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I. Notions de base
Le principe de fonctionnement d’un appareil photographique est similaire à celui d’un œil. La lumière captée par l’objectif est déviée par une série de lentilles (aussi appelées éléments, pouvant pour certains s’associer en groupes) afin de converger sur le capteur lors du déclanchement de d’ouverture de l’obturateur (Figure 1). Le diaphragme, situé en aval des lentilles, permet le contrôle de la quantité de lumière délivrée au capteur. La distance parcourue entre les lentilles et le foyer (zone de convergence de la lumière) est appelée distance focale. Arrivée sur le capteur, l’image transmise est inversée par rapport à l’image originale.
Figure 1. Principe de fonctionnement d'un appareil photographique
1. Distance focale
La distance focale – souvent abrégée par « focale » – correspond à la distance, mesurée.en mm, de convergence d’une lentille mince. Un objectif peut avoir une focale fixe (24 mm, 50 mm, 85 mm…) ou variable (10–18 mm, 18–55 mm, 75–300 mm…). Pour les focales variables, la distance focale est obtenue en jouant sur le déplacement des lentilles via la bague de mise au point.
La distance focale constitue un paramètre de grande importance en photographie de par son implication directe dans le champ d’observation. À 50 mm, la vision dans l’objectif est identique à celle de l’œil humain. En revanche, en dessous de 50 mm, les objets sont plus petits qu’à l’œil nu (grand-angle, wide angle) et au-delà, plus grands (téléobjectif, zoom). Ceci est directement en lien avec l’angle du champ de vision (Figure 2).

Mais en réalité, la distance focale dépend de la taille du capteur. Initialement, les appareils photographiques argentiques fonctionnaient avec une pellicule 36×24 mm (appelée 35 mm, correspondant à la hauteur de la pellicule). De nos jours, certains reflex ont des capteurs de taille identique (plein format, full frame), alors que d’autres ont des capteurs de taille réduite d’un facteur 1,4 à 1,7 (e.g. APS-C ou APS-H). Ces ...................................................
Figure 2. Angle du champ de vision pour différentes distances focales : grands-angles (vert), 50 mm (rouge) et téléobjectifs (bleu)
derniers réduisent le champ de vision (et donc l’angle du champ) d’autant que le rapport de taille du capteur est petit, ce qui modifie la distance focale apparente (Tableau 1). Ainsi, la taille de l’objet visible par un capteur APS pour une même distance focale sera plus importante (Figure 3).
Tableau 1. Correspondance des longueurs focales apparentes (en mm) selon le format du capteur
      Nikon/Sony/Pentax
plein format
36×24 mm

APS-H
28,7×19 mm (1,3×)

APS-C
22,2×14,8 mm (1,6×)

APS-C
23,6×15,7 mm (1,5×)

10
13 16 15
18 23 29 27
28 36 45 42
35 46 56
52
50 65 80 75
85 107 136 127
100 130
160 150
200 260 320 300
300
390 512 450
400 520 640 600
600 780 960 900
Canon
Figure 3. Lumière d’un objet capté par un appareil photographique : image entière 
via
un capteur plein format (en noir) et image réduite via un capteur APS (faisceau bleu)
2. Ouverture du diaphragme
La quantité de lumière délivrée au capteur est conditionnée par l’ouverture du diaphragme : plus il est ouvert, plus la lumière est transmise (l’image est donc plus claire). Inversement, pour obtenir une image sombre, il faut davantage fermer le diaphragme. Le diamètre de l’ouverture (D, en mm) correspond au rapport entre la distance focale (f, en mm) et le nombre d'ouverture (N, sans unité) ; elle est notée f/D (Figure 4). Au vu du calcul de la surface d’un disque, la relation entre le diamètre et la quantité de lumière ne peut être linéaire, et fait donc intervenir un carré. Ces réglages sont accessibles en modes manuel (M) et priorité ouverture (Av ou A).
Figure 4. Différents niveaux d’ouverture du diaphragme
L’ouverture du diaphragme permet également de jouer sur la profondeur de champ : zone nette de l’image. Plus l’ouverture du diaphragme est grande, plus la lumière se répand dans l’espace et ne permet qu’à une mince zone d’être proche du point focal. Les points en dehors du capteur seront flous : c’est le flou d’arrière-plan (bokeh). En revanche, avec une ouverture réduite, la lumière parcourue se rapproche d’un rayon unique permettant ainsi de limiter les flous autour du plan focal (Figure 5). De plus, le flou augmente en s’éloignant de la zone de mise au point. Ainsi, la profondeur de champ est influencée par la distance entre l’appareil photographique et l’objet : elle est réduite en utilisant un téléobjectif comparé à un grand-angle.
Figure 5. Profondeur de champ pour diverses ouvertures de diaphragme
3. Vitesse d'obturation
La vitesse d’obturation (exprimée en seconde) définie le temps de pose, c'est-à-dire la durée pendant laquelle l’obturateur est ouvert et permet l’exposition du capteur. Plus la vitesse est élevée, moins le capteur reçoit de lumière, et plus l’image est sombre. Ce réglage est possible en modes manuel (M) et priorité vitesse (Tv ou S). Au-delà de 30 s, ou pour un contrôle manuel de l’ouverture et de la fermeture de l’obturateur, il est possible d’utiliser le mode pause longue ou BULB (B).

