Principes de base et techniques en colorométrie
- Introduction
En odontologie, les critères principaux du succès esthétique d’une restauration sont le bon choix de la forme, de la couleur et de l’état de surface.Dans son exercice quotidien, l’odontologiste est fréquemment confronté au problème de la détermination de la couleur des dents naturelles Ce sujet a toujours été considéré comme délicat par la plupart des praticiens et prothésistes de laboratoire. La subjectivité du choix visuel, pratiqué fréquemment dans une ambiance lumineuse inappropriée, et les difficultés de la reproduction de la couleur au laboratoire conduisent la profession à s’intéresser aux appareils de mesures colorimétriques, spectrophotométriques ou à d’autres systèmes innovants de plus en plus nombreux sur le marché.
- Propriétés optiques
2 . 1 – Les quatre niveaux intervenant dans la détermination de la couleur
La nature de la source lumineuse est le premier de ces niveaux. Il faut une source lumineuse adaptée, en intensité et en nature. Dans la pénombre, nous pouvons distinguer la forme d’un objet, mais nous ne pouvons en déterminer la teinte exacte. Un éclairage bleu ou un éclairage rouge modifie complètement la détermination de cette teinte. Cela nous paraîtrait ridicule de choisir une teinte avec un tel éclairage. Pourtant, il en est de même avec un éclairage par lampe à incandescence ou un tube au néon, leur nature est très différente et modifie insidieusement notre choix de couleur par rapport à un choix effectué en lumière du jour.
Le second niveau est l’objet observé. Il peut être extrêmement complexe associant plusieurs couleurs, sa transparence et son état de surface qui perturberont le choix. La lumière réfléchie ou transmise par l’objet vers le capteur, l’œil, dépend de la nature de la source.
L’œil est le troisième niveau. Il capte par ses cellules sensorielles, les bâtonnets et les cônes, une partie limitée des photons. C’est le spectre visible. Il transmet les informations vers le centre de la vision, au niveau du cortex occipital.
Le quatrième et dernier niveau correspond à ce cortex occipital où les informations transmises vont être recueillies et analysées.
Des anomalies peuvent exister et si elles sont systématiquement recherchées dans certaines professions, comme les spécialistes en audiovisuel, elles ne le sont pas chez le dentiste. Les dyschromatopsies partielles (le daltonisme) est une perturbation de la vision des couleurs. La plus courante étant la confusion des teintes vertes et rouges, moins fréquente, la confusion du bleu et du jaune. Enfin, certains sujets ne distinguent aucune couleur, juste des niveaux de gris : il s’agit de l’achromatopsie.
Mais en dehors de ces affections, il faut savoir que la vision a été éduquée depuis l’enfance et que le cerveau complète et interprète les images en leur donnant un sens. Chacun aura donc une vision subjective et son interprétation personnelle. Il est donc nécessaire de s’entraîner à identifier les teintes.
2 . 2 – Les trois caractéristiques de la couleur
2 . 2 . 1 – La luminosité
(syn. : brillance, luminance ou valeur, terme anglais « value »)
La luminosité correspond à la quantité de lumière réfléchie. Si tout le spectre de la lumière du jour est réfléchi, l’objet observé est blanc. Si rien n’est réfléchi, l’objet est noir. Dans cet intervalle, en fonction de la quantité de lumière l’objet apparaît plus ou moins gris. La difficulté dans le choix de la luminosité est de faire abstraction de la teinte et de la saturation en teinte. Les cellules spécialisées dans la luminosité sont les bâtonnets.
2 . 2 . 2 – La teinte
(syn. : tonalité chromatique, chromaticité, ton, terme anglais « hue »)
Cette teinte est exclusivement liée à la longueur d’onde dominante de la lumière réfléchie. Elle fait partie du spectre visible (figure 1).
Figure 1 : Rayonnement électromagnétique et spectre visible
La limite du spectre visible varie d’un individu à l’autre, les extrêmes pourraient être de 380 nanomètres à 800 nanomètres. L’ultraviolet et l’infrarouge ne sont pas visibles. Les 6 ou 7 couleurs habituellement répertoriées sont : violet (et indigo)[380-450nm], bleu [450-490nm], vert [490-560nm], jaune [560-590nm], orange [590-630nm], rouge [630-800nm]. La limite bleu-vert-indigo est difficilement discernable. En réalité, la variation de teinte est continue et cette distinction est totalement arbitraire.L’œil (cônes) est plus sensible dans l’intervalle vert-jaune et moins sensible à partir du rouge et du bleu.
