Bref historique de la vision des couleurs

Pr . Yvon Grall

Contact : UFR Lariboisière St louis. Service de Biophysique. Département Vision 10 ave. de Verdun. 75010 Paris. M-él : grall.yvon@wanadoo.fr

L'homme a mis très longtemps pour commencer à comprendre les phÉnomènes visuels dont il se sert pourtant quotidiennement. Il est vrai que ce sens, primordial dans notre espèce, est assez complexe. Il conduit en effet à étudier les interactions entre les phénomènes physiques (lumière dite " visible " appartenant au domaine des ondes électromagnétiques) et les phénomènes physiologiques qui à partir d'un flux de photons, produisent des sensations interprétables par le cerveau pour mieux définir notre environnement et y situer nos actions. L'histoire des différentes conceptions, souvent opposées, qui se sont fait jour à ce propos ne manque pas d'intérêt.

LA PREHISTOIRE

On ne sait évidemment pas si un homme de Cro-Magnon ou un Néandertalien ont songé à chercher une explication aux sensations colorées qu'ils percevaient. Ce qui est sñr, c'est qu'ils savaient se servir des différents pigments à leur disposition avec un sens artistique étonnant et que nous pouvons encore être admiratifs devant les représentations rupestres que nous avons découvertes plus ou moins récemment.

L'ANTIQUITE

C'est Aristote dont les conceptions ont dominé tout le monde antique et le Moyen-Age qui a fourni une première série d'explications aux sensations colorées que nous connaissons. Pour lui, toute couleur vient d'un équilibre subtil entre blanc et noir, non pas en termes de simple mélange (il connaissait fort bien la gamme des gris ainsi obtenue) mais par une dégradation progressive de la " qualité " de la lumière blanche. Cette dernière est la seule vraiment " pure " car elle procède des sphères célestes baignées par l'éther. Les éléments terrestres (air, eau, poussières, etc.) la transforment en l'obscurcissant et font apparaître les couleurs liées au " monde de la génération et de la corruption ". On retrouve des échos de cette pensée jusque chez Goethe (1810) avec bien sûr des arrières pensées philosophiques sur l'assimilation de la dualité " lumière-ténèbres " avec le combat " bien-mal ".

Simultanément, la notion de lumière pénétrant dans l’œil comme source du phénomène visuel n'était nullement établie. De nombreuses théories proposaient au contraire que ce soit l'œil qui envoie des rayons " tâter " les objets environnants pour en déduire leur forme et éventuellement leur couleur, liée à la matière les constituant. Il faut d'ailleurs reconnaître qu'on trouve dans les écrits d'Aristote la distinction entre " couleur-lumière " et " couleur-matière ", précurseurs de nos mélanges additifs et soustractifs et qui montre une rare finesse d'analyse pour l'époque.

DU MOYEN-AGE AU XVIIIème SIECLE

De nombreuses théories, dont certaines nous paraissent aujourd'hui particulièrement farfelues, tentent d'expliquer le phénomène visuel. On pense à la suite d'Al-Hazen (965-1039) et de Roger Bacon (1220-1292) que l'image du monde extérieur se forme au niveau du cristallin ou de la pupille (d'où l'origine de ce dernier nom : " pupilla " : petite poupée, exprimant la réduction des objets extérieurs vus en réalité par réflexion sur le miroir convexe constitué par la cornée...). Les couleurs seraient ensuite transmises à l'intérieur de la tête par le nerf optique (ceci n'était pas mal vu !). On découvre l'inversion de l'image rétinienne, ce qui ne manque pas de troubler profondément Léonard de Vinci, qui imagine des trajets complexes des rayons lumineux pour supprimer ce phénomène gênant.

Cependant des idées nouvelles apparaissent venant de Galilée (1564-1642) et de ses successeurs qui travaillent sur le principe selon lequel le monde est composé de particules (aspect " objectif ") et que les interactions de ces particules avec nos organes des sens produisent les sensations (aspect " subjectif "). Ces dernières naissent avant tout des dispositions particulières de l'organisme humain. Les couleurs appartiennent à ce second ordre, bien qu'ayant leur origine physique dans le premier. Ce progrès décisif dans la pensée scientifique se retrouve exposé chez Descartes et aussi chez John Locke (1632-1704).

NEWTON, YOUNG, HELMHOLTZ, MAXWELL, HERING

Ces cinq noms prestigieux résument l'entrée de l'Étude des phénomènes visuels et notamment de la perception colorée dans l'ère scientifique moderne.

