Lorsque les photographes parlent de la diffraction des lentilles, ils font référence au fait qu’une photographie devient progressivement moins nette à de petites valeurs d’ouverture – f/16, f/22, et ainsi de suite. Lorsque vous réduisez la focale de votre objectif à ces petites ouvertures, les détails les plus fins de vos photos commencent à se brouiller. À juste titre, cet effet peut inquiéter les photographes débutants. Cependant, si vous comprenez l’impact de la diffraction sur vos photos, vous pourrez prendre des décisions éclairées et prendre les photos les plus nettes possibles sur le terrain. Dans cet article, nous allons explorer le sujet de la diffraction des lentilles en détail et parler des différentes techniques que vous pouvez utiliser pour l’éviter.
Les effets de la diffraction – à savoir que votre netteté diminue à des ouvertures de plus en plus petites – sont illustrés dans la comparaison ci-dessous. Gardez à l’esprit qu’il s’agit de récoltes assez extrêmes :
La raison pour laquelle cela se produit repose sur les principes de la physique ; en bref, à mesure que l’ouverture devient de plus en plus petite, les ondes lumineuses s’étalent et interfèrent de plus en plus les unes avec les autres. Cela entraîne le flou des petits détails de vos photographies.
Cependant, cette explication est excessivement simple, et elle peut encore être déroutante pour les photographes débutants. Qu’est-ce qui, physiquement, provoque la diffraction ? À partir de quel moment la diffraction commence-t-elle à brouiller vos photographies ? Y a-t-il quelque chose que vous puissiez faire pour éviter la diffraction ? Les objectifs coûteux permettent-ils de mieux contrôler la diffraction ? Les réponses à toutes ces questions seront expliquées en profondeur ci-dessous.
Table des matières
Qu’est-ce que la diffraction?
En expliquant la diffraction, il peut être difficile de chevaucher la ligne entre éviter et embrasser les références à la physique optique. La plupart des photographes sont intéressés par des connaissances au jour le jour plutôt que par des informations de fond complètes, mais il est impossible de parler de la diffraction sans décrire son fonctionnement à un niveau fondamental. Cela dit, cette section est censée être compréhensible même si vous n’êtes pas physicien ; nous vous recommandons de la lire, car elle fournira une base plus solide pour votre compréhension de la diffraction.
À la base, la diffraction est le concept selon lequel les ondes – y compris les ondes lumineuses – peuvent interférer les unes avec les autres. En fait, chaque fois que les ondes passent à travers une fente, elles vont interférer. Pour faciliter la visualisation de ce phénomène, imaginez des vagues d’eau. Si vous laissez tomber une pierre dans un lac parfaitement calme, vous provoquerez la formation d’une ondulation de petites vagues. Ces vagues s’étalent en cercles concentriques, comme dans l’image ci-dessous :
Que se passe-t-il si vous créez une barrière pour bloquer la trajectoire de ces ondes ? Tout simplement, vous arrêteriez leur mouvement. C’est ennuyeux :
Pour rendre la chose intéressante, on découpe alors un trou dans la barrière pour que l’eau puisse passer. Maintenant, quelles sortes de motifs les vagues créeraient-elles ?
Les vagues ressemblent à ce que l’on pourrait attendre, bien qu’il y ait quelques motifs supplémentaires qui se forment en dehors de la vague primaire :
Ces motifs supplémentaires sont des artefacts de la courbure de l’onde autour des coins. Ils apparaissent parce que les deux coins agissent, essentiellement, comme des sources individuelles d’ondes – des ondes qui peuvent entrer en collision les unes avec les autres. Dans certaines zones de collision, les ondes s’annulent mutuellement (interférence destructive) ; c’est pourquoi certaines zones du diagramme semblent complètement immobiles. À d’autres endroits, cependant, les ondes s’additionnent (interférence constructive), ce qui entraîne la formation d’un motif supplémentaire sur les côtés.
Pour visualiser cela, disons qu’il y a un capteur le long du bord extrême droit du diagramme. Ce capteur mesure l’intensité des ondes en un point donné, qui augmente avec l’amplitude de l’onde. Voici un graphique de l’intensité :
Il est clair que le motif central est le plus significatif. Les motifs situés sur les côtés sont toujours présents, mais ils n’ont pas la même intensité que celui du centre. Cela signifie que le motif central est le plus significatif en photographie, comme nous le couvrirons dans un instant. Pour l’instant, nous allons voir ce qui se passe avec une ouverture large et une ouverture étroite dans la barrière. Notez que les images ci-dessous ont été simplifiées, et que seul le motif central des vagues est inclus :
La principale différence entre ces deux images est que la plus petite ouverture entraîne un plus grand étalement des vagues, tandis que la grande ouverture provoque un étalement bien moindre.
