L'ouverture utile
Dans mon article sur la montée en ISO qui réduit le bruit, nous avons redécouvert la sensibilité ISO et aujourd’hui on va faire la même chose avec l’ouverture ! C’est reparti pour un article étrange et technique qui devrait vous aider à faire de meilleures photos et à mieux choisir votre matériel. Préparez votre cerveau, votre café et vos Dolipranes :D
L’ouverture relative
Hop hop hop ! Avant d’aller plus loin, il faut déjà maitriser toutes les bases de la photographie, comprendre le rapport signal/bruit (RSB), l’exposition à droite et pourquoi la montée en ISO réduit le bruit. Je vous invite donc à lire mes articles précédents avant de vous attaquer à celui-ci.
1) Qu’est-ce que l’ouverture relative ?
Eh bien, vous la connaissez déjà, c’est l’ouverture que l’on exprime en f/nombre, comme f/1.4 par exemple. C’est un bon moyen de connaitre l’exposition, soit la densité de lumière qui percute le capteur au mm².
2) Les t/stop
Bon, si on veut être précis, il faudrait plutôt parler de la transmission lumineuse en t/nombre, comme t/1.7 par exemple. En effet, même si un objectif a une ouverture relative de f/1.4, sa transmission lumineuse est toujours un peu plus faible (t/1.7 par exemple) ; cet écart dépend de la formule optique et de la conception de l’objectif.
Comme ces différences sont faibles et pour ne pas compliquer les choses, dans la suite de ce billet on va ignorer les écarts qui existent entre f/nombre et t/nombre.
3) Elle est relative
Cette ouverture est dite relative, car elle dépend de la longueur focale de l’objectif et c’est à ça que correspond le f. Par exemple, un 50 mm f/1.4 est un objectif dont la longueur focale est de 50 mm et dont l’ouverture est de 50/1.4, soit 35.71 mm. Vous devez maintenant comprendre pourquoi il y a une telle différence de taille entre un 35 mm f/1.8 et un 200 mm f/1.8 ; les deux objectifs ont la même ouverture relative, mais physiquement l’ouverture du 200 mm est bien plus grande.
L’ouverture utile
1) Qu’est-ce que l’ouverture utile ?
Eh bien, on vient tout juste de la calculer, il s’agit du diamètre d’ouverture en millimètres. Il nous informe sur la quantité de lumière récupérée par zone/sujet (également appelé diamètre utile ou clear aperture en anglais).
Précision : Techniquement, il s’agit de la zone à l’intérieur de laquelle le composant optique doit répondre aux spécifications, mais dans le cadre de la photographie cette information ne nous aide pas vraiment :p
2) Démonstration et explications
Prenons deux objectifs : le Canon 50mm f/1.4 et le Canon 100mm f/2.8 IS L Macro ; malgré un écart de deux stops en ouverture relative, leur ouverture utile est identique :
50/1.4 = 35.71 mm
100/2.8 = 35.71 mm
On sait donc que ces deux objectifs récupèrent la même quantité de lumière par zone/sujet à une distance donnée. Si on ne change pas la vitesse d’obturation et la distance du sujet, le RSB des sujets devrait être identique.
Pour vérifier ça, j’ai pris deux photos en utilisant une vitesse d’obturation d’1/50s et en maintenant la même ouverture utile (f/2 pour le 50 mm et f/4 pour le 100 mm). J’ai fait varier la sensibilité ISO pour avoir la même exposition.
Note : j’ai refermé d’un stop le diaphragme des deux objectifs car la mauvaise qualité optique du 50 mm rend inexploitables les clichés pris à pleine ouverture. L’ouverture utile était donc de 25 mm.
Avant de recadrer, voici ce que nous obtenons :
Après recadrage, les deux photos semblent identiques en matière de RSB :
La photo prise avec le 100 mm à f/4 et ISO 25600 à le même RSB que la photo prise avec le 50 mm à f/2 et ISO 6400, mais on constate également que la profondeur de champ est identique ! En effet, si l’on maintient la même ouverture utile et distance du sujet, la profondeur de champ sera identique même si l’ouverture relative est totalement différente !
Note : en regardant de près, on constate que le RSB de la photo prise avec le 50 mm f/1.4 est légèrement meilleur. Cet écart est dû aux différences en t/stop que j’évoquais précédemment.
3) Lumière abondante
Ok, je vois, mais au final ça sert à quoi ? Pour commencer, sachez que l’ouverture utile n’est pas toujours importante, tout vas dépendre de de la situation.
Si vous avez suffisamment de lumière pour pouvoir shooter à la sensibilité ISO native de votre APN tout en exposant à droite, l’ouverture utile n’aura pas d’influence sur la qualité de vos clichés, c’est la longueur focale qui sera importante. Moins vous aurez besoin de recadrer et plus vous aurez récupéré de lumière de votre sujet, ce qui améliorera donc le RSB… bon, je pense que jusque-là, je ne vous apprends rien !