Nous n'insisterons pas sur le génie universel de Newton (1642-1727) et sa célèbre expérience de la dispersion de la lumière blanche par le prisme qui établit sans conteste la nature complexe de ce qu'on considérait jusque là comme le symbole de la pureté absolue. Par contre, Newton croyait à l'existence dans la rétine d'un grand nombre de " résonateurs " entrant en fonction chacun pour une nuance colorée particulière.

C'est l'immense mérite de Thomas Young (1773-1829) que d'écrire en 1802 :

" Il est à peu près impossible d'attribuer à chaque point de la rétine un nombre infini de particules dont chacune vibrerait à l'unisson avec chaque ondulation possible de la lumière. Il devient donc nécessaire d'en supposer le nombre limité, à trois par exemple... " Sur la valeur de ces trois couleurs, Young a varié : après avoir proposé comme exemple rouge, jaune et bleu (les fondamentales des peintres) il s'est rallié, après réflexion et quelques expériences supplémentaires, au trio rouge, vert et violet qui lui apparaåt plus physiologique. Cette remarquable intuition devait être amplement confirmée...près de 150 ans après par les travaux en électrophysiologie et en micro spectrophotométrie des années 1960 à 1980. Ajoutons, sans que cela diminue ses mérites, que Young avait concrétisé et admirablement exprimé un certain nombre d'idées exposées de façon plus confuse par ses contemporains, notamment G. Von Gentilly et Venturi.

Hermann Von Helmholtz (1821-1894) devait largement confirmer le bien fondé de cette théorie du trichromatisme dans son monumental ouvrage sur " l'Optique Physiologique " (1852). Enfin, James Clerk Maxwell (1831-1879) à partir d'expériences de mélanges de couleurs et d'égalisations, jetait les bases de la colorimétrie dont il écrivait les premières équations fondamentales.

Cependant, un physiologiste autrichien, Ewald Hering (1834-1918) faisait remarquer que dans l'étude des phénomènes subjectifs de la vision des couleurs, apparaissaient toujours deux couples bien individualisés, rouge-vert et bleu-jaune, combinés au couple blanc-noir rendant compte de l'appréciation de la luminance. Cette théorie extrêmement pertinente ne cadrait pas avec le trichromatisme où le jaune est un mélange de rouge et de vert alors que spontanément, il nous apparaît comme une couleur pure et non comme un rouge-verdâtre... On retrouve d'ailleurs, dans les six couleurs constituant les 3 couples antagonistes de Hering, les " couleurs simples " proposées comme telles par Léonard de Vinci dans son traité de la peinture !

La conciliation de ces théories devait avoir lieu bien plus tardivement, à la fin du XXème siècle, lorsque les études électrophysiologiques ont mis en évidence les trois types de cônes correspondant à la théorie trichromatique, ainsi que les réponses antagonistes des ganglionnaires, répondant aux couples opposés de Hering.

Enfin, bien qu'un peu à part des recherches proprement dites sur la vision des couleurs, il ne faut pas oublier John Dalton, célèbre chimiste (1766-1844) peut-être plus connu par l'auto étude de sa dyschromatopsie qui devint le

"daltonisme " et dont un remarquable travail sur ses rétines, conservées après sa mort, a déterminé la nature exacte seulement dans les dernières années du XXème siècle !

ET MAINTENANT ?

On ne peut qu'être admiratif devant l'aspect étonnamment prophétique des réflexions de ces grands chercheurs qui, à partir de faits épars et d'expériences astucieuses malgré un matériel rudimentaire, ont eu de justes intuitions concernant un fonctionnement complexe que notre technologie moderne n'a toujours pas totalement élucidé.

En effet, si de très grands progrès dans nos connaissances sur la vision des couleurs ont été réalisés dans les cinquante dernières années, de multiples questions restent posées qui n'ont toujours pas ou presque pas de réponses. Citons par exemple :

- Comment, alors que de nombreux primates sont toujours dichromates, le trichromatisme est-il apparu et s'est-il maintenu dans l'espèce humaine ?

- Pourquoi la proportion de dichromates passe-t-elle de 8% environ dans la population mâle d'Europe à 4% en Afrique et moins de 2% en Océanie ?

      - Comment un phénomène strictement local (interactions de photons avec des pigments photosensibles à l'intérieur de la rétine) peut-il créer dans notre cerveau une représentation précise de notre environnement sur des distances avoisinant l'infini ?

On voit que de nombreuses disciplines (physique, mathématiques, psychologie, génétique, biologie, etc.) doivent encore interférer et s'unir étroitement pour aller plus loin dans la meilleure compréhension d'un des sens les plus merveilleux qui soit : la vision de l'homme.