Regardez une comparaison entre les graphiques des deux vagues :
Bien qu’il puisse initialement sembler inhabituel qu’une petite ouverture entraîne une plus grande propagation des vagues, les illustrations ci-dessus devraient montrer que cela a un sens logique. Essentiellement, les ouvertures plus grandes permettent aux vagues de passer sans trop d’interférences. Comme les vagues ne sont pas particulièrement perturbées, elles suivent un chemin relativement droit vers le bord de la piscine. En revanche, les ouvertures plus petites affectent les vagues de manière plus significative, en les faisant plier à des angles plus prononcés. (Il s’agit d’une légère simplification ; pour des informations plus techniques, je vous recommande de lire la page Wikipedia sur le principe de Huygens.)
Enfin, notez qu’une » petite » ouverture est relative. En effet, l’ouverture ne provoque une diffraction que si sa taille est similaire à la longueur d’onde qui la traverse. C’est pourquoi la lumière, qui a une longueur d’onde minuscule, ne se diffractera pas de manière significative si elle passe par une ouverture de dix pieds de large – même si l’océan le fait.
Félicitations ! Vous comprenez maintenant la physique de la diffraction. À la base, une petite ouverture fait en sorte que les ondes se courbent et interfèrent les unes avec les autres ; ce qui, à son tour, étale leur signal.
Diffraction en photographie
Il est clair que la diffraction est un concept important en physique. En fait, une expérience similaire (avec deux fentes plutôt qu’une) a joué un rôle majeur en prouvant que la lumière peut se comporter comme une onde – l’une des découvertes les plus importantes de l’histoire scientifique. Mais quel impact cela a-t-il sur votre photographie de tous les jours ?
Tout se résume à l’ouverture d’un objectif. Sur la photo ci-dessus, les lames de l’ouverture d’un objectif agissent comme une seule fente qui laisse passer les ondes lumineuses. Un motif de l’intensité de la lumière est exactement ce que vous vous attendez à voir :
Ceci, cependant, est un graphique à deux dimensions. Dans le monde réel, un point lumineux se projette en trois dimensions. Ainsi, un graphique plus précis apparaît ci-dessous :
Ce motif tridimensionnel se produit chaque fois que la lumière brille à travers l’ouverture de l’objectif de votre appareil photo. Lorsqu’il est projeté sur le capteur de votre appareil photo, il ressemble à ceci :
La figure ci-dessus montre ce que l’on appelle un disque d’Airy. Il s’agit, tout simplement, de l’apparence d’un motif de diffraction lorsqu’il frappe le capteur de votre appareil photo. La région centrale est la plus brillante, et c’est elle qui a le plus d’effet sur vos photographies.
Il n’est pas difficile de comprendre pourquoi ce disque d’Airy peut rendre une photographie floue. Nous savons déjà qu’une petite ouverture – ou, une petite ouverture – provoque l’étalement des ondes. Cela signifie que, pour de petites ouvertures, le disque d’Airy devient beaucoup plus grand. Si vous pouvez imaginer que le disque d’Airy frappe le capteur de votre appareil photo, vous obtenez une image qui ressemble à celle-ci, où la grille représente les pixels de votre capteur :
Maintenant, pensez à une scène comme étant composée d’innombrables petites sources de lumière. Chaque point de lumière traverse l’ouverture de votre objectif ; en conséquence, chaque partie de votre photographie se projette sur votre capteur sous la forme d’un disque d’Airy. Ces disques, comme indiqué ci-dessus, deviennent plus flous avec de petites valeurs d’ouverture. C’est la raison pour laquelle vous voyez la diffraction !
High- Versus Low-Megapixel Cameras
La comparaison ci-dessus, montrant un disque d’Airy frappant les pixels de votre capteur, pourrait susciter une question : si les pixels étaient plus grands, le disque d’Airy ne serait-il pas moins susceptible de déborder ?
