L’obturateur est un mécanisme qui permet de contrôler la durée pendant laquelle le capteur pour un APN (ou la pellicule pour un appareil argentique) est soumis à la lumière. Il s’agit donc d’un élément essentiel, voire fondamental, puisque, sans ce moyen de contrôle, le capteur serait, soit toujours dans l’obscurité, soit toujours soumis à un flux continu de lumière. Depuis l’apparition des appareils photo, il n’a cessé de se perfectionner, de s’améliorer. Sa dernière déclinaison est potentiellement une vraie avancée qui devrait révolutionner quelques habitudes. Bienvenue à l’obturateur électronique.

 

 

Rappel historique

Pour que la surface sensible soit imprégnée de lumière juste au moment de la prise de vue, il faut que le « trou » soit fermé au départ, ouvert le temps de laisser passer la quantité de lumière suffisante, puis refermé. Cette action est réalisée par un élément que l’on nomme obturateur.

 

La main

En remontant à la préhistoire de la photographie, le premier obturateur fut sans doute la main. À moins que l’inventeur ait été fainéant et soit passé directement au bouchon.

Au début, l’appareil photo était très loin de ressembler aux boîtiers de 2017. C’était une boîte avec un trou pour amener la lumière sur la surface sensible. Et il fallait bien quelque chose pour empêcher la lumière d’arriver à cette surface sensible en permanence. C’est ainsi qu’est né le premier obturateur artisanal, un cache opaque à placer devant l’ouverture, qu’on enlevait le temps de la prise de vue.

Il faudra attendre de très nombreuses années pour que le dispositif connaisse une avancée technologique. Si le premier « appareil » naît un peu avant 1820 grâce à Nicéphore Niepce (et non Daguerre comme beaucoup le croient encore), ce n’est qu’en 1849 que messieurs Fizeau et Foucault proposent le premier obturateur à guillotine. Ce dispositif était basé sur plaque munie d’un trou, laquelle coulissait dans un cadre grâce à des ressorts. Cet obturateur permettait des vitesses comprises entre 1/50s et 1/150s, ce qui était déjà très rapide pour l’époque. Malheureusement, ce procédé a souffert d’un défaut rédhibitoire qui le fera disparaître très vite, les vibrations engendrées par les ressorts !

 

 

L’obturateur à rideau

Mais la mécanique est enclenchée. 10 ans plus tard, William England propose un obturateur à simple rideau. Et en 1861, c’est un obturateur à double rideau qui apparaît. Le principe est très proche de ce que l’on a encore aujourd’hui. Le premier rideau ouvre la fenêtre par laquelle la lumière insole la surface sensible tandis que le second rideau, lui, la referme. Les deux rideaux se déplaçant toujours à la même vitesse, c’est le délai de départ du second rideau qui va faire varier la durée de l’exposition.

Aujourd’hui, les principales différences avec l’invention de Humbert de Molard sont les suivantes :

  • utilisation de kevlar au lieu du tissu pour les lamelles ;
  • Un sens de défilement passé d’horizontal à vertical (avec un gain de vitesse de déplacement à la clé);
  • Intégration d’un pilotage électronique en remplacement d’un système purement mécanique;
  • Remplacement des ressorts permettant aux rideaux de tourner par des petits moteurs à base d’électro-aimants;
  • Utilisation de l’énergie électrique et plus de l’énergie mécanique.
Obturateur mécanique à rideau du Sony A7

Obturateur mécanique à rideau du Sony A7

 

En pratique, les meilleurs temps d’exposition que permet ce système sont de 1/8000s (avec un déplacement vertical), mais sur la plupart des boîtiers d’entrée de gamme ou amateur, ce temps minimal est de 1/4000s ou de 1/6000s. Un obturateur permettant du 1/8000s nécessite de répondre à un cahier des charges plus strict et coûte donc plus cher à fabriquer.