Astuce : dans ces conditions, si vous faites des panoramas/mosaïques, à chaque fois que vous doublez la longueur focale, vous quadruplez la quantité totale de lumière récupérée ;)
4) Basse lumière
C’est ici que tout devient très intéressant, prenons l’exemple de la photographie animalière ; dans cette pratique, il est souvent impossible de s’approcher davantage des sujets et il est nécessaire de recadrer ses photos ; dans ces conditions l’ouverture utile devient importante.
Par exemple, à une distance donnée je prends en photo un animal avec une vitesse d’obturation d’1/500s pour figer le mouvement, l’ouverture relative maximale de mon objectif et une sensibilité ISO de 800 pour exposer correctement mon cliché. Le sujet étant trop éloigné, il me faudra recadrer les photos.
Ayant le choix entre un 400 mm f/5.6 et un 600 mm f/6.3, certaines personnes opteraient pour le 400 mm en se disant que l’ouverture relative est plus grande, mais ils ne prennent pas en compte la quantité de lumière récupérée par sujet/zone. L’ouverture utile nous permet de comparer le RSB qu’auront les photos une fois recadrées ! Merveilleux, n’est-ce pas ?! :D
Dans ce cas précis, le 600 mm f/6.3 récupère 78% de lumière en plus par zone/sujet, ce qui signifie que notre photo finale (recadrée) sera bien plus propre en utilisant le 600 mm.
Pour calculer ces différences, il suffit de mettre l’ouverture utile au carré et de faire une division :
(600/6.3)² / (400/5.6)² = 95.24² / 71.43² = 1.78
Le 600 mm f/6.3 récupère donc 1.78 fois plus de lumière par zone/sujet que le 400 mm f/5.6.
Note : nous mettons l’ouverture utile au carré puisque nous devons comparer des surfaces, vous pouvez également faire le calcul en utilisant l’aire d’ouverture ce qui vous donnera le même résultat, mais le calcul sera plus complexe.
De plus, la photo prise avec le 600 mm f/6.3 aura un flou d’arrière-plan plus prononcé grâce à une plus faible PDC ! En effet, plus l’ouverture utile est grande et plus la PDC est faible.
Vous comprenez maintenant que l’ouverture relative ne nous donne pas toutes les informations ; dans certaines situations, l’utilisation d’un objectif doté d’une plus petite ouverture relative, mais d’une plus grande ouverture utile donnera de meilleurs résultats (meilleur RSB et PDC plus faible).
Refaisons un test pour vérifier ça. Cette fois-ci, j’ai pris en photo l’appareil avec le Tamron SP 35 mm f/1.8 et le Canon 100 mm f/2.8 IS L Macro, les deux objectifs ont été utilisés à pleine ouverture et avec la même vitesse d’obturation (1/25s). J’ai fait varier la sensibilité ISO pour maintenir une exposition similaire.
Les ouvertures utiles sont donc :
100/2.8 = 35.71 mm
35/1.8 = 19.44 mm
Le 100 mm f/2.8 a donc une ouverture utile bien plus grande que celle du 35 mm f/1.8 et il récupère donc plus de lumière par zone/sujet. À gauche, la photo prise avec le 100 mm et à droite, celle prise avec le 35 mm :
Dans cet exemple, on constate que la photo prise avec le 100 mm f/2.8 est bien plus propre que celle prise avec le 35 mm f/1.8. Concrètement, cela signifie que si vous faites de la photographie à main levée d’un sujet éloigné en basse lumière, le 100 mm produira de meilleurs résultats malgré une ouverture relative plus faible. Il faut cependant noter que cette affirmation est réelle uniquement si vous n’avez pas la possibilité de vous rapprocher de votre sujet.
De nouveau, faisons un petit calcul pour connaitre la différence :
(100/2.8)² / (35/1.8)² = 35.71² / 19.44² = 3.37
Le 100 mm f/2.8 récupère donc 3.37 fois plus de lumière par zone/sujet que le 35 mm f/1.8.
L’ouverture utile est également très importante lorsque vous faites de l’astrophotographie du ciel profond. Par exemple, un 600 mm f/6.3 récupère plus de lumière par zone/sujet qu’un 300 mm f/4.
(600/6.3)² / (300/4)² = 95.24² / 75² = 1.61
Ici, j’ai pris en photo la galaxie d’Andromède en utilisant un 300 mm f/2.8 à f/3.2, soit une ouverture utile de 93.75 mm. Le temps de pose total était de 26 minutes (60s x 26) + 2 minutes pour le centre galactique (30s x 4). J’ai dû recadrer l’image pour avoir le cadrage que je désirais :
Mais j’aurais pu faire cette même photo en utilisant le 600 mm f/6.3 avec le même temps de pose total, puisque leurs ouvertures utiles sont pratiquement identiques.
