Ouverture (photographie)

En photographie, l'ouverture d'un objectif détermine la quantité de lumière qui va atteindre le capteur ou la pellicule photographique.

Éléments qui influencent la quantité de lumière transmise

Quatre éléments peuvent influencer la quantité de lumière envoyée sur le capteur ou la pellicule.

• la focale de l'objectif,
• la taille des lentilles de l'objectif,
• la transparence du verre de ces lentilles,
• les réflexions sur ces lentilles.

Les 2 derniers éléments ont très peu d'effet. Le verre des lentilles est bien transparent et les lentilles reçoivent un traitement anti-reflet.

Par contre, la focale de l'objectif et la taille de ses lentilles peut changer beaucoup la quantité de lumière qui arrivera sur la surface sensible de l'appareil photo.

La luminosité est proportionnelle à $\frac{S}{f}$ où :

• $S$ est la surface des lentilles,
• $f$ est la focale de l'objectif.

Mais si $d$ est le diamètre des lentilles, leur surface est égale à $\frac{\pi }{4}{d}^2$. On peut donc aussi dire que la luminosité de l'objectif est proportionnelle à $\frac{d^2}{f}$

• Plus le diamètre des lentilles est grand, plus l'objectif est lumineux. Mais en multipliant le diamètre par 2, la luminosité est multipliée par 2² = 4.
• Plus la focale de l'objectif est grande, moins l'objectif est lumineux. En multipliant la focale par 2, la luminosité est divisée par 2.

Différentes ouvertures du diaphragme sélectionnées sur un objectif photographique

Et le diaphragme de l'objectif ?

Un peu comme la pupille de l'œil permet de doser la quantité de lumière qui arrivera sur la rétine, le diaphragme d'un objectif permet de doser la quantité de lumière qui arrivera sur la surface sensible.

Lorsque le diaphragme est ouvert au maximum (on dit que la photo est faite à pleine ouverture), toute la lumière qui peut passer par les lentilles arrive sur la surface sensible. Si le diaphragme est plus ou moins fermé, seule une partie de cette lumière passera par le centre des lentilles de l'objectif.

Les ouverture normalisées

L'ouverture se note à l'aide de valeurs écrites f/valeur. Par rapport aux formules écrites un peu plus haut, l'ouverture est donc la focale divisée par le diamètre des lentilles (pleine ouverture) ou du diaphragme si celui-ci est plus ou moins fermé. $\frac{f}{d}$

Il existe des valeurs normalisées

f/1 – f/1,4 – f/2 – f/2,8 – f/4 – f/5,6 – f/8 – f/11 – f/16 – f/22 – f/32 – f/45 – f/64 – f/90

Entre chaque valeur normalisée, le diamètre des lentilles ou du diaphragme est divisé par $\sqrt{2}$ ce qui fait que la quantité de lumière qui atteindra la surface sensible est divisée par 2.

En réalité, $\sqrt{2}=$ 1.414213562... mais pour écrire une valeur normalisée, on se limite à 2 chiffres.

Autres ouvertures

La série des ouvertures normalisée ne permet de doser la quantité de lumière qui traverse l'objectif que du simple au double. Aussi, il existe des valeurs d'ouverture intermédiaires qui permettent entre chaque valeur une progression de $\sqrt[3]{2}=$ 1,25992105... proche de 1,26.

Avec ce coefficient, pour passer du simple au double, on a 2 valeurs intermédiaires :

1 - 1,26 - 1,587 - 2

Pourquoi passer du simple au double avec 2 valeurs intermédiaires plutôt qu'une seule ou au contraire 3 valeurs intermédiaires ? Peut-être parce que $\sqrt[3]{2}\simeq \sqrt[10]{10}$ qui vaut 1,258925412... et que ça permet d'avoir 10 valeurs intermédiaires pour une variation d'un facteur 10. C'est ce type de progression qui a été choisi pour les valeurs de sensibilité des pellicules pour la photographie argentique.

Mais pour une variation de luminosité d'un facteur de 1,26 le diamètre des lentilles ou du diaphragme doit varier seulement d'un facteur $\sqrt{1,26}\simeq 1,122$

En continuant à n'utiliser que 2 chiffres pour les valeurs des diaphragmes, on obtient la liste d'ouvertures suivantes :

f/0,9 - f/1 - f/1,1 - f/1,2 - f/1,4 - f/1,6 - f/1,8 - f/2 - f/2,2 - f/2,5 - f/2,8 - f/3,2 - f/3,5  - f/4 - f/4,5 - f/5 - f/5,6 - f/6,3 - f/7,1  - f/8 - f/9 - f/10 - f/11 - f/12 - f/14 - f/16 - f/18 - f/20 - f/22 - f/24 - f/28 - f/32 - f/36 - f/40 - f/45 - f/50 - f/57 - f/64 - f/72 - f/80 - f/90.

Ainsi, par exemple, un objectif dont la focale est de 50 mm et le diamètre du diaphragme de 28 mm a une ouverture d'environ f/1,8 :

$N=\frac{50}{28}\simeq 1,8$

Ouverture maximale et minimale d'un objectif

Aucun objectif n'a un diaphragme avec des ouvertures allant de f/0,9 à f/90.

Ouverture maximale

La plus grande ouverture d'un objectif (c'est à dire celle pour laquelle le nombre qui suit le f/ est le plus petit) est celle pour laquelle le diaphragme est ouvert au maximum. Elle dépend donc seulement du diamètre des lentilles de l'objectif.