Si la vitesse d’obturation souhaitée est inférieure à la vitesse des rideaux, le premier rideau « s’ouvre » entièrement, permettant l’exposition complète du capteur (ou du film). Lorsque le temps de pose est atteint, le second rideau « se ferme ». Si la vitesse d’obturation souhaitée est supérieure à la vitesse des rideaux, le second rideau commence à se déplacer avant la fin du déplacement du premier. Dans ce cas de figure, à aucun moment le capteur n’est entièrement exposé à la lumière. Evidemment, plus le temps de pose est court, plus la fente est étroite.

déplacement des rideaux

déplacement des rideaux

 

En mode synchro flash, ce temps est plus réduit. La vitesse maximale de synchro flash correspond à la vitesse maximale avant que les rideaux ne commencent à travailler en translation l’un par rapport à l’autre. Dans cette situation, la durée de l’éclair du flash est inférieure à la durée nécessaire au balayage des rideaux pour parcourir la totalité de la surface du capteur. Avec comme résultat, une partie de l’image bien éclairée et l’autre partie, noire.

Si l’obturateur à rideau (ou obturateur à plan focal) est le plus répandu encore de nos jours, il n’est pas le seul. Il en existe au moins 2 autres.

 

 

L’obturateur central

Au lieu d’utiliser un rideau ou un double rideau, l’obturateur est de type central avec un iris qui s’ouvre et se ferme, permettant à la lumière d’arriver sur la surface sensible très rapidement et de manière uniforme. L’iris est d’ailleurs souvent placé dans l’objectif. Ce procédé a été utilisé par Minolta, et souvent par Hasselblad, après avoir été LE seul obturateur de tous les foldings ( 9×12, 6×9, 6×6 Rollei et autres…).

Pour les systèmes à obturation centrale, toute l’image étant exposée simultanément et uniformément, il n’y a pas de vitesse synchro flash limite. Ils sont censés synchroniser à toutes les vitesses. En pratique, Hasselblad permet une synchro flash jusqu’à 1/2000s.  Raison pour laquelle Leica a produit un adaptateur à obturateur central permettant de monter ses objectifs MF sur Hasselblad.

obturateur central

obturateur central

 

Ce type d’obturateur est plus coûteux à fabriquer que l’obturateur à double rideau, ce qui explique en partie son moindre succès.

 

 

L’obturateur rotatif

Il s’agit d’un disque sur un axe, avec un trou qui laisse passer la lumière. Le procédé était simple et surtout fiable. Mais malgré le soutien de Agfa, son promoteur, le succès n’a pas été au rendez-vous dans le monde photographique. Par contre, il l’a rencontré dans le monde cinématographique, grâce à la régularité de l’obturation permise.

Paradoxalement, c’est l’obturateur qui présente le plus grand nombre de défauts qui est le plus répandu. Car outre la vitesse de synchro flash (les meilleures vitesses possible étant 1/250s), les obturateurs à double rideaux sont plus sensibles à la déformation du sujet photographié, quand ce dernier se déplace rapidement et que la vitesse est élevée.

 

 

L’obturateur électronique

Avec l’ère de l’électronique, l’obturateur à rideau disparaît. Le principe est simple, car il s’agit uniquement d’activer ou de désactiver le capteur numérique au moment de la capture de l’image. Un peu à la manière d’un interrupteur électrique. La suppression de toutes pièces mécaniques permet de passer outre tous les facteurs limitants de cette technologie. Sur le papier, on peut donc atteindre des temps d’exposition extrêmes, puisque l’on parle ici de 1/32000s !

L’obturateur apparaît donc comme « LA » solution pour un bon nombre de limitations comme la rafale ou la synchro flash. Malheureusement, cette solution n’est pas parfaite non plus. Obturateur électronique et visée reflex ne font pas bon ménage. Le premier nécessite une visée électronique, avec affichage sur écran (soit l’écran arrière, soit un viseur électronique). Et qui dit visée électronique, dit capteur actif pour qu’il y ait de la vidéo. Or l’utilisation prolongée du capteur fait chauffer ce dernier, avec comme conséquence, l’apparition d’un bruit d’origine thermique.

À ce problème se greffe un second, le rolling shutter. Derrière ce terme qui barbare se cache un effet qui est sans doute le plus gros point faible de la visée électronique !

 

 

Une conception ancienne

L’obturateur électronique n’est pas une invention récente. Elle est née en même temps que le capteur électronique et a été utilisée immédiatement en vidéo. Et si la plupart des caméras numériques n’ont pas d’obturateur mécanique (du moins électro-mécanique), on notera que les caméras de cinéma haut de gamme intègrent un obturateur rotatif, qui améliore la qualité des mouvements.

