La trivariance visuelle chez l'homme

Question : comment se fait-il qu'à partir de 3 couleurs de base seulement (rouge, vert, bleu), on puisse reconstituer toutes les couleurs du spectre visible?

Les lumières visibles que nous percevons autour de nous sont très variées : pour la plupart, elles sont polychromatiques et contiennent souvent, dans des proportions différentes, une bonne part des longueurs d'ondes du spectre visible. Toutefois, l'"instrument" qui permet à l'être humain de percevoir une partie de cette richesse, l'oeil, ne possède qu'un nombre limité de capteurs : il possède des bâtonnets, qui sont sensibles à l'intensité lumineuse et donnent une image en noir et blanc, et des cônes responsables de la vision des couleurs. L'oeil humain normal possède trois types de cônes différents : l'un a un pic de sensibilité dans le bleu-violet, l'autre dans le vert et le troisième dans le jaune-vert.

Toute information lumineuse qui arrive à l'oeil, en dépit de sa richesse, se résume donc finalement à :

Ainsi, deux lumières de spectres différents sont perçues comme ayant la même couleur si elles engendrent les mêmes réponses de la part des trois types de cônes. On comprend ainsi que trois couleurs différentes : bleu, rouge et vert, par exemple, mélangées dans des proportions variables (bleu d'intensité I_B + rouge d'intensité I_R + vert d'intensité I_V) permettent presque* (voir note) d'obtenir, par la variation des trois paramètres I_B, I_R et I_V, toutes les "impressions de couleur" possibles (c'est-à-dire toute la gamme des réactions des trois types de cônes à la lumière reçue)...

Les daltoniens, qui ne possèdent que deux types de cônes, ne perçoivent pas autant de couleurs que les autres : l'information "couleur" est codée dans seulement deux paramètres différents. Le mélange de deux couleurs différentes suffit alors pour simuler l'impression produite sur les cônes par la lumière.

L'existence de trois types de cônes seulement pour percevoir l'information "couleur" d'une lumière complexe quelconque a encore une autre conséquence. Dans la mesure où trois paramètres seulement suffisent (presque) à décrire l'information "couleur" telle qu'elle est perçue par l'oeil, la plupart des lumières existantes, même des lumières polychromatiques complexes, sont perçues par nous comme ayant un teinte identique à celle d'une des lumières monochromatiques du spectre visible, plus ou moins lumineuse et plus ou moins "lavée de blanc" : en effet, la plupart des lumières polychromatiques sont perçues de la même façon qu'un mélange d'une lumière monochromatique de longueur d'onde λ et d'intensité I_λ avec une intensité I₀ de lumière blanche (là encore, la variation de trois paramètres seulement : ici λ, I_λ et I₀ permet d'obtenir l'essentiel des "impressions de couleur" perçues par l'oeil). Une teinte est dite "pâle" lorsqu'elle est lumineuse (intensité importante) et mélangée à beaucoup de blanc, "vive" lorsqu'elle est saturée (peu mélangée de blanc) et lumineuse, "profonde" si elle est foncée et saturée, et "rabattue" si elle est foncée et lavée de blanc.

Pour aller plus loin :