2 . 2 . 3 – La saturation
(syn. : intensité, densité de couleur, en anglais « chroma »)
C’est la quantité de la teinte dans le matériau. Pour diluer une teinte, il suffit d’y ajouter du blanc.
La couleur est donc l’association de ces trois caractéristiques : la luminosité, la teinte et la saturation. Il convient donc de distinguer couleur et teinte, employées habituellement l’une pour l’autre dans le langage courant.
- Modélisations des couleurs et dimensions colorimétriques
Deux systèmes sont utilisés pour classer ces couleurs. Le plus ancien est le système de Munsell. Aujourd’hui, on utilise le système L*a*b* (figure 2).
Système CIE L*a*b :
C’est la sphère chromatique. Elle adopte le système de représentation des couleurs L*a*b, établi par la Commission Internationale de l’Eclairage, chargée de concevoir un tableau des
couleurs normalisé reposant sur un principe mathématique, capable de répondre à la quête de précision et d’objectivité.Ce système est une évolution du système précédent, établi afin de satisfaire à toutes les applications et exigences industrielles modernes.
L*est l’axe vertical quantifiant la luminosité ; a* et b* sont les coordonnées chromatiques rectangulaires où l’axe (-a*, +a*) est l’axe vert-rouge, et l’axe (-b*, +b*) est l’axe bleu-jaune.
Les dents naturelles humaines y occupent un espace de forme rhomboïde communément appelé
« banane chromatique »
C’est une zone haut située dans la sphère chromatique, et assez proche de l’axe blanc-noir L*. Ceci signifie que les dents naturelles sont très lumineuses et désaturées. De plus, elle est située dans le cadran entre l’axe +a*(rouge) et l’axe +b*(jaune) : la tonalité chromatique de toutes les dents naturelles est jaune-orangée.
Outre cette démonstration, ce modèle présente un intérêt important : il permet d’exprimer aisément une différence de couleur entre deux objets, notée ΔE, elle correspond à la distance entre deux points de couleur dans la sphère et est calculée par la racine de la somme des carrés des différences entre variables :
ΔE= [(L* 1 -L* 2 ) 2 + (a* 1 -a* 2 ) 2 + (b* 1 -b* 2 ) 2 ] ½
Système C.I.E. L*C*H :
D’après les recommandations d’un colloque de notre profession sur la mesure de la couleur, datant de 2003, ce troisième système élaboré par la CIE serait le plus adapté à notre activité, et notamment à la recherche.
Le système est identique à l’espace de couleurs L*a*b, sauf que la position d’une couleur dans l’espace est décrite par ses coordonnées polaires, plutôt que par ses coordonnées angulaires.
De la même façon que dans l’espace L*a*b, la luminosité L* est l’axe vertical et s’étend de zéro (noir) à cent (blanc), et la saturation c* (chroma) est représentée par la distance entre l’emplacement de la couleur et l’axe neutre vertical.
La teinte h° (hue) est mesurée sur un angle s’étendant de 0° à 360°. Les angles qui s’étendent de 0° à 90° représentent les rouges, les oranges et les jaunes. De 90° à 180°, ils représentent les jaunes, les jaunes et verts et les verts. De 180° à 270°, ils représentent les verts, les cyans (bleu-vert) et les bleus.
Enfin de 270° à 360°, ils représentent les bleus, les pourpres, les magentas, et reviennent ensuite aux
rouges.
- Propriétés optiques du rayonnement lumineux
Lorsque la lumière frappe la matière, trois phénomènes peuvent se produire : l’énergie peut être réfléchie, transmise ou absorbée.
- Absorption :
Lorsque la lumière tombe sur un matériau, une partie des radiations n’est ni réfléchie, ni transmise, mais absorbée. Elle se transforme alors en chaleur. Tout rayonnement absorbé est soustrait de la couleur perçue. Ce sont les rayons non absorbés qui détermineront la couleur de l’objet ainsi que ses propriétés complémentaires. Par exemple, un objet est considéré comme rouge lorsqu’il absorbe toutes les longueurs d’ondes violettes, bleues, vertes, oranges et jaunes, et ne réfléchit que les rouges. Un corps qui absorbe toutes les longueurs d’onde est perçu comme noir.