Ce n’est que récemment que le monde de la photographie s’en est emparé. Il n’y a encore pas si longtemps, tous les appareils hybrides utilisaient un obturateur à plan focal. Ce qui est étonnant puisque, dans l’absolu, c’est inutile. Avec un capteur (CCD ou CMOS), l’obturation électronique est incluse, car elle est contrôlée électroniquement par la lecture des charges enregistrées par les photodiodes du capteur.

Un hybride avec un obturateur à plan focal ou central est donc un non-sens, en théorie.

 

 

Avantages et inconvénients

Dénuée de pièce mécanique en mouvement, l’obturation électronique se montre à la fois plus fiable, sans secousse et totalement silencieuse. Pour la photographie de spectacle ou pour plus de discrétion, c’est un véritable atout. De plus, alors que les obturateurs mécaniques sont généralement limités au 1/6000s, l’obturation électronique autorise des temps de pose au 1/16 000s, voire 1/32 000s. De quoi travailler à pleine ouverture par une journée très ensoleillée !

Le premier inconvénient est, on l’a déjà dit, qu’obturateur électronique = visée non reflex. Ce que beaucoup de photographes « old school » ne sont pas forcément près d’adopter.

Le deuxième inconvénient est le mode d’acquisition des données qui se fait ligne par ligne. Ce qu’on appelle le « rolling shutter ». Les capteurs de types CCD sont des capteurs de type global shutter. Les capteurs CMOS sont eux de type « rolling shutter », sauf cas particulier (ajout de composants supplémentaires et coûteux pour le rendre global shutter).

Il faut savoir que la capture d’une image sur le capteur peut se faire de manière globale ou ligne par ligne (rolling shutter). Quand la capture est globale (global shutter), le capteur est inopérant le temps de la lecture des données et leur transfert en mémoire. Quand la lecture s’effectue ligne par ligne, seule celle qui est « lue » est inopérante. Certes, le transfert des données en mémoire est plus rapide, mais si le sujet est mobile, alors le risque de voir des défauts (flou de bougé, déformations, bandes sur les images sous certains types d’éclairages) apparaître augmente. Et plus la vitesse de déplacement est grande, plus le risque est important. Car si on prend une photo à 1/6000s, c’est chaque ligne qui sera lue pendant 1/6000s et pas l’image dans sa totalité.

Une des solutions est de mettre de la mémoire directement sur le capteur, c’est ce que propose Sony depuis peu. Mais cela ne résoudra pas tout.

Un autre inconvénient souvent méconnu, est que le rolling shutter est souvent incompatible avec les flashs. Sauf à disposer d’un obturateur global en plus de l’obturateur électronique… Ce qui va annihiler les avantages de la vitesse pour une synchro flash plus rapide !

 

 

Obturateur électronique et Pentax

Coté boîtiers, rares sont les modèles éligibles à l’obturateur électronique. Le Pentax KP est né avec cette fonctionnalité tandis qu’il aura fallu attendre une mise à jour du firmware pour que le K-1 puisse disposer de cette fonctionnalité (depuis le firmware v1.30).

Ces deux boîtiers offrent donc le choix entre l’obturateur mécanique et l’obturateur électronique. Comme le précise la marque, si le mode électronique* permet d’atteindre une vitesse d’obturation de 1/24000s (uniquement pour le KP) avec un bruit et des vibrations très limités, il existe des restrictions importantes ! A coté des désormais traditionnels effets de distorsion possibles dont peuvent souffrir les clichés, Pentax a désactivé, pour des raisons techniques, le mécanisme de stabilisation SR / SR II et le simulateur de filtre AA. Si pour ce dernier, ce n’est pas très important, la perte de la stabilisation peut s’avérer dommageable, surtout si on souhaite conserver l’atténuation du bruit du déclenchement. A noter que le K-1, même ES activé, ne peut dépasser la vitesse de 1/8000s.

Évidemment, l’ES (Electronic Shutter) n’est disponible qu’en mode liveview !

 

 

 

Même si l’obturateur électronique est très prometteur, aujourd’hui obturateur « mécanique » et obturateur électronique sont complémentaires et doivent cohabiter. Il faudra attendre que des obturateurs électroniques globaux (les global shutter) soient disponibles à des prix raisonnables, que l’échauffement des capteurs soit moindre et qu’ils soient utilisables avec des reflex à visée optique pour qu’ils remplacent les « mécaniques ». En attendant, cette cohabitation devra continuer.