Comment distinguons-nous les couleurs ? — cônes et processus antagonistes
La lumière stimule les trois types de cônes de la rétine, puis le cerveau recode ces signaux en canaux rouge–vert, bleu–jaune et luminance. Suivez ce parcours pour comprendre comment nous distinguons les couleurs.
La couleur n’est pas une propriété des objets : c’est une perception que construisent ensemble la lumière, l’œil et le cerveau. Notre capacité à distinguer les couleurs dépend des caractéristiques de chacune de ces trois étapes.
Étape 1 : trois types de cônes
La rétine contient trois types de cônes, les cellules responsables de la vision des couleurs en lumière du jour. Selon la longueur d’onde à laquelle ils répondent le mieux, on les appelle cônes L (grandes longueurs d’onde, vers 560 nm), M (longueurs d’onde moyennes, vers 530 nm) et S (courtes longueurs d’onde, vers 420 nm).
Un cône isolé ne renseigne pas sur la longueur d’onde : quelle que soit celle qu’il absorbe, il émet le même type de signal. La couleur est déterminée par le rapport entre les réponses des trois cônes. Deux lumières au spectre totalement différent paraissent donc de la même couleur si elles stimulent les trois cônes dans les mêmes proportions (métamérisme). C’est aussi pourquoi un écran peut imiter d’innombrables couleurs avec seulement trois lumières, rouge, verte et bleue.
Les courbes de sensibilité des cônes L et M se chevauchent largement. La distinction rouge–vert repose sur la petite différence entre ces deux courbes : si l’un de ces cônes manque pour des raisons génétiques, ou si sa courbe est décalée, la discrimination rouge–vert s’affaiblit. Environ 8 % des hommes et 0,5 % des femmes d’origine nord-européenne présenteraient une anomalie rouge–vert de la vision des couleurs (Birch, 2012).
Étape 2 : les canaux antagonistes
Les signaux des cônes ne parviennent pas tels quels au cerveau. En traversant la rétine et le thalamus, ils sont recalculés sous forme de différences.
- Canal de luminance : somme des signaux L + M. Il code les contrastes clair-obscur et les formes.
- Canal rouge–vert : différence des signaux L − M.
- Canal bleu–jaune : différence des signaux S − (L + M).
C’est ce qu’on appelle le processus antagoniste. Hering l’a proposé au XIXe siècle en observant qu’on ne peut pas se représenter un « rouge verdâtre » ni un « jaune bleuté », et Hurvich et Jameson (1957) l’ont étayé quantitativement. Les axes a* (vert–rouge), b* (bleu–jaune) et L* (clarté) de CIELAB s’inspirent de cette organisation.
Où sommes-nous le plus sensibles ?
Si l’on mesure la plus petite variation de longueur d’onde perceptible en faisant glisser une lumière le long du spectre, on constate que nous sommes le plus sensibles vers le bleu-vert (environ 490 nm) et le jaune-orangé (environ 580 à 590 nm), et le moins aux deux extrémités du spectre (Wright & Pitt, 1934). C’est dans ces zones que les signaux des deux canaux antagonistes varient le plus rapidement avec la longueur d’onde.
Le cas particulier des cônes S
Les cônes S ne représentent qu’environ 5 à 10 % de l’ensemble des cônes et sont presque absents du centre même du champ visuel (le cœur de la fovéa). Les différences dans l’axe bleu–jaune sont donc particulièrement difficiles à voir sur de petites surfaces. C’est l’une des raisons pour lesquelles les questions dans les bleus et les jaunes paraissent plus dures quand la grille passe à 8×8 et que les cases rapetissent.
Étape 3 : l’interprétation par le cerveau
Le cerveau réinterprète les couleurs en fonction du contexte. Un même gris paraît plus clair sur fond sombre et plus sombre sur fond clair (contraste simultané). La constance des couleurs, qui nous fait voir une feuille blanche comme blanche même quand l’éclairage change, est elle aussi une correction du cerveau. Si ce test entoure la grille d’un gris neutre fixe, c’est pour que ces effets de contexte ne varient pas d’une question à l’autre.
L’âge et la discrimination des couleurs
Avec l’âge, le cristallin jaunit progressivement et laisse passer moins de lumière de courte longueur d’onde. La discrimination dans l’axe bleu–jaune tend alors à baisser en premier, surtout sous un éclairage faible (Knoblauch et al., 1987). Chez une même personne, les résultats peuvent aussi fluctuer selon la fatigue, l’éclairage et le moment de la journée.
Ce que mesure ce test
HueSense évalue le résultat de ces trois étapes réunies, c’est-à-dire la capacité à remarquer une différence entre deux couleurs à l’écran. Ce n’est pas un examen médical du fonctionnement de chaque type de cône, et il ne détermine pas si vous présentez une anomalie de la vision des couleurs.
Sources
- Hurvich, L. M., Jameson, D. (1957). An opponent-process theory of color vision. Psychological Review 64(6), 384–404
- Wright, W. D., Pitt, F. H. G. (1934). Hue-discrimination in normal colour-vision. Proceedings of the Physical Society 46(3), 459–473
- Birch, J. (2012). Worldwide prevalence of red-green color deficiency. JOSA A 29(3), 313–320
- Knoblauch, K. et al. (1987). Age and illuminance effects in the Farnsworth-Munsell 100-hue test. Applied Optics 26(8), 1441–1448