La vitesse a également un effet collatéral : le flou de bougé lié à la stabilité de l’appareil ou à celle de l’objet. Plus l’ouverture est longue, plus le risque de flou de bougé est important. En dessus de 1/60 s, l’absence de flou devient néanmoins délicate. Ce flou est également dépendant de la distance focale (plus de sensibilité aux mouvements à de grandes focales). La limite à ne pas dépasser est de 1/f s (e.g. 1/50 s à 50 mm, 1/100 s à 100 mm). Le stabilisateur d’image peut aussi limiter ces mouvements.

En revanche, un effet flouté peut être volontaire dans certains cas : par exemple, pour donner un mouvement à un sportif ou pour lisser une cascade d’eau. Malgré tout, si les réglages des autres paramètres s’avèrent insuffisant pour contrebalancer la quantité de lumière, il est possible d’ajouter à l’objectif un filtre à densité neutre (ND). Il s’agit d’un filtrage équitablement de tous les rayonnements indépendamment de leur longueur d’onde. Il détermine un facteur d’atténuation (ND 2 à ND 1 000 ou plus) qui correspond au coefficient de réduction de la quantité de lumière (ND 2 pour 1/2 = 50 %, ND 1 000 pour 1/1 000 = 0,1 %).
4. Sensibilité
La sensibilité du capteur à la lumière – ISO – influence la luminosité de la photographie. La valeur standard est 100 ISO. En augmentant la sensibilité, on favorise le bruit numérique, les points parasites qui font perdre de la netteté dans les détails. C’est pour cette raison qu’il est préférable, autant que faire se peut, de travailler à de faibles ISO pour limiter le bruit. Il n’y a guère que dans des conditions trop sombres que la sensibilité doit être augmentée. Dans certains cas, néanmoins, le bruit peut être volontaire pour donner un effet de grain à la photographie.
5. Exposition
Les trois paramètres précédemment évoqués – ouverture du diaphragme, vitesse d’obturation et sensibilité – doivent être programmés conjointement du fait de leur interconnexion, afin d’obtenir la meilleure exposition (Figure 6). Si la quantité de lumière arrivant au capteur est trop importante, on parle de surexposition. À l’inverse, il s’agit d’une sous-exposition. Ce triangle doit être adapté à chaque situation : favoriser l’ouverture pour un portrait pour en limiter le bruit, favoriser la vitesse pour une scène sportive pour en limiter de flou.