Objectif standard

L'objectif de l'exemple, un 50 mm ouvert à f/1,8 est un objectif standard que l'on peut trouver à une cinquantaine d'euros ou de dollars. Si on veut un 50 mm plus lumineux, il faut mettre des lentilles d'un plus gros diamètre. Mais à ce moment là, il devient plus difficile d'avoir une bonne netteté à la fois au centre et sur les bords de l'image. On y arrive avec des formules optiques plus compliquées, ce qui fait qu'un 50 mm ouvert à f/1,4 (luminosité multipliée par 1,6 par rapport au précédent) coûte plusieurs centaines d'euros. Quelques fabricants sont allés plus loin en proposant des 50 mm ouverts à f/1,2 ou f/1 mais ça nécessite de corriger encore mieux les défauts optique qui apparaissent à grande ouverture et ces objectifs coûtent quelques milliers d'euros. Le record d'ouverture est de f/0,95 pour des objectifs à plus de 8 000 € en 2024.

Téléobjectif

Dans le cas des téléobjectifs, plus la focale augmente, plus il faut des lentilles de gros diamètre à l'avant  de l'objectif pour garder la même luminosité. Lorsque la focale atteint quelques centaines de millimètres, les fabricants proposent des modèles avec des lentilles de 7 à 9 cm de diamètre. Par exemple de 400 mm ouvert à f/5,6 nécessite une lentille frontale de 7,14 cm de diamètre. Cet objectif est $(\frac{5,6}{1,8}{)}^2$ = entre 9 et 10 fois moins lumineux que le 50 mm bon marché dont il est question plus haut mais il grossit 8 fois plus et sa luminosité reste suffisante pour faire des photos en extérieur dans la journée, par exemple des photos de sport ou d'oiseaux.

Il existe quelques modèles de téléobjectifs avec des lentilles de plus de 10 cm de diamètre. Ils sont plus lumineux mais aussi plus lourds, plus encombrants et nettement plus chers que des téléobjectifs moins lumineux de même focale.

Objectif grand angle

Pour les objectifs grand angle (donc de courte focale), l'encombrement des lentilles n'est pas un problème. Mais la difficulté de faire des objectifs lumineux qui donnent des images de bonne qualité à la fois au centre et sur les bords de l'image est accentuée par l'angle de prise de vue.

L'ouverture standard des objectifs grand angle vendus pour quelques centaines d'euros est de f/2,8. Mais depuis 2020 environ on trouve de plus en plus d'objectifs grand angle plus lumineux : f/1,9 dont le prix est nettement plus élevé (au moins 4 fois pour une luminosité d'à peine plus du double).

Zoom

Dans le cas des zooms, sur certains modèles, l'ouverture à la plus courte focale varie entre f/3,5 et f/4,5 et cette ouverture diminue lorsque la focale augmente. D'autre zooms ont une ouverture maximum constante de f/2,8. Ils coûtent plus cher et l'amplitude de variation de leur focale dépasse rarement 3.

Ouverture minimale

Lorsqu'on ferme beaucoup le diaphragme, un autre problème, la diffraction réduit la qualité des images. Selon l'objectif, la qualité maximale des images est atteinte vers f/5,6 ou f/8 et elle baisse toujours au delà de f/11. Pour cette raison, la plupart des objectifs destinés au format d'image 16 x 24 mm ont leur ouverture minimale à f/22. Sur certains objectifs pour le format d'image 24 x 36 mm, l'ouverture minimale est f/32. Seuls les objectifs macro qui doivent permettre une grande profondeur de champ montent plus haut, par exemple f/45.

Dans le cas des zooms dont la luminosité varie en fonction de la focale, l'ouverture minimale est souvent de f/22 à la focale la plus courte et monte entre f/32 et f/40 à la focale la plus longue.

Si la valeur de diaphragme f/90 existe depuis le siècle dernier, c'est parce qu'il y a plus de 50 ans, on utilisait des formats d'images plus grands (6 x 9 cm ou au delà). Avec ces formats d'image qui nécessitent des focales plus longues et de diamètres de lentilles plus grands pour la même luminosité, une ouverture de f/90 n'entraînait pas un diamètre du diaphragme trop petit et l'image restait encore bonne.

À l'opposé, certains appareils photos numériques qui enregistrent des images sur un capteur de quelques millimètres de coté ont leur diaphragme qui ne ferme que jusqu'à f/8.

Profondeur de champ

L'ouverture a un impact important sur la profondeur de champ. En effet, plus le diaphragme est fermé, plus la lumière qui arrive encore à passer atteint sur une zone limitée des lentilles de l'objectif. Cela réduit le flou lorsqu'on s'écarte de la distance sur laquelle l'objectif est réglé.

Photo d'une fleur avec diaphragme ouvert à f/3,5.

Photo de la même fleur avec diaphragme ouvert à f/45.

Sur ces 2 photos, le réglage de la netteté a été fait pour la distance entre l'appareil photo et la fleur.

Sur la photo de gauche, le diaphragme de l'objectif est ouvert à f/3,5 et ce qu'il y a plus loin que la fleur : les cailloux et la grille apparaissent très flous au point qu'on ne peut pas distinguer ce que c'est.

Sur la photo de droite, le diaphragme de l'objectif est fermé à f/45 et on voit les cailloux et la grille qui sont presque nets.

Voir aussi

• Profondeur de champ