Comment fonctionne un appareil photo : de l'objectif au capteur

Avant de régler quoi que ce soit, il est utile de comprendre ce qui se passe à l'intérieur de l'appareil quand vous appuyez sur le déclencheur. Bonne nouvelle : le principe est très simple, et il n'a presque pas changé depuis l'origine de la photographie. Un appareil, quel qu'il soit (reflex, hybride, compact, smartphone), est une boîte fermée dans laquelle on laisse entrer de la lumière, pendant un temps précis, pour l'enregistrer sur une surface sensible. Tout le reste n'est que raffinement.

Cette première leçon ouvre le parcours « Les bases de la photographie ». Elle donne le vocabulaire et le plan général. Les leçons suivantes détaillent chaque réglage, un par un, avec des exercices à faire sur le terrain.

Le principe : une boîte noire et un petit trou

Dans une pièce parfaitement obscure, percez un tout petit trou dans un volet : l'image inversée du paysage extérieur apparaît sur le mur d'en face. C'est le principe de la chambre noire, connu depuis l'Antiquité et utilisé par les peintres bien avant l'invention de la photographie. Il manquait une seule chose pour en faire un appareil photo : une surface capable de garder l'image. Nous racontons cette histoire dans l'article sur la chambre noire et le daguerréotype.

Un appareil moderne reprend exactement ce schéma. Le trou est remplacé par un objectif, qui concentre mieux la lumière. Le mur du fond devient un capteur électronique, qui remplace la plaque ou la pellicule. Et deux dispositifs permettent de doser la lumière : le diaphragme et l'obturateur.

Les quatre pièces essentielles

1. L'objectif : il forme l'image

L'objectif est un assemblage de lentilles (de quelques-unes à plus de vingt dans un zoom). Il collecte la lumière venue de la scène et la concentre pour former une image nette sur le capteur. Deux caractéristiques le définissent :

• sa focale, exprimée en millimètres, qui détermine la largeur de ce que l'on voit (grand-angle, standard, téléobjectif) ;
• son ouverture maximale, notée par exemple f/1.8 ou f/4, qui indique la quantité de lumière qu'il peut laisser passer.

La focale fait l'objet d'une leçon à part, et l'article sur le choix entre focale fixe et zoom vous aide à choisir.

2. Le diaphragme : il règle le débit de lumière

Le diaphragme est un iris composé de lamelles, placé dans l'objectif. Comme la pupille de l'œil, il s'ouvre en grand quand il y a peu de lumière et se referme quand il y en a beaucoup. Son ouverture se mesure en nombre f (f/2, f/4, f/8…). Il a aussi une seconde fonction, très importante en photographie : il influence la profondeur de champ, c'est-à-dire l'épaisseur de la zone qui paraît nette. La leçon 2 lui est consacrée.

3. L'obturateur : il choisit la durée

L'obturateur est une sorte de rideau qui reste fermé jusqu'à ce que vous déclenchiez. Il s'ouvre alors pendant une durée précise, la vitesse d'obturation, avant de se refermer. Cette durée peut être très courte (1/4000 de seconde, pour figer un oiseau en vol) ou très longue (plusieurs secondes, pour photographier les étoiles). Dans la plupart des appareils actuels, l'obturateur est mécanique (deux rideaux qui coulissent) ou électronique (le capteur commence et arrête lui-même de collecter la lumière, sans pièce mobile), ou les deux. Si vous voulez voir à quoi ressemble un temps de pose long ou court, l'article sur la vitesse d'obturation donne des exemples.

4. Le capteur : il enregistre l'image

Le capteur est une puce électronique couverte de millions de minuscules cellules sensibles à la lumière, les photosites. Chacune fonctionne comme un petit seau qui se remplit de lumière pendant l'exposition : plus elle en reçoit, plus le signal est fort. À la fin, l'appareil lit le contenu de tous les seaux et reconstitue l'image.

Un détail important : un photosite ne voit que l'intensité de la lumière, pas sa couleur. Pour obtenir de la couleur, chaque photosite est recouvert d'un minuscule filtre rouge, vert ou bleu (on parle de matrice de Bayer, du nom de son inventeur). L'appareil recalcule ensuite la couleur de chaque pixel en tenant compte de ses voisins. Quand on photographie en format RAW, ce sont ces données brutes que l'on conserve.

La taille du capteur (plein format, APS-C, micro 4/3) a des conséquences sur la qualité d'image, la profondeur de champ et l'encombrement. Elle est détaillée dans l'article sur les formats de capteur.

Le miroir, ou pas de miroir : reflex et hybride

Entre l'objectif et le capteur, certains appareils ajoutent un élément : le miroir.

• Le reflex contient un miroir incliné qui renvoie l'image vers un viseur optique, à travers un prisme. Vous voyez directement, avec vos yeux, ce que voit l'objectif. Au moment du déclenchement, le miroir se relève très vite pour laisser la lumière atteindre le capteur : c'est le claquement caractéristique.
• L'hybride (ou « sans miroir ») n'a pas de miroir. Le capteur reçoit la lumière en permanence et l'image s'affiche sur un petit écran dans le viseur (viseur électronique) ou sur l'écran arrière. Cela rend le boîtier plus compact, permet de voir l'exposition avant de déclencher et ouvre la porte à un autofocus très performant.