Note : en astrophotographie, d’autres facteurs sont à prendre en considération comme le bruit de courant noir et le temps de pose unitaire. La qualité de l’image finale peut donc varier même si vous récupérez la même quantité de lumière.
5) Les panoramas/mosaïques en basse lumière
Dans cet article, nous avons vu plusieurs exemples de sujets éloignés où il fallait recadrer les photos prises avec l’objectif doté d’une longueur focale plus courte ; mais on peut également faire l’inverse en faisant des panoramas/mosaïques. Cette technique est particulièrement efficace en astrophotographie à grand champ et j’ai d’ailleurs écrit un article dédié à ce sujet.
Dans ce dernier, j’ai volontairement omis d’évoquer l’ouverture utile pour ne pas rendre l’article trop complexe, mais en réalité il est bien plus simple de comparer différentes techniques de prise de vue astro en utilisant l’ouverture utile. Par exemple, imaginons que nous avons deux photographes avec du matériel différent :
Photographe A : Canon 1Dx Mark II et un 14 mm f/2.8
Photographe B : Canon 200D et un 35 mm f/1.4
Aucun des deux photographes ne possède de monture équatoriale.
Le Photographe B souhaite couvrir le même angle de champ que le Photographe A, il devra donc faire une mosaïque. Comment comparer la qualité des deux clichés ? (la prise simple du 1Dx Mark II et la mosaïque du 200D). Eh bien, il suffit d’utiliser l’ouverture utile, de la mettre au carré et de la multiplier par le temps de pose en secondes ; ce calcul nous donnera un score astro représentant la quantité totale de lumière récupérée. Ici, nous allons utiliser la règle des 500 pour calculer le temps de pose (soit 35s pour le 14 mm et 14s pour le 35 mm) :
(14/2.8)² x 35 = 5² x 35 = 875
(35/1.4)² x 14 = 25² * 14 = 8750
8750 / 875 = 10
Surprise ! La mosaïque faite au 35 mm f/1.4 obtient un score beaucoup plus élevé que la prise simple faite au 14 mm, la photo sera donc bien plus propre. En effet, dans cette situation le 35 mm f/1.4 aura récupéré 10 fois plus de lumière au total !
Sur le terrain, il est probable que ces deux photographes optent pour des temps de pose plus courts afin d’améliorer la netteté des clichés, nous allons donc refaire le calcule avec ces nouveaux temps de pose tout en intégrant un empilement pour la photo prise au 14 mm :
((14/2.8)² x 20) x 10 = (5² x 20) x 10 = 5000
(35 / 1.4)² x 8 = 25² x 8 = 5000
Ici, les scores sont identiques, on sait donc qu’un empilement de 10 clichés pris avec le 1DX Mark II, le 14 mm f/2.8 et 20s de pose par cliché est équivalent en matière de RSB à un panorama créé avec le 200D, un 35 mm f/1.4 et 8s de temps de pose par cliché.
Comme vous pouvez le voir, on peut facilement comparer toutes sortes de matériel et de techniques de prise de vue en utilisant l’ouverture utile ce qui peut être très pratique et permettre de savoir à l’avance ce que l’on va obtenir comme rendu.
Il faut cependant noter que les panoramas/mosaïques maintiennent un avantage en matière de netteté par rapport aux empilements et c’est pour cette raison que je préconise cette approche.
Mosaique de 20 clichés, Canon 5D Mark III, Tamron SP 35 mm f/1.8, ISO 1600, 30s par cliché, f/1.8, Star Adventurer
Résumé
Il existe deux manières d’exprimer l’ouverture d’un objectif
L’ouverture relative en f/nombre nous informe sur la densité de lumière qui atteint le capteur par mm² (l’exposition)
La transmission lumineuse s’exprime en t/nombre
L’ouverture en f/nombre est relative à la longueur focale
L’ouverture utile nous informe sur la quantité de lumière récupérée par zone/sujet
Dans certaines situations, l’objectif doté d’une plus grande ouverture utile produira des clichés plus propres même si son ouverture relative est plus petite
L’ouverture utile permet de calculer facilement les quantités de lumière récupérées en utilisant différentes techniques de prise de vue
Les panoramas, c’est cool…
Conclusion
Et ça y est, c’est fini ! L’ouverture utile est vraiment intéressante et permet d’améliorer sa compréhension de la technique photographique, mais également de faire de meilleurs clichés dans les conditions difficiles où la lumière vient à manquer et/ou lorsque le sujet est éloigné. Dans un prochain article, dédié à la taille des capteurs, nous continuerons à utiliser l’ouverture utile pour comparer différents ensembles de matériel photo et nous verrons aussi comment les fabricants d’APN nous mentent… J’espère que ce billet vous aura plu et que vous aurez appris des choses. Comme toujours, n’hésitez pas à partager l’article et à me poser des questions en commentaire. Sur ce, bonne journée et bonne photo !
Sources :