La profondeur de champ

Introduction
Comment fonctionne la profondeur de champ ?
Comment varie la profondeur de champ ?
Comment contrôler la profondeur de champ sur votre appareil ?
Influence du capteur
Le cas particulier de la macrophotographie
L’hyperfocale
Calculer une profondeur de champ précise
Un tableur sous Excel pour vous aider 

Introduction

En photographie, la  profondeur de champ (Pdc) est une zone de netteté qui se situe quelque part entre l’appareil photo et l’infini. Sa longueur peut être très faible, quelques millimètres ou très importante, plusieurs dizaines kilomètres.

C’est un élément fondamental de la prise de vue car elle donne à une photographie une grande force expressive. Elle  permet d’orienter le regard sur un détail précis d’une scène ou, au contraire, mettre en valeur toute l’étendue d’un sujet.

Comme le montre la série de photos ci-dessous, bien maîtriser cette fonction est primordial pour donner un sens à une photo. Ici les profondeurs de champ sont classées par ordre de grandeur.

*Cliquez sur les images pour les visualiser en haute résolution

Photo n°1
Ici la profondeur de champ ne mesure que quelques millimètres. Cela permet d’orienter le regard vers les gouttes d’eau situées au centre de la toile d’araignée.
Photo N°2
Sur cette photo, elle mesure quelques centimètres afin d’avoir net à la fois les pétales et le pistil de la fleur.
Photo N°3
Dans ce sous bois, elle mesure environ 1,50 mètre. De cette manière, on a un fond un peu moins flou, ce qui permet de placer le sujet dans son environnement.

Photo N°4
Ici, on a l’impression que le viaduc de Millau est parfaitement net. En fait non, un zoom sur la photo montre que seul le premier plan l’est. La profondeur de champ doit mesurer environ 10 mètres.
Photo N°5
Sur cette photo d’architecture intérieure, il était très important que l’ensemble soit parfaitement net, aussi bien l’escalier du premier plan que le fond de la salle situé à environ 30 mètres.
Photo N°6
Dernier exemple avec cette photo classique de paysage ou la zone de netteté est très importante. Elle démarre à quelques mètres jusqu’à l’infini.

Généralement on s’intéresse à la profondeur de champ lorsqu’on veut apporter à une photo une certaine originalité via un arrière plan plus ou moins flou. Mais il est difficile de savoir quelle longueur va mesurer la profondeur de champ. Pour gérer correctement cette technique, il est nécessaire de bien comprendre son fonctionnement.

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Comment fonctionne la profondeur de champ ?

Si l’on fait par exemple la mise au point à 3 mètres avec un objectif de 50 mm dont l’ouverture est réglée à f/5.6, ce n’est pas seulement la partie du sujet située à 3 m qui est nette mais toutes les parties situées entre 2m50 et 3m80.

La Pdc est donc une zone de netteté qui se situe entre deux points précis :

1. Le PPN c’est à dire  le Premier Plan Net.
2. Le DPN qui correspond au Dernier Plan Net.

Par rapport à la distance de mise au point (ligne rouge), la profondeur de champ va se diviser en deux parties :

1. Une  zone avant qui correspond à environ 30% de la Pdc.
2. Une zone arrière  à environ 70%.

Au moment de la prise de vue, il est donc essentiel de faire la mise au point sur le premier tiers de la scène. afin d’exploiter au mieux la Pdc.

* Une mise au point sur l’infini ou proche de l’infini ne répond à cette règle. 

Note technique :
Les Ppn et Dpn ne sont que des notions relatives car elles dépendent du degré de netteté exigé : en effet, dans ces zones, le sujet  va passer progressivement du net au flou.  Définir un plan net (Ppn ou Dpn) fait appel à un autre critère : le pouvoir séparateur autrement dit la résolution. en autre de l’œil. En photographie, cette donnée s’appelle le « Cercle de confusion » et doit être prise en compte dans les calculs de la Pdc : voir le dernier paragraphe sur ces modes de calcul.

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Comment varie la profondeur de champ ?

Divers facteurs la font varier. On en retiendra trois :

1. La distance focale de l’objectif.
2. L’ouverture du diaphragme.
3. La distance de mise au point c’est à dire la distance entre l’appareil et le sujet.

Le temps de pose, lui,  n’a aucune influence.

Note technique : 
Il existe un quatrième facteur qui fait évoluer la profondeur de champ. Elle se modifie aussi en fonction de la couverture (plus ou moins large) du capteur par l’objectif. On ne parle pas de cet élément car l’utilisateur ne peut pas le contrôler. Il peut éventuellement influencer un professionnel qui consultera les tests techniques, avant l’acquisition due son équipement.

Elle varie avec la distance focale de l’objectif

Elle varie avec l’ouverture du diaphragme

Elle varie avec la distance de mise au point

Note technique :
C’est la distance de mise au point qui offre la plus grande précision et la  plus grande amplitude. Elle se modifie très rapidement car elle évolue comme le carré de la distance. 

