Rapport CST sur l’éclairage LED

La CST – Commission Supérieure Technique de l’Image et du Son – vient de publier une étude sur les projecteurs à LEDs, datée de mars 2016, qui est le prolongement de premiers travaux édités en 2014. Depuis deux ans, beaucoup de nouveaux projecteurs de ce type sont disponibles sur le marché. La Commission a donc jugé important de mettre à jour cette étude qui est probablement la seule publiée à ce jour en Europe, voire au monde. Elle a été réalisée de façon la plus impartiale possible, sans faire appel aux fabricants mais en passant par des distributeurs et loueurs qui ont prêté le matériel pour des tests effectués sur le plateau de la CST à Paris. Le groupe de travail du département image de la CST était composé de Gilles Arnaud (NY University) et Benoit Gueudet (ENS Louis Lumière), tous deux formateurs et chefs opérateurs ; Jacques Gaudin (ENS Louis Lumière), formateur et opérateur, auteur du livre « Colorimétrie appliquée à la vidéo » ; et Yann Cainjo (SPEOS), ingénieur, photographe et réalisateur, qui nous a aidé à interpréter ces données en des termes plus accessibles. Entre la première et la deuxième étude, deux ans se sont écoulés qui ont permis des retours d’expérience des chefs opérateur, chefs électriciens, loueurs… Le choix des projecteurs s’est basé sur ces avis positifs issus du terrain et sur la notoriété des marques auprès des professionnels (notamment dans le domaine du cinéma et de l’audiovisuel). Vingt cinq sources LEDs ont été mesurées (soit en mono-température, soit à 3200K et 5600K) ainsi qu’un projecteur incandescent (tungstène/halogène) à 3200K, un Kinoflo fluo, et un Joker 400 HMI, en référence à des produits que les professionnels connaissent bien. Toutes les mesures ont été faites avec 4 spectrophotomètres de marques différentes.

Etaient pris en compte :

1. Les caractéristiques physique des produits (taille, poids…)
2. Les Performances photométriques :
   • éclairement en lux à 4 mètres
   • taille et angle du faisceau
   • type de projecteur (ambiance ou Fresnel)
3. Les Performances colorimétriques, c’est-à-dire la capacité d’une source lumineuse à restituer les couleurs (fidélité des couleurs) avec des indices :
   • IRC 8 (8 couleurs) + IRC 15 (15 couleurs) + TLCI (24 couleurs, recommandé par l’EBU) + CQS (15 couleurs plus saturées) + Rf (Fidelity index : 99 couleurs réparties sur tout le spectre et de saturations différentes). Ces cinq indices sont gradués de 1 à 100, une valeur de 100 signifiant que la lumière a un rendu colorimétrique parfait pour les couleurs choisies.
   • Deux autres indices sont utilisés : le GAI (Gamut Area Index) et le Rg (Gamut index) qui prennent en compte la saturation des couleurs (bonne ou mauvaise sur l’objet éclairé) et l’espace colorimétrique reproductible par la lumière mesurée. Le GAI d’une source lumineuse est déterminé en traçant sur le diagramme CIE les valeurs des 8 couleurs de l’IRC 8, telles qu’elles sont reproduites par cette source. Si le GAI >100, les couleurs sont trop saturées avec cette lumière. Le Rg (compris entre 60 et 140) d’un projecteur quantifie la différence de saturation d’un objet coloré éclairé par un projecteur par rapport à la source. Si le Rg >100, les couleurs sont trop saturées, l’idéal étant la valeur 100.

Dans les grandes lignes, l’IRC est une mesure de l’aspect « naturel » d’un objet, et le GAI est une mesure de la « vivacité » des couleurs. Des expériences démontrent qu’une source de lumière idéale est le juste équilibre entre une bonne reproduction des couleurs et une saturation optimale.

Il y a encore quelques années, les LEDs souffraient d’une mauvaise réputation, de moins bien restituer certaines couleurs, comme le rouge (indice R9) et les carnations occidentales (indice R15). Mais les sources LEDs ont énormément évolué et un grand nombre de problèmes a été corrigé.

