L’ouverture maximale du diaphragme détermine en grande partie les performances d’une optique. Mais pourquoi certains objectif ouvrent moins que d’autres? Quelle est la différence entre les valeurs exprimées en f/xx et celle en TXX? Autant de notions que nous allons vous expliquer ici.

On a déjà abordé longuement la maîtrise de l’exposition dans un précédent article. Mais pour aller plus loin et comprendre le mécanisme, il faut connaître les limites physiques et mathématiques d’un objectif afin de le choisir en toute connaissance de cause.
Vous le savez déjà, l’ouverture est gérée pas le diaphragme qui a la capacité de s’ouvrir au maximum ou au contraire, de se refermer afin de laisser pénétrer plus ou moins de lumière. Par conséquent, le « diaph » est le premier outil nécessaire dans la gestion de l’exposition. Oui mais alors, pourquoi parle-t-on de f/2, f/5.6 etc…?
Et bien en fait, l’histoire est assez simple.

D’où vient la valeur d’ouverture ?

« Le nombre de l’ouverture » est tout simplement la relation entre la longueur focale et le diamètre maximal du diaphragme (c’est de à dire du fût interne de l’objectif). Prenons un exemple. Pour un objectif de 50mm dont le diamètre maximal est de 25mm, on obtient donc 50/25=2. Et c’est donc pour éviter ce calcul différent pour chaque optique que l’on simplifie en annotant l’ouverture en f/2, ou f:2 ou encore 1:2. Le calcul est ainsi fait au préalable et permet au cadreur d’avoir des valeurs de référence communes. Quelle que soit l’objectif, un f/2 donnera toujours la même quantité de lumière sur le capteur. Du moins, théoriquement.


Cependant, via cette règle, on se rend donc compte que si l’on veux une ouverture à f/2 pour une focale de 150mm, il nous faudra un diamètre de 75mm ! C’est ce qui explique que les grandes focales qui « ouvrent » beaucoup sont très volumineuses et très coûteuses. A cette focale, on trouvera plus généralement, des objectif qui ouvrent à f/4 (diamètre de 37,5mm). C’est aussi pour cela que les systèmes comme le m4/3 (GH5 etc) qui disposent d’un capteur plus petit que le plein format, peuvent avoir des optiques très lumineuses sans être encombrantes.
En effet, sur ce système, comme un objectif de 50mm en full frame correspond à à un 25mm en m4/3, il suffit alors d’un diamètre de diaphragme de 12,5mm pour ouvrir à f/2. C’est pour cela que les optiques sont bien moins encombrantes que sur un système Full Frame.

Voilà une comparaison d’encombrement entre des optique Full Frame et M43: elles couvrent pourtant la même plage focale réelle. Crédit : Dave Dugdale.

f/1.4, f/2, f/2.8, d’où viennent ces nombres ?

Vous aurez remarqué que quel que soit l’objectif, la caméra, l’hybride, les différents paliers du diaphragme sont constitués de la même suite de « nombres ». Parallèlement, augmenter l’ouverture d’1 « Stop », ou d’1 « diaph » signifie faire rentrer 2 fois plus de lumière. Chaque incrémentation est donc le double de la surface de la précédente. A la différence que plus la valeur est petite, plus la surface est grande.

Hors vous connaissez forcément la fameuse formule de calcul de l’aire d’un cercle: Surface du disque =πr2 où « r » symbolise le rayon. Et comme l’aire d’un cercle diminue de moitié lorsque le rayon est divisé par √2 (soit 1,4142), on passe donc d’un incrément au suivant en multipliant par √2 et en arrondissant. Essayons :
Si r=1, 1 x √2 = 1,4
1,4 x √2 = 2
2 x √2 = 2.8
2.8 x √2 = 4 etc etc etc.
Voilà le mystère élucidé. Cependant, tout ce que vous devez retenir, c’est qu’à chaque fois il existe un rapport de 2 quant à la quantité de lumière envoyée.

Les limites des F-Stops et pourquoi parle-t-on de T-Stops?

On vient de le voir, les valeurs de diaph ou F-Stops, sont des calculs mathématiques à la portée du plus grand nombre. Malheureusement, les objectifs ne sont de simples lentilles posées sur des tubes de tel diamètre et de telle longueur. Il existe de nombreux paramètres qui viennent perturber le calcul théorique dans la transmission de la lumière.


Tout d’abord, à objectif égal (même marque, même longueur focale, même « f »), on se rend compte qu’il y a toujours un écart léger car les verres ne sont jamais tout à fait identiques, à cause du revêtement, de la complexité des lentilles etc. Du coup un f/2 ne sera jamais réellement un f/2.
En photographie, on s’en moque car l’écart est très faible et donc, du domaine de l’acceptable. Qui plus est, la rectification en post-production est très simple.
En vidéo, c’est une autre histoire car dans les grosses productions, on tourne très souvent en multicam et s’il existe des écarts d’exposition entre plusieurs caméras, la post-production peut très vite devenir ardue. et donc coûteuse.
Et c’est ici qu’interviennent les T-Stops.

les F-Stops sont basés sur le rapport entre longueur Focale et diamètre. Les T-stops intègrent la valeur de Transmittance de la lumière.

En partant des F-Stops, les constructeurs vont donc calculer la déperdition de la lumière due au différents paramètres perturbateurs (rayon perdus contre le fût, absorption du revêtement, déperdition en traversant X lentilles) et vont donc ajouter au calcul de facteur de transmittance: 85% par exemple. En multipliant la valeur théorique par ce facteur on obtient une valeur réelle. Un f/2.8 sera donc un T3.3 suivant nos 85% de transmittance.

Alors pourquoi n’utilise-t-on pas que des T-Stops?

La réponse à cette question est assez simple: établir le facteur de transmittance doit être étalonné sur chaque objectif qui sort d’une chaine de production. Il ne s’agit donc plus de théorie, mais d’un gros travail d’usine afin qu’un T3.1 soit exactement identique à un autre T3.1. Ce qui implique des tarifs souvent multiplié par 3 ou 4 par rapport à un « simple » objectif « f ». C’est pour cela que l’on reserve ces optiques au cinéma en y ajoutant d’autres fonctions: bague de mise au point crantée pour les follow-focus, course plus longue pour être très précis, diaphragme « décliqué » pour passer d’un palier à l’autre en douceur… Ce qui amène la facture à un niveau stratosphérique.
Mais avez-vous réellement besoin de ces optiques? La réponse est simplement « oui » si la simplification de la post-production justifie ce surcoût de location supplémentaire des optiques. La réponse est non, pour les productions plus simples: matcher 2 caméras demeure assez aisé. Tout est donc question d’équilibre budgétaire.