En fait, c’est tout à fait vrai ! Les grands pixels – ceux qui sont plus grands que le disque d’Airy – ne présentent pas de diffraction aux mêmes ouvertures qu’un appareil photo à petits pixels. Je peux peut-être descendre jusqu’à f/11 sur le Nikon D700 de 12 mégapixels avant de remarquer une quelconque diffraction, alors que le D800/D810 de 36 mégapixels montrerait une diffraction visible à toute ouverture inférieure à f/5.6. Ces chiffres ne sont toutefois pas gravés dans le marbre ; je vous recommande de tester votre propre appareil photo pour savoir quand la diffraction commence à devenir perceptible (et, surtout, quand elle commence à devenir répréhensible).
Cependant, ce n’est pas un problème avec les capteurs haute résolution. En fait, si tous vos paramètres sont les mêmes, un capteur haute résolution capturera toujours plus de détails qu’un capteur basse résolution de même taille. Un plus grand nombre de pixels n’entraînera jamais une diminution des détails, même aux plus petites ouvertures. Cela signifie que, si vous imprimez vos photos à la même taille, une photo Nikon D800/D810 aura toujours plus de détails qu’une photo Nikon D700, toutes choses égales par ailleurs.
Cela dit, si vous achetez le Nikon D800/D810, il y a de bonnes chances que vous vouliez imprimer en grand ou en pixel. Si c’est le cas pour vous, la diffraction est absolument un problème plus important qu’il ne l’aurait été avec un capteur à faible résolution ! Pour obtenir la meilleure netteté possible d’un D800/D810, vous devez faire attention si votre ouverture est inférieure à environ f/8. Encore une fois, je recommande de tester vous-même les limites exactes de votre appareil photo.
Petits contre grands capteurs
On dit souvent que les appareils à capteur crop (c’est-à-dire, DX Nikon) présentent plus facilement de la diffraction que les appareils photo plein format (FX Nikon). Est-ce un mythe ou est-ce vrai ?
Commençons par ce que nous savons. À une ouverture donnée sur un objectif, le disque d’Airy aura toujours la même taille physique. Peu importe le capteur que vous utilisez, c’est une propriété de la physique qui ne dépend que de l’ouverture elle-même. Par exemple, que je mette un objectif 50 mm f/1.8 sur le D750 plein format ou le D3300 à capteur réduit, la taille de sa projection du disque d’Airy sera identique (en supposant la même ouverture).
Alors, où est la confusion ? Le problème vient du fait que le même disque d’Airy occupe un plus grand pourcentage d’un appareil photo à capteur de récolte qu’un appareil photo plein format. Regardez l’exemple ci-dessous :
En fait, à taille d’impression égale, un appareil photo DX montrera plus de diffraction qu’un appareil photo FX. Cela est dû au fait que le capteur DX est essentiellement un recadrage du capteur FX ; en d’autres termes, il agrandit tout ce qui se trouve dans votre photographie – y compris la diffraction – tout comme le recadrage en post-production.
La quantité de diffraction supplémentaire est la même que votre facteur de recadrage. Ainsi, pour un appareil photo à capteur de recadrage 1,5x, multipliez votre ouverture par 1,5 afin de voir la diffraction équivalente sur un appareil photo plein format. Par exemple, le disque d’Airy à f/11 sur un appareil photo DX occupe à peu près le même pourcentage de votre capteur que le disque d’Airy à f/16 sur un appareil photo plein format.
Bien sûr, si vous utilisez un appareil photo DX, il se peut que vous n’imprimiez pas tout à fait aussi grand que vous le feriez avec un appareil FX. Pour de nombreux photographes, il n’y a donc aucune différence pratique ; les tirages plus petits d’un appareil DX annulent la diffraction supplémentaire. Si vous imprimez en grand format avec un appareil DX, sachez que la diffraction sera plus importante à une ouverture donnée.
Diffraction et profondeur de champ
La diffraction diminue la netteté d’une photographie aux petites ouvertures. Pourtant, dans le même temps, les petites ouvertures augmentent la quantité de profondeur de champ dans une photographie. Il ne s’agit pas d’une contradiction, même si cela peut prêter à confusion au début. Regardez, par exemple, la comparaison ci-dessous :
Comme vous pouvez le constater, la photo à f/22 a beaucoup plus de la scène dans sa profondeur de champ. Si je veux que l’ensemble de ce sujet soit net, elle est bien meilleure que la photo à f/5,6. Cependant, regardons le point de mise au point de plus près :
Comme vous pouvez le voir, la photo à f/5,6 est nettement plus nette. (Cliquez sur l’image pour la voir plus clairement.)