Plusieurs autres informations importantes permettent de se faire une idée de la qualité de la source lumineuse :

• La distribution spectrale qui permet de visualiser rapidement les trous éventuels dans le spectre de cette source (pouvant conduire à une mauvaise reproduction de certaines couleurs).
• La position du projecteur par rapport au chemin du corps noir sur le diagramme de la CIE : si le point (carré rouge) représentant le projecteur est sur le chemin du corps noir, il n’y a aucune dominante Magenta/vert, si ce point est au-dessus du chemin il a une dominante verte qu’il faut corriger en mettant une gélatine magenta (minus green), et inversement si le point est en dessous du chemin.
• Le diagramme en araignée et la représentation graphique de l’IRC 15 permettent de visualiser rapidement le rendu de ces 15 couleurs. On pourra en particulier regarder la couleur qui s’approche de la teinte chair caucasienne (R15), ainsi que le bleu (R12) et le rouge (R9).
• Les graphes Rg/RF et GAI/IRC donnent aussi des informations intéressantes. Dans chacun de ces graphes le carré rouge représente la position du projecteur mesuré, le carré jaune représentant la position idéale. Si le carré rouge est au-dessous du carré jaune la lumière du projecteur ne sature pas assez les couleurs, s’il est au-dessus elle les sature trop.
• Et si le carré rouge est à gauche du carré jaune, le rendu colorimétrique n’est pas optimal. Le carré rouge ne peut pas être à droite du jaune puisque la valeur maximale de l’IRC et du Rf est 100.
• La CST n’a pas trouvé d’émission d’UV dans les LEDs, ou très peu. En revanche il y a de l’UV dans l’incandescent, dans les ampoules types HMI ou MSR et dans les tubes fluos domestiques !
• Avant de se stabiliser, les projecteurs à LEDs ont besoin d’une période de chauffe d’environ 20 minutes. Durant ces 20 minutes, il peut y avoir des variations de colorimétrie ou des variations de niveau sonore (mise en route d’un ventilateur). Sur certains modèles, l’intensité lumineuse diminue sans que l’utilisateur ne s’en rende compte lorsque le projecteur est arrivé à une certaine température. La CST a donc systématiquement allumé les projecteurs une trentaine de minutes avant de les mesurer.

Deux projecteurs EXALUX présents chez TRM figuraient dans l’analyse des projecteurs LEDs de la CST : L’ EXALUX Bricks et l’ EXALUX Rock (testés à 3200K et 5600K).

Equilibre des couleurs et puissance lumineuse

Les résultats du rapport Rg/Rf des projecteurs d’ambiance EXALUX Rock 5600K (103/92) de l’EXALUX Bricks 3200K (103/95), ainsi qu’EXALUX Rock 3200K (103/95) confirment leur excellent rendu des couleurs sur un objet éclairé. Ces 3 projecteurs se placent en tête de liste de leur catégorie. Le rapport GAI /IRC de l’EXALUX Rock 5600K (99/96) s’interprète comme l’équilibre entre l’aspect « naturel » de l’objet sous la lumière source et la « vivacité » de ses couleurs. Avec un rapport GAI/IRC de 99/96, l’EXALUX Rock 5600K frôle l’excellence ! Le meilleur compromis flux lumineux / rendement (lm/W) amène l’EXALUX Rock 3200K et Rock 5600K vers les sommets avec un résultat de 2945 lumens (lm) et un rendement de 58,9 (lm/W) pour le premier ; et pour le second de 2917 lumens et un rendement de 58,3 (lm/W). Autre élément intéressant, les températures de couleur mesurées sont très proche des valeurs de preset annoncées (3177K pour les presets 3200K ; 5571K & 5389K pour les presets de 5600K). De plus, la correction Vert-Magenta sur les 2 modèles EXALUX Rock et Bricks à apporter est faible voire nulle. Elle est de 1/8 (G) pour les EXALUX Rock ; et de 0 pour l’EXALUX Bricks 5600K. A noter que l’EXALUX Bricks 3200K affiche un excellent TLCI de 98 garantissant ainsi une restitution fidèle des couleurs sur les objets éclairés.

A travers cette étude, la CST n’a pas voulu mettre en avant un produit plutôt qu’un autre. Cette étude est un outil au service des opérateurs qui pourront rechercher une caractéristique plus qu’une autre en fonction des images à filmer, de l’ambiance d’une scène, de l’esthétique visuelle globale, etc. L’étude ne donne que quelques pistes possibles d’interprétations des résultats mais elle est une référence unique disponible en trois langues. Ils ne reste plus qu’aux opérateurs de trouver eux-mêmes les résultats qui les intéressent et de les interpréter.