En conclusion :

1. Pour avoir la zone de netteté la plus courte possible, il faudra :
   • Etre le plus près possible du sujet
   • Utiliser la plus grande ouverture (c’est à dire la valeur la plus petit comme f/2.8)
   • Utiliser la focale la plus longue (**sauf dans certain cas, voir  la note technique)
2. Pour avoir la zone de netteté la plus longue possible, il faudra :
   • Etre le plus loin possible du sujet
   • Utiliser la plus petite ouverture (c’est à dire la valeur la plus grande comme f/16)
   • Utiliser la focale la plus courte.

Note technique :
En pratique, il n’est pas possible de faire une prise de vue à une très courte distance avec un téléobjectif. Dans ce cas, on préférera une optique avec une focale plus courte qui permettra une prise de vue rapprochée, ce qui contredit  cette explication**.
En fait , le simple fait de s’approcher réduit considérablement la zone de netteté, bien plus qu’en agissant la focale.

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Comment contrôler la Pdc sur votre appareil photo ?

En principe, le diagramme de la profondeur de champ apparaît sur les écrans des appareils numériques. Il s’affiche en permanence avec le mode de mise au point manuel ou juste après la mesure de l’autofocus.

Voici un exemple avec le Fuji X100. L’écran affiche :

• L’échelle des distances.
• Le plan de mise au point : trait rouge. (distance appareil – sujet)
• Le PPN : Premier Plan Net qui correspond à la limite gauche du rectangle blanc.
• Le DPN : Dernier Plan Net, limite située à droite.
• La longueur approximative de la profondeur de champ : rectangle blanc
• Le ratio 1/3 – 2/3 par rapport au plan de mise au point.

Note technique :
En comparant les deux graphique ci-dessous, vous remarquerez que pour un modification du plan de mise au point de 2,30 mètres, la profondeur de champ évolue elle de 3 mètres. C’est bien la confirmation que c’est la distance de mise au point qui gère la plus grande partie de la Pdc car elle évolue comme le carré de la distance.

Le diagramme permet de contrôler la profondeur de champ car il est difficile de la visualiser sur un écran sauf s’il dispose d’une très bonne résolution. Dans ce cas là, vous pouvez vous aider d’une loupe pour contrôler le Ppn et le Dpn. La méthode est très efficace.

Note de l’auteur :
Dans le passé (année 90), on utilisait des oculaires pour contrôler la profondeur de champ sur le verre dépoli des chambres photographiques

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Influence du capteur

Le contrôle de la Pdc sera facile pour certain, difficile ou totalement impossible pour d’autre. Tout dépend du type d’équipement numérique.

Sur le visuel N° 8, on voit que plus la focale est courte, plus la Pdc est importante. On peut même dire que son évolution est exponentielle puisque entre un 90 mm et un 50 mm, elle passe de 1,20 m à 3,65 m.
Avec les APN, le problème provient de la dimension du capteur car plus celui-ci est petit, plus la focale est courte, plus la gestion de la Pdc est difficile.

  Si on se réfère à l’article que j’ai écris sur les dimensions des capteurs, on peut évaluer les performances suivantes :

• Avec une optique de 7 mm (capteur 1/2.3), la profondeur de champ sera tellement grande qu’il est pratiquement impossible d’avoir un arrière plan flou.
• Avec une optique de 31 mm (capteur Aps C), les possibilités sont beaucoup importantes, sans toutefois atteindre la précision des formats 24 x 36 mm (capteur ou argentique).

Note de l’auteur :
Ce dernier point est une des raisons pour lesquelles les professionnels sont arrivés tardivement sur le numérique. Les premiers appareils numériques ayant de petit capteur, le réglage de la profondeur de champ était très difficile. Or cette fonction est fondamentale pour les pro qui ont du attendre l’arrivée des capteurs 24 x 36 mm.

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Le cas particulier de la macrophotographie

En macrophotographie, la profondeur de champ est très très faible. Sur la table fournie par Olympus pour son optique macro de 60 mm, on voit toutes les contraintes de ce type prise de vue

Quelques commentaires sur ce tableau :

• Prise de vue à 19 cm (1ère colonne) : on voit que la profondeur de champ est de 2mm, mais surtout qu’elle n’évolue pas avec l’ouverture. En fait, son évolution est tellement faible que l’on considère qu’elle n’évolue pas.
• Prise de vue à 30 cm (2ème colonne) : la profondeur de champ est de 2 mm à f/2.8 mais et de 12 mm à f/22 . On gagne 10 mm.

En fonction du sujet que vous photographiez, vous aurez peut-être intérêt de reculer votre appareil de quelques cm afin de gagner Pdc. Vous pouvez ensuite rattraper la perte de grossissement via un agrandissement de l’image. 

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L’hyperfocale

L’hyperfocale est une particularité de la profondeur de champ bien connu des professionnels.  Il s’agit d’un réglage précis de la mise au point qui permet d’étendre la profondeur de champ jusqu’à l’infini.