L’indice de lumination IL (exposure value EV) correspond au niveau de lumière ambiante : IL > 0 en conditions lumineuses, IL > 0 dans les situations sombres. Arbitrairement, un indice de 0 correspond à une ouverture de diaphragme de f/1 pour 1 s de pose à 100 ISO. Les trois paramètres décrits dans le triangle d’exposition permettent de corriger cette luminosité : si l’on double la quantité de lumière (e.g. d’un temps d’exposition de 1/100 à 1/50 s ou d’une sensibilité de ........
Figure 6. Triangle d’exposition à partir de l'ouverture du diaphragme, vitesse d’obturation et sensibilité
200 à 400 ISO), on augmente l’indice d’une unité, et inversement en diminuant la quantité de lumière. Si l’on souhaite maintenant modifier un paramètre (e.g. réduire la profondeur de champ en augmentant l’ouverture du diaphragme) tout en gardant la même exposition, il faut donc corriger l’un des deux autres paramètres du triangle. Cette échelle est relative et logarithmique. Comparée à la vitesse d’exposition et à la sensibilité, l’ouverture du diaphragme ne répond pas linéairement à cette relation (cf. calcul d’une surface d’un cercle) ; seuls les paliers suivants définissent une différence de ±1 IL : 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.

En indiquant une correction d’exposition souhaitée, il est possible de forcer l’appareil photographique à surexposer ou à sous-exposer l’image par palier de 1/3 IL, jusqu’à ±3 IL ; cette fonction est absente du mode manuel (M) du fait du contrôle total des trois paramètres du triangle d’exposition. Un post-traitement d’une série de photographies d’une même scène à différentes exposition (à l’aide de la fonction bracketing) est également possible pour corriger une image comprenant à la fois des zones sombres et des zones claires.
6. Balance des blancs
Selon les conditions de la prise de vue (météorologie, lumière naturelle ou artificielle…), les couleurs du rendu photographique ne sont pas identiques. La balance des blancs permet de compenser toute modification de températures des couleurs (exprimées en Kelvin, Figure 7) pour que le blanc conserve sa couleur. En choisissant une température de correction (cette température devient celle du blanc de référence), l’appareil photographique modifie l’équilibre du spectre des couleurs : la lumière générale devient plus froide (bleu) lorsque l’on choisit de faibles températures, et plus chaude (jaune/rouge) à des températures élevées.
Figure 7. Échelle de température des couleurs (K)
Tableau 2. Modes programmés pour la balance des blancs
Outre le mode automatique, plusieurs modes programmés sont disponibles sur tout appareil photographique (Tableau 2). Ils correspondent à des températures caractéristiques de certaines conditions. Il est également aisé de personnaliser manuellement la balance des blancs en photographiant un objet blanc comme témoin de la température de la source lumineuse, ou tout simplement en indiquant la température souhaitée. À titre d’exemple, toutes les conditions ensoleillées ne sont pas équivalentes : préférez une température proche de 3 000 K pour un levé de soleil, 4 500 K en matinée ou après-midi, 5 500 K en milieu de journée, voire 6 500 K par très grand soleil. À l’inverse, une température plus faible (1 500 K) est privilégiée pour un éclairage à la bougie.
  signification temperature (K)
  automatique
3 000 à 7 000

lumière du jour 5 200

ombragé 7 000

nuageux, crépuscule, coucher
de soleil
6 000

lumière tungstène 3 200

lumière fluorescente blanche 4 000

flash auto
7. Profils d'image
Selon la situation et l’ambiance, il est aisé de paramétrer la netteté, le contraste, la saturation et la teinte des couleurs au sein d’un profil d’image. Plusieurs profils sont proposés par les appareils photographiques, d’autres sont personnalisables.
8. Mise au point
La position des lentilles entre-elles permet d’ajuster la mise au point, qu’elle soit manuelle (via la bague d’ajustement) ou automatique (autofocus). Dans le cas d’une mise au point automatique, il est important de définir la zone sur laquelle la mise au point doit être effectuée en utilisant un (point sélectif), plusieurs (dynamique) ou tous (automatique) les collimateurs. Trois modes permettent de mieux adapter la mise au point automatique selon le type de scène : 
- automatique (AI FOCUS ou AF-A), 
- ponctuel (ONE SHOT ou AF-S) : en situation figée pour garder la mise au point en un seul et même endroit, 
- continu (AI SERVO ou AF-C) : en situation dynamique pour suivre un mouvement.