Un peu de physique

La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène, comme l'air ou le verre. Mais lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre (un dioptre), la lumière est déviée, c'est la réfraction. Cette déviation est déterminée par un angle dont la valeur se détermine en utilisant la troisième loi de Schnell-Descartes qui lie les indices de réfraction des milieux incidents n1 et émergent n2 et les angles d'incidence i1 et de réfraction i2 (de sortie du dioptre) :

n1 x sin i1 = n2 x sin i2

Cette formule nous montre que l'angle de déviation dépend des indices de réfraction des deux milieux, or les indices de réfraction des milieux sont définis comme étant le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide sur la vitesse de la lumière dans ce milieu, mais aussi (et la formule qui suit nous intéressera pour expliquer et comprendre le phénomène) par la relation :
n(λ)= A +B/λ2

où A et B sont constantes pour le milieu considéré.
Ainsi l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde de la lumière considérée. Or la lumière blanche est un mélange de lumières colorées, les longueurs d'onde sont différentes pour chaque couleur perçue.

Le phénomène  Les aberrations chromatiques latérales

Une lumière blanche étant constituée d'une multitude de lumières colorées donc de longueurs d'onde différentes comprises, en particulier dans le domaine du visible (et donc ce qui nous intéresse en photographie) entre 380 nm et 780 nm, à chaque longueur d'onde, la déviation se fait avec un angle différent. On peut visualiser ce phénomène à l'aide d'un prisme en verre, vous avez sûrement déjà fait cela, un petit arc-en-ciel, à l'école avec une règle en plastique.



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Pour comprendre nous allons schématiser la lentille comme un assemblage de deux prismes accolés par leur base, ce qui donne des images formées à différentes distances de la lentille selon la longueur d'onde. Cela va nous poser problème en prise de vue puisque les objets sont éclairés par des lumières polychromatiques, ces aberrations seront particulièrement visibles sur des sujets contrastés et désaturés.

Les aberrations chromatiques longitudinales

Un objet ponctuel sur l'axe optique (exemple : un point objet blanc sur fond noir) situé à l'infini ne donnera jamais un point. On perd donc en netteté.

La distance mesurée entre les foyers du bleu et du rouge correspond à l'aberration chromatique longitudinale (le long de l'axe optique). Ainsi l'objet ponctuel blanc qui se trouve à l'infini donne une multitude d'images formées au niveau de chaque foyer image entre le foyer du bleu qui se trouve proche de la lentille et le foyer du rouge qui en est plus éloigné. On les observe en plaçant le capteur au foyer dont on veut voir l'image, dans ce cas les images des autres radiations sont floues et de tailles différentes.

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Regardons sur le schéma ci-dessus : si on fait la mise au point pour la radiation rouge, on place l'écran au niveau du foyer image du rouge (zone d'intersection des rayons lumineux rouge), on verra une irisation bleue autour de l'image. Inversement en faisant la mise au point pour les radiations bleues, on visualisera une irisation rouge. 
En outre, l'image étant plus ou moins éloignée de la lentille, les grandissements seront différents : les taches images seront d'autant plus grandes que l'on s'éloigne de la lentille (l'objectif). Le diamètre de cette tache image au niveau du foyer moyen (jaune) s'appelle l'aberration chromatique (principale, car sur l'axe optique) longitudinale.

aberrations chromatiques longitudinales exemple
Exemple d'aberrations chromatiques longitudinales. Les branches de l'arbre deviennent bleues/violettes. Le phénomène est amplifié sur les longues focales et sur les sujets très contrastés et peu parfois prendre des teintes violettes ou pourpres très prononcées.

Les aberrations chromatiques latérales (ou transversales)

Si on photographie des éléments qui ne sont pas proches de l'axe, on voit apparaître cette irisation autour de la tache image du sujet photographié, car les foyers seront alors étalés dans le plan du film (et non dans la profondeur comme c'est le cas de l'aberration chromatique longitudinale). L'irisation sera d'une couleur différente selon la position. Cela se visualise particulièrement sur des zones de l'image contrastée (contre-jour) et neutre.

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À l'aberration chromatique (longitudinale et latérale) s'ajoutent, dans les cas de prise de vue, les autres aberrations (notamment sphérique, diffraction) et les problèmes de résolutions élevées du capteur qui vont amplifier les irisations et générer des artefacts sur l'image.

aberrations chromatiques latérales exemple à 200% 18-135 mm PentaxExemple sur une image d'aberrations chromatiques latérales (200%). Les franges magenta et vertes sont clairement visibles de part et d'autre de la branche de l'arbre. Les aberrations chromatiques latérales sont plus visibles avec des optiques grand-angles (mais elles existent au télé également), et ont tendance à disparaître avec la fermeture du diaphragme. En outre, les AC latérales sont visibles surtout en périphérie des images.

Correction du défaut dans les objectifs

Une lentille convergente faisant plus converger les longueurs d'onde bleue alors qu'une divergente les fait plus diverger, les fabricants regroupent souvent une lentille, ou un groupe de lentilles, globalement convergent à une lentille, ou un groupe de lentille, globalement divergent. L'une et l'autre se compensent mutuellement.
En outre, les lentilles sont parfois fabriquées dans des matériaux à faible dispersion et en fluorite.

Quand l'objectif est corrigé pour deux longueurs d'ondes (généralement le rouge et le bleu) on dit qu'il est achromatique, les foyers sont alors regroupés autour du foyer moyen pour lequel on observe deux points de convergence,  mais les foyers des autres longueurs d'onde ne sont pas confondus.
Quand la correction est effective pour trois longueurs d'onde, le rouge, le vert et le bleu, l'objectif est alors apochromatique, les foyers sont encore plus resserrés les uns des autres, il y a trois longueurs d'onde pour lesquelles les foyers images sont au même endroit, l'étalement est d'autant moins important. Les foyers intermédiaires répartis autour de ce foyer moyen. Les faibles distances entre les différents foyers diminuent les irisations qui deviennent non perceptibles.

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Correction du défaut au développement du fichier RAW

Si l'objectif utilisé n'est pas corrigé des aberrations chromatiques, on peut corriger ce défaut dans l'interface d'un logiciel de développement de fichier RAW. Par exemple dans Camera Raw, il y a un onglet spécifiquement dédié aux corrections des défauts de l'objectif et notamment des aberrations chromatiques.

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En affichant l'image à 100% sur l'écran, on distingue des franges colorées (voir détails indiqués par des flèches rouges). Dans l'onglet Corrections de l'objectif, on va faire en sorte que les images formées par les longueurs d'onde bleu et rouge, qui sont de tailles différentes (puisqu'elles se forment plus ou moins loin de l'objectif), coïncident. Il faut supprimer une frange à la fois. On fait cela par dichotomie pour trouver la valeur la plus adaptée. On corrige la frange rouge/cyan en décalant le curseur jusqu'à ce qu'il ne reste plus de couleur ni rouge ni cyan (on modifie la taille de l'image dans la couche rouge par rapport à la couche verte). Il peut subsister des franges résiduelles de couleurs bleue/jaune que l'on supprime en décalant le curseur (variation de la taille de l'image de la couche bleue par rapport à la couche verte) 

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