidéo, la pureté colorimétrique de la couleur obtenue ne peut se déterminer simplement à partir de la valeur de la saturation. La pureté d'exitaion est comprise entre 0 quand la saturation est nulle, et une valeur maximale variable selon la longueur d'onde, quand la saturation est de 100 %. Entre les deux, les ajustements de [[contraste]], de niveau de noir et de [[correction gamma]] de l'écran déterminent la courbe de correspondance entre saturation et pureté colorimétrique.

== Usages de la saturation ==

=== Arts plastiques ===
La peinture pose des matières colorées sur un support, dont le blanc fixe la plus grande luminosité possible, les couches absorbant de la lumière. Plus la couche renvoie une portion étroite du spectre lumineux, plus la couleur est pure, mais aussi plus elle est sombre. Les couleurs qu'on dit vives sont claires et colorées, elles sont par nécessité moins ''pures'' qu'une [[couleur profonde]] de même teinte. Les qualités d'une couleur vue sont liées à la fois à sa clarté et à sa pureté. Les termes du langage d'atelier se rattachent en général plus directement aux « couleurs » que sont les pâtes colorées. Les couleurs ''franches'' s'opposent à celles qui sont ''lavées'' ou ''[[Dégradé de couleurs|dégradées]]'' par mélange avec du blanc ou [[ton et teinte|''rompues'' ou ''rabattues'']] par mélange avec du noir et du blanc ou une autre couleur<ref>{{ouvrage|prénom1=André |nom1=Béguin|lien auteur1=André Béguin|titre=Dictionnaire technique de la peinture|année=2009|année première édition=1990|passage=197-198 « Couleur »}}.</ref> ; les ''[[Terre (pigment)|terres]]'' et les autres pigments dont on pourrait imiter la couleur par mélange d'autres pigment avec du blanc ou du noir ne sont pas des couleurs franches.

Au {{s-|XX}}, l'enseignement de la [[couleur]] pour les arts plastiques utilise parfois le concept de saturation, au même titre que la luminosité et la teinte. [[Joseph Albers]], artiste et enseignant<ref>{{ouvrage|prénom1=Josef |nom1=Albers|lien auteur1=Josef Albers |traducteur= Claude Gilbert|titre=L'interaction des couleurs |éditeur=Hazan|année=2013 |année première édition=1963}}.</ref>, a intitulé ''Saturation'' certains de ses ''Hommages au carré''<ref>{{lien web|url=https://www.mbam.qc.ca/fr/oeuvres/8354/|titre=Josef Albers - ''Hommage au Carré, saturation'' |site=Musée des beaux-arts de Montréal|consulté le=24 mai 2021}}.</ref>. Il est pourtant très difficile de définir la saturation, sinon par [[métonymie]] : {{citation|plus une couleur rappelle la qualité claire et pleine de celle que renvoie un prisme, plus on dit qu'elle est saturée. En pratique, il peut être difficile d'identifier la saturation<ref>{{ouvrage|prénom1=David |nom1=Hornung|titre=La couleur|sous-titre=Cours pratique |traducteur=Brigitte Quentin |lieu=Paris |éditeur=Eyrolles |année=2017 |titre original={{google livre|TMLivK4XZBwC|titre=Colour: A Workshop for Artists and Designers|page=28}} |édition=2 |année première édition=2005 |passage=20 ''sq''.}}.</ref>.}}, dont {{citation|le rapport avec la luminosité n'est pas mesurable, parce qu'elle est de nature psychologique{{sfn|Hornung|20017|p=28}}.}} 

L'impression en [[quadrichromie]] donne une couleur qu'on peut dire « saturée » pour ce système lorsque le canal noir et au moins un des trois autres sont nuls, et le ou les canaux restants sont au maximum. La « saturation » peut aussi désigner la quantité maximale d'encre que le papier peut recevoir sans taches ni report sur les feuilles voisines.

Le système CIE L*a*b* définit la chromaticité plus rigoureusement. Pour une luminosité et une teinte données, le module de l'écart au gris mesure la coloration, tandis qu'une [[couleur optimale]], matière idéale qui transmettrait complètement une portion continue du spectre, et rien d'autre, donne la limite supérieure de cette coloration. On pourrait utiliser ces relations pour définir une saturation. Mais les effets de la couleur dans les arts graphiques sont bien plus complexes que la réaction aux [[stimulus]] de la colorimétrie, et les praticiens se dispensent le plus souvent de cette rigueur.

=== Associations de la saturation des couleurs ===
Les études de marketing et de publicité évaluent à quels sentiments les couleurs saturées s'attachent, de façon à adapter le style visuel de leurs annonces à un produit et un public. Certains chercheurs ont conclu que la luminosité et la saturation ont plus d'influence que le choix des teintes.
{{...}}

=== Modification de la saturation globale ===
[[Image:Saturation change photoshop.jpg|thumb|Différents niveaux de saturation d'une image.]]
Les [[Éditeur d'image matricielle|logiciels d'édition graphique]], comme les systèmes de contrôle de signal vidéo, permettent généralement de manipuler le niveau de saturation de l'ensemble d'une image.
{{...}}
{{clr}}

== Voir aussi ==
=== Bibliographie ===
* {{article|langue=en|titre=The Munsell Color System|sous-titre=A Scientific Compromise from the World of Art|auteur=Sally Cochrane|périodique=Studies in History and Philosophy of Science|volume=47|année=2014|doi=10.1016/j.shpsa.2014.03.004}}.
* {{Ouvrage|prénom1=Maurice|nom1=Déribéré|lien auteur1=Maurice Déribéré|titre=La couleur|lieu=Paris|éditeur=[[Presses universitaires de France|PUF]]|collection=Que Sais-Je|numéro dans collection=220|année=2014|numéro d'édition=2|année première édition=1964|passage=105|isbn=}}.
* {{article|langue=en|titre=The Early Development of the Munsell System|auteur=Rolf G. Kuehni|périodique=Color research and Application|volume=27|numéro=1|année=2002|doi=10.1002/col.10002}}.
* {{Ouvrage|prénom1=Yves|nom1=Le Grand|titre=Optique physiologique|sous-titre=Tome 2, Lumière et couleurs|lieu=Paris|éditeur=Masson|année=1972|isbn=|numéro édition=2}} (voir l'index).
*{{Ouvrage|prénom1=Robert|nom1=Sève|titre=Science de la couleur|sous-titre=Aspects physiques et perceptifs|lieu=Marseille|éditeur=Chalagam|année=2009|isbn=}} (voir l'index).

=== Articles connexes ===
* [[Colorimétrie]]
* [[Couleur métamère]]
* [[Psychophysique]]
* [[Teinte Saturation Valeur]]

=== Liens externes ===
* [http://www.cie.co.at/ Site de la CIE] ([[Commission internationale de l'éclairage]])

=== Notes et références ===
{{Références}}

{{Portail|couleurs|imagerie numérique|optique|psychologie}}

[[Catégorie:Colorimétrie]]