Français physicien Gabriel Lippmann pionnier de la photographie couleur et a remporté le prix Nobel de physique de 1908 pour ses efforts. Mais selon un article récent publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, la technique de Lippmann déforme les couleurs des scènes photographiées. Les physiciens de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse ont pu déterminer la nature de cette distorsion et ont mis au point un moyen de reconstruire le spectre d’origine qui a créé les plaques.

« Ce sont les premières mesures de lumière multispectrales enregistrées, nous nous sommes donc demandé s’il serait possible de recréer avec précision la lumière originale de ces scènes historiques »: a déclaré le co-auteur Gilles Baechler. « Mais la façon dont les photographies ont été construites était très particulière, donc nous étions également très intéressés à savoir si nous pouvions créer des copies numériques et comprendre comment la technique fonctionnait. »

Professeur de physique à la Sorbonne, Lippmann s’intéresse au développement d’un moyen de fixer les couleurs du spectre solaire sur une plaque photographique en 1886, « par lequel l’image reste fixe et peut rester à la lumière du jour sans détérioration ». Il a atteint cet objectif en 1891, produisant des images en couleur d’un vitrail, d’un bol d’oranges et d’un perroquet coloré, ainsi que des paysages et des portraits, y compris un autoportrait. (Fait amusant: les protégés du laboratoire de Lippmann comprenaient une étudiante polonaise prometteuse en physique nommée Marie Skłodowska, qui a ensuite épousé Pierre Curie et remporté deux prix Nobel.)

Le processus de photographie couleur de Lippmann impliquait de projeter l’image optique comme d’habitude sur une plaque photographique. La projection s’est faite à travers une plaque de verre recouverte d’une émulsion transparente de grains d’halogénure d’argent très fins de l’autre côté. Il y avait aussi un miroir de mercure liquide en contact avec l’émulsion, de sorte que la lumière projetée a voyagé à travers l’émulsion, a frappé le miroir et a été réfléchie dans l’émulsion.

« Cela provoque l’interférence de la lumière, et le motif d’interférence qui en résulte expose l’émulsion différemment à différentes profondeurs », Baechler et al. ont écrit dans leur article PNAS. L’exposition a donc été « codée » dans l’émulsion dans un motif d’interférence. Après plusieurs minutes d’exposition, la plaque a été retirée du mercure liquide et traitée.

À des fins d’observation, la plaque finie était retournée et un prisme était fixé à la surface, généralement avec un adhésif de baume Canada. Ensuite, la plaque serait éclairée de l’avant à un angle perpendiculaire avec une lumière blanche. À tout point de la plaque où la longueur d’onde de la lumière qui avait généré les lames correspondait à la longueur d’onde de la lumière entrante, elle serait réfléchie vers le spectateur; d’autres longueurs d’onde seraient absorbées ou dispersées par les grains d’argent ou passeraient simplement à travers l’émulsion pour être absorbées par un revêtement antireflet noir à l’arrière de la plaque.

Le processus de Lippmann n’a jamais pris commercialement, en grande partie parce qu’il nécessitait de longs temps d’exposition et qu’il n’y avait aucun moyen de faire des impressions en couleur. Mais il a inspiré d’autres progrès dans la photographie couleur. Il préfigurait L’invention de la méthode holographique par Dennis Gabor dans les années 1940, ainsi que le développement du laser optique holographie dans les années 1960.

La technique de Lippmann a été largement oubliée, et ses plaques photographiques ont été enfermées dans des voûtes de musée. Lorsque Baechler et ses collègues de l’EPFL se sont vu offrir l’accès à certains de ces original plaques, ils ont sauté sur l’occasion. Les caméras multispectrales modernes capturent des centaines d’échantillons spectraux dans la plage visible, mais la plupart des techniques photographiques prennent simplement trois mesures de rouge, vert et bleu, selon les auteurs. Les chercheurs ont découvert que le processus de Lippmann capturait entre 24 et 64 échantillons spectraux, ce qui en faisait la première technique d’imagerie multispectrale connue.

En outre, « Bien que les couleurs reproduites puissent sembler précises à l’œil nu, si nous examinons le spectre complet réfléchi par une plaque de Lippmann et le comparons à l’original, nous remarquons un certain nombre d’incohérences, dont beaucoup n’ont jamais été documentées, même dans les études modernes », ont écrit les auteurs.

Ils voulaient mieux comprendre la nature de ces incohérences, afin de déterminer s’il était possible d’annuler les distorsions et de reconstruire le spectre d’entrée d’origine. Ils ont donc utilisé des plaques de Lippmann pour photographier un spectre complet de lumière, et ils ont découvert que l’utilisation d’une couche de mercure liquide déplaçait les couleurs de la lumière vers l’extrémité rouge du spectre. À l’aide d’une couche réfléchissante d’air déplacé les couleurs vers l’extrémité bleue du spectre.

Cela s’est avéré être la clé. « Avec les plaques historiques, il y a des facteurs dans le processus que nous ne pouvons tout simplement pas connaître, mais parce que nous avons compris comment la lumière différait, nous pourrions créer un algorithme pour récupérer la lumière originale qui a été capturée », a déclaré Baechler. « Nous avons pu étudier l’invertibilité, c’est-à-dire qu’étant donné un spectre produit par une photographie de Lippmann, nous savons qu’il est possible d’annuler les distorsions et de reconstruire le spectre d’entrée d’origine. Lorsque nous nous sommes salis les mains et que nous avons fabriqué nos propres plaques en utilisant le processus historique, nous avons pu vérifier que la modélisation était correcte.

Baechler et al.. croient que revisiter la technique pionnière de Lippmann pourrait un jour conduire à de nouvelles caméras multispectrales, à l’impression et à des conceptions d’affichage. En fait, l’équipe a déjà construit un prototype d’appareil photo numérique Lippmann. Les chercheurs étudient actuellement l’impression d’images multispectrales sur verre avec des lasers femtosecondes.

« Le principe est presque le même que celui de Lippmann, sauf que, au lieu de compter sur la photochimie, nous utilisons des lasers ultrarapides pour modifier localement l’indice de réfraction de substrats tels que la silice », ont-ils écrit. « Puisque les changements d’indice de réfraction conduisent à des réflexions, nous pouvons, au moins en principe, imprimer des images multispectrales de style Lippmann à volonté. »

DOI : PNAS, 2021. 10.1073/pnas.2008819118 (À propos des DOI).

Image d’inscription par G. Baechler et al./Proc. Natl. Acad. Sci., 2021