Cela ne signifie évidemment pas que vous devez prendre toutes les photos à f/5,6. Si vous avez besoin d’une grande profondeur de champ, n’hésitez pas à utiliser des ouvertures plus petites ; parfois, cela vaut la peine de subir une légère réduction de la netteté due à la diffraction.
Choisir l’ouverture la plus nette
Il y a toujours de la diffraction à chaque ouverture de votre objectif. Cela doit être vrai ; la lumière doit toujours se courber à travers une ouverture, même si elle est très grande. Cependant, à de grandes ouvertures comme f/2,8 ou f/4, le disque d’Airy est beaucoup plus petit que les pixels de votre photographie. Cela signifie que la diffraction est essentiellement impossible à voir à de telles grandes ouvertures.
Cependant, cela ne signifie pas que les grandes ouvertures sont les plus nettes sur un objectif donné. Comme vous le savez probablement, un objectif a tendance à être le plus net lorsque son ouverture est légèrement réduite. Par exemple, mon objectif 20 mm f/1.8 est le plus net au centre à f/4. Vous trouverez ci-dessous un tableau de netteté pour un tel objectif :
Alors, pourquoi le pic se situe-t-il à une ouverture de f/4 plutôt qu’à f/1.8 ? Cela dépasse légèrement le cadre de cet article, mais l’essentiel est que – à des ouvertures plus grandes – davantage de lumière traverse les bords d’un objectif. Comme le centre d’un objectif est la région la mieux corrigée, cela diminue la netteté de la photographie (et augmente son aberration sphérique). Une ouverture plus petite bloque en fait la lumière qui a traversé les bords d’un objectif, ce qui améliore la netteté d’une photographie.
Cet effet, équilibré avec la diminution de la netteté due à la diffraction, est la raison pour laquelle f/4 donne la plus grande netteté sur un objectif comme le 20mm f/1.8.
Comment savoir quelle ouverture est la plus nette sur votre objectif ? Il suffit de regarder les résultats testés en ligne. Cependant, ne vous stressez pas trop à l’idée de toujours photographier à l’ouverture » parfaite « . D’une part, même les résultats de ces tests peuvent être ambigus. Dans le tableau ci-dessus, par exemple, les coins de l’objectif sont en fait plus nets à f/8. Donc, en fonction de votre sujet, vous pouvez préférer des coins plus nets plutôt que le centre le plus net possible.
Dans le même temps, même les ouvertures sous-optimales ne sont pas horriblement floues. J’ai réalisé quelques grands tirages à partir de photographies prises à f/16, et leur qualité est plus que suffisante pour mes besoins. Si vous avez besoin d’une ouverture comme celle-ci – généralement pour augmenter votre profondeur de champ – n’ayez pas peur de l’utiliser.
(Si vous avez besoin de la plus grande profondeur de champ possible dans une photographie, comme de nombreux photographes de paysage, je vous recommande de vous renseigner sur la distance hyperfocale. Il existe de nombreuses similitudes entre ces deux propriétés de la photographie.)
Éviter la diffraction
Maintenant que vous comprenez la diffraction, comment vous assurer de l’éviter dans vos photographies ? Malheureusement, la réponse simple est que vous ne pouvez pas. La diffraction est un résultat de la physique. Peu importe la qualité de votre objectif, la diffraction volera la netteté aux petites ouvertures, quoi qu’il arrive.
Même si vous ne pouvez pas contourner les lois de la physique, il existe un moyen d’éviter la diffraction dans vos photographies : utilisez une plus grande ouverture. Si vous avez besoin de la photographie la plus nette dans l’absolu, c’est le seul moyen d’éviter les effets de la diffraction. Vous photographiez une scène qui nécessite une grande profondeur de champ ? Essayez de faire un focus stacking à une ouverture de f/5,6 ou f/8, où la diffraction est minimale.
Dans le même temps, si vous avez effectivement utilisé une petite ouverture (par exemple, f/16 ou f/22), vous pouvez améliorer les détails apparents d’une photographie en la rendant plus nette en post-traitement. Cela n’élimine pas réellement les effets de la diffraction, mais c’est un moyen simple d’améliorer les photos prises à petite ouverture.