Pour mettre votre profondeur de champ en hyperfocale, il suffit de placer le DPN sur l’infini et non pas la distance de mise au point :

• Si vous placez le plan de mise au point (trait rouge) sur l’infini, vous n’aurez que 30 % de marge sur  la zone avant c’est à dire trèspeu de Pdc
• Au contraire, si vous placez le Dpn sur l’infini vous augmentez de manière considérable votre mise au point. Faites le test sur votre diagramme

Sur le visuel N°9, on voit que pour une ouverture de f/16 la zone de netteté est de 2,50 à l’infini.

Nous sommes alors en Hyperfocale et si le sujet se trouve entre le PPN et DPN, il sera automatiquement net. Dans ces conditions, ce n’est plus la peine de faire votre mise au point, ni utiliser votre autofocus.

Vous gagnez alors en vitesse de prise de vue, c’est une situation parfaite pour les photos de sport, de nuit, de constellation, derrière une vitre, etc.

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Calculer une profondeur de champ précise.

Pour ceux qui veulent allez plus loin et calculer de manière précise une profondeur de champ en fonction de leur matériel, je vous livre ici les formules et la méthode*.

*Au paragraphe suivant vous trouverez un fichier Excel pour automatiser vos calculs.

Préalable

Pour calculer soi-même la profondeur de champ de son équipement, il faut prendre en compte 4 critères :

1. La focale de l’objectif.
2. L’ouverture.
3. La distance de mise au point.
4. Le cercle de confusion.

Si les 3 premiers critères ne posent pas question, il n’en n’est pas de même pour le cercle de confusion.

Calculer une Pdc consiste à mesurer la distance en deux points le premier plan net (Ppn) et le dernier plan net (Dpn). Mais comment définir ces deux points lorsque le sujet passe progressivement du net au flou ? C’est la fonction du « Cercle de confusion » que l’on va trouver dans les formules. Sans lui impossible de trouver les 2 points et de calculer la Pdc.

Pour schématiser,  le cercle de confusion comprend l’ensemble des résolutions (ou pouvoir séparateur) de la chaîne comme l’objectif, le capteur, l’œil, etc.

Pour plus de simplicité dans nos calculs, on va prendre la valeur standard du 24×36 mm soit 0.03 mm. Cette valeur correspond à la dimension que doit avoir un point afin qu’il corresponde au pouvoir séparateur de l’œil. 
Cette valeur étant très proche des valeurs correspondantes aux capteurs, l’incidence sur les résultats sera donc très limités.

La méthode

Le calcul d’une profondeur de champ se fera en 4 étapes :

1. Calcul de l’hyperfocale dont la formule est :
2. Calcul du Ppn  :
3. Calcul du Dpn :
4. Calcul de la profondeur de champs :

• H = Hyperfocale
• F =  Focale de l’objectif
• n = Ouverture de l’objectif
• e =  Cercle de confusion (valeur standard : 0.03 mm)
• Ppn = Premier Plan Net
• Dpn = Dernier plan Net
• p = Distance de Mise au point
• PDC = Profondeur de champ

Un exemple

Imaginons une prise de vue réalisée avec un appareil Fuji X100 équipé d’une optique fixe  de 38 mm. Je souhaite connaitre la profondeur de champ d’une prise de vue réalisée à 3 mètres à f/8.

Le résultat étant exprimé en mètre, il est nécessaire de tout convertir à cette mesure :

Optique  38 mm = 0.038 m
Distance de mise au point = 3 m
Ouverture f/8
Cercle de confusion 0.03 = 0.0003 m

Etape 1
Calcul de l’hyperfocale

(0.038 x 0.038) / (8 x 0.00003)
soit : 0.00144 / 0.00024 = 6
La distance de l’hyperfocale est donc de 6 mètres

Note technique :
Si dans ces conditions (38 mm à f/8), nous faisons  la mise au point à 6 mètres, l’image sera nette de 3 mètres (6 /2) à l’infini.

Etape 2
Calcul du PPN

(6 x 3) / 6 + (3 – 0.038)
soit : 18 / (6 + 2.962)
soit : 18 / 8.96 =2.01
Le premier plan net est à 2.01 mètres

Etape 3
Calcul du DPN

(6 x 3) / 6 -(3 – 0.038)
soit : 18 / (6 – 2.962)
soit : 18 /3.038 =5.91
Le dernier plan net est à 5,91 mètres

Etape 4
Calcul de la profondeur de champ

5.91 – 2.01 = 3.90 mètres

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Un tableur sous Excel pour vous aider

Je comprend très bien que tous ces calculs soient fastidieux. Je vous ai donc préparé un fichier Excel contenant l’ensemble des formules. Il vous suffit d’entrez les paramètres de votre prise de vue pour avoir, immédiatement, la profondeur de champ exacte.

Il est important d’entrer des valeurs cohérentes*, correspondant au condition de votre prise de vue.

*Si vous entrez par exemple une prise de vue à 1 mètre avec un 300 mm, la profondeur de champ sera de 00 : cette prise de vue n’est pas réalisable.

Téléchargez le fichier ici

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Jean Claude ROMON
Copyright – Novembre 2017