Les ventes d'appareils neufs se sont largement tournées vers l'hybride ces dernières années, mais les reflex d'occasion restent d'excellents appareils pour apprendre. Les principes que vous allez voir dans ce parcours s'appliquent à tous.

Et le smartphone ?

Un smartphone suit le même schéma : une minuscule lentille, un capteur de petite taille, un obturateur électronique. La grande différence est que le diaphragme est généralement fixe, et que le téléphone décide tout seul d'un grand nombre de réglages, avec beaucoup de calcul pour compenser la petitesse du capteur. C'est très pratique, mais cela cache la mécanique. Apprendre sur un appareil qui permet de régler soi-même l'ouverture, la vitesse et la sensibilité (un hybride d'entrée de gamme, ou même le mode « Pro » de certains téléphones) est la meilleure façon de comprendre ce qui se passe réellement. L'article sur le choix d'un premier appareil donne des repères.

Trois réglages gouvernent la lumière

La quantité de lumière qui finit sur le capteur dépend de trois choses :

1. L'ouverture : à quel point le diaphragme est ouvert (leçon 2).
2. La vitesse : combien de temps l'obturateur reste ouvert (article sur la vitesse d'obturation).
3. La sensibilité ISO : à quel point le signal du capteur est amplifié après coup (leçon 3).

Ces trois paramètres sont liés : si vous en changez un, il faut en compenser un autre pour garder la même luminosité. C'est le fameux triangle d'exposition, que vous maîtriserez en suivant ce parcours. Chaque réglage a en plus un effet secondaire créatif : l'ouverture agit sur le flou d'arrière-plan, la vitesse sur le mouvement, les ISO sur le grain. Photographier, c'est arbitrer entre ces effets.

Ce qui se passe quand vous appuyez sur le déclencheur

Voici la séquence, dans un appareil photo hybride par exemple :

1. Vous appuyez à mi-course : l'appareil mesure la lumière et fait la mise au point.
2. Vous appuyez à fond : le diaphragme se règle sur l'ouverture choisie.
3. L'obturateur s'ouvre, le capteur collecte la lumière pendant la durée demandée, puis l'obturateur se referme.
4. Le processeur lit le capteur, applique les réglages (balance des blancs, netteté, couleur) si vous photographiez en JPEG, et enregistre le fichier sur la carte mémoire.

Tout cela se déroule en une fraction de seconde. Retenez surtout l'ordre : la lumière entre par l'objectif, est dosée par le diaphragme, puis par l'obturateur, avant d'être enregistrée par le capteur.

Pour bien débuter : que faut-il savoir de plus ?

• Le viseur et l'écran : ils servent à cadrer, mais aussi à vérifier. L'histogramme, que nous verrons à la leçon 8, vous permettra de contrôler l'exposition avec précision.
• La carte mémoire et la batterie : deux éléments souvent négligés. Voyez l'article sur les cartes mémoire, les batteries et l'entretien.
• Le format de fichier : le RAW conserve toutes les informations du capteur, le JPEG est déjà traité et plus léger. Pour travailler sérieusement vos images, le RAW est préférable. Nous en parlons dans l'article sur le post-traitement, le RAW et l'histogramme.

À retenir

• Un appareil photo est une boîte noire où la lumière entre pendant un temps précis pour être enregistrée par un capteur.
• L'objectif forme l'image, le diaphragme règle le débit de lumière, l'obturateur règle la durée, le capteur enregistre.
• Le reflex a un miroir et un viseur optique. L'hybride n'a pas de miroir et un viseur électronique.
• Ouverture, vitesse et ISO sont les trois réglages qui gouvernent l'exposition, et chacun a un effet créatif.

Exercice : explorer votre appareil

Prenez votre appareil (ou votre téléphone en mode Pro) et faites ces trois essais, sans chercher à faire une belle photo :

1. Dans un endroit lumineux, photographiez un mur ou un meuble, puis passez à une ouverture plus fermée (nombre f plus grand). Regardez ce qui change dans l'exposition.
2. Gardez l'ouverture, et réglez une vitesse très lente (1/15 s ou moins) en tenant l'appareil à la main. Observez le flou.
3. Montez la sensibilité à la valeur maximale de votre appareil, dans une pièce peu éclairée, et zoomez sur la photo pour voir le grain.

Ces trois essais vous donneront une première sensation concrète de ce que chaque réglage fait. Ce sera très utile pour la suite.

Testez-vous

Essayez de répondre de tête, puis cliquez pour vérifier.

La suite du parcours

La prochaine leçon porte sur l'ouverture : Comprendre l'ouverture et les nombres f. Si vous voulez voir l'ensemble du parcours, c'est ici.