En théorie, il est possible de corriger la diffraction par un processus d’accentuation appelé accentuation par déconvolution. Ce type d’affûtage est plus efficace lorsqu’on dispose d’un modèle parfait de l’objectif en question, y compris ses caractéristiques optiques exactes. Pour cette raison, l’accentuation par déconvolution générique ne réduit pas les effets de la diffraction à un degré significatif ; la NASA, cependant, est connue pour utiliser cette méthode afin d’améliorer la netteté des photographies du télescope Hubble. (Certains fabricants d’appareils photo, dont Pentax, peuvent proposer une option de menu de réduction de la diffraction ; toutefois, il ne s’agit de rien d’autre qu’un masque de flou standard intégré à votre fichier RAW). Si vous voulez tester l’accentuation de la déconvolution, augmentez le curseur « Détail » autant que possible dans Lightroom ou Camera Raw. Bien sûr, il ne sera pas spécifique à votre objectif, ce qui serait nécessaire pour une véritable réduction de la diffraction.
Cependant, bien que vous puissiez affiner vos photographies en post-traitement, la meilleure façon de diminuer la diffraction est tout simplement d’utiliser une plus grande ouverture.
Extra Information
L’ouverture est un sujet technique ; il en va de même pour l’interaction entre la lumière et le capteur de votre appareil photo. Certaines des informations ci-dessus sont présentées dans le meilleur des cas, et la réalité peut être légèrement plus complexe. La plupart des informations suivantes n’affecteront pas l’apparence réelle de vos photographies, mais il est utile de couvrir certains de ces cas particuliers.
Par exemple, la lumière avec de grandes longueurs d’onde se diffracte plus facilement que la lumière avec des longueurs d’onde plus courtes ; cela signifie que la lumière rouge (avec une longueur d’onde d’environ 650 nm) conduit à un disque d’Airy plus grand que la lumière bleue (environ 475 nm) à la même ouverture. Ainsi, en théorie, vous verrez un peu moins de flou dû à la diffraction si vous travaillez sous une lumière extrêmement bleue ; en pratique, cet effet est suffisamment faible pour avoir peu d’impact sur vos photographies.
De plus, dans la plupart des appareils photo, les pixels qui se combinent pour réaliser une photographie ne détectent pas tous les mêmes longueurs d’onde de lumière. Pour les capteurs dotés d’une matrice de pixels de Bayer (notamment les appareils photo reflex numériques/sans miroir de Nikon, Canon et Sony), le nombre de pixels détectant le vert est deux fois supérieur au nombre de pixels rouges et bleus. Cela signifie que le diagramme de pixels présenté précédemment est une légère simplification ; cependant, cela ne change rien au fait que le flou dû à la diffraction augmente en fonction de la taille du disque d’Airy.
Enfin, la représentation du disque d’Airy dans cet article est un peu plus simple qu’elle n’apparaîtrait dans le monde réel. Ci-dessus, je l’ai montré comme une série d’anneaux concentriques ; en réalité, cependant, cela ne se produirait que si l’ouverture était parfaitement circulaire. La plupart des objectifs ont sept, huit ou neuf lames d’ouverture, qui (même lorsqu’elles sont courbées) ne sont pas tout à fait des cercles. Ainsi, le « disque d’Airy » devient un « octogone d’Airy ». Cependant, il n’y a aucune différence pratique dans l’apparence de la diffraction sur vos photos ; vos photos seront tout aussi floues lorsque vous baissez le diaphragme de l’objectif.
Si vous avez des questions sur les points les plus fins de la diffraction, n’hésitez pas à poser une question dans la section des commentaires ; un seul article est trop court pour expliquer tout ce qu’il y a à savoir sur un sujet aussi complexe.
Conclusion
Avec toutes ces mises en garde techniques, la diffraction peut sembler être un sujet hors du commun, inhabituel à aborder. Cependant, ses effets sont clairs et significatifs dans vos photographies, et ils valent la peine d’être pris en compte lorsque vous prenez des photos. En particulier pour les photographes de paysages et d’architecture – ou toute personne qui souhaite prendre des photos nettes avec une grande profondeur de champ – il est important de comprendre les compromis qui découlent de la prise de vue à une petite ouverture.
La diffraction est présente dans toutes vos photographies, et – si vous n’y prenez pas garde – elle peut voler une partie de la netteté de vos images préférées. Cependant, une fois que vous aurez vu ses effets dans la pratique, la diffraction deviendra une seconde nature.
La diffraction.