- Transmission :
Ces phénomènes dépendent du nombre de particules incluses dans l’objet et de leur taille. Ildéterminent la translucidité et a contrario l’opacité de l’objet. Un matériau n’autorisant aucune transmission est totalement opaque.
- La réfraction est le changement de direction d’une onde lumineuse lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre. Ainsi, une lumière incidente frappant un matériau translucide verra une partie de ses rayons réfléchis, et d’autres pénétreront la matière en changeant de direction. Un matériau ne modifiant pas la direction des rayons le traversant est dit transparent.
- La diffraction est le phénomène suivant lequel les ondes lumineuses peuvent contourner les obstacles de dimensions sensiblement égales à leurs longueurs d’ondes.
Ce comportement particulier de la lumière se retrouve à travers l’émail dentaire naturel. Il conditionne sa translucidité.
- La diffusion est la propagation des rayons lumineux d’un faisceau dans toutes les directions.
- Réflexion :
C’est le changement de direction d’une onde sur une surface. Elle ne pénètre pas le
milieu.Cela se produit lorsque les particules d’un objet sont plus larges que la longueur d’onde de la lumière incidente.
- Caractéristiques optiques des dents naturelles :
La dent est un objet très complexe à analyser : son comportement optique est une combinaison de nombreux paramètres, à commencer par la couleur et ses trois dimensions fondamentales que sont la luminosité, la saturation et la tonalité chromatique, mais on doit aussi considérer des paramètres additionnels comme la transparence et la translucidité, l’opalescence, la fluorescence, la brillance de surface, les caractérisations.Ces effets lumineux rendent la structure dentaire très difficile à cartographier, mais ce sont eux qui donnent le « naturel » à la dent.
- translucidité
La translucidité ou la transparence d’un matériau traduit le fait qu’une partie ou que toute la lumière incidente peut traverser ce matériau. La translucidité de la dentine est de 40 % alors que celle de l’émail est de 70 %.
- Opalescence
L’opalescence désigne les effets bleutés et orangés qui sont souvent visibles sur les bords d’émail naturel. On parle d’« effet opale ». On observe qu’en réflexion lumineuse, l’émail réfléchit préférentiellement des lon-gueurs d’ondes courtes, ce qui lui donne un aspect bleuté.
Tandis qu’en transmission lumineuse, l’émail produira un aspect rouge-orangé car il laisse passer les longues longueurs d’onde.
- fluorescence
La notion physique de fluorescenc est la capacité d’un corps soumis à un rayonnement ultraviolet non visible de réémettre immédiatement cette lumière dans une bande spectrale visible de longueur d’onde courte et de couleur blanc bleuté ] (fig. 9 a et b). La dentine est responsable de la fluorescence des dents naturelles.
- L’état de surface des dents naturelles peut être très variable et il influence significativement la perception colorée.
- Les caractérisations sont indissociables de la description de la couleur d’une dent naturelle. Il s’agit d’aspects colorés particuliers et localisés comme des taches blanches opaques de déminéralisation.
EN RESUME
la dentine se rattachent la saturation, la tonalité chromatique et la fluorescence de la dent alors que l’émail est responsable de la luminosité, des effets de dégradés, de transparence et d’opalescence des bords incisifs.
- Détermination des couleurs par spectrophotométrie
es spectrophotomètres analysent les longueurs d’onde réfléchies d’une lumière incidente polychromatique visible. Le spectre réfléchi est mesuré en de très nombreux points, à intervalles faibles, et il est comparé à une base de données pour en déduire la couleur de la dent. Pour une mesure optique, plusieurs millions de points de référence sont analysés sur une dent.Ces appareils sont actuellement les plus précis et ne posent pas de problèmes de vieillissement de la source lumineuse.
- Conclusion
L’analyse et la communication de la couleur des dents naturelles a énormément progressé avec la mise au point de teintiers intégrant l’analyse 3D de la couleur et l’apparitionde spectrophotomètres et de colorimètres performants.Encore faut-il comprendre ce qu’est la couleur d’une dent naturelle.
Elle dépasse largement la définition d’une teinte de base prise dans le tiers moyen de la dent de référence. Elle dépasse aussi largement l’analyse tridimensionnelle de la couleur classiquement décomposée en luminosité, saturation, et tonalité chromatique. Elle se développe en profondeur, intimement dans la stratification des tissu de la dent naturelle. Ce sont les six autres dimensions de la couleur que sont l’opacité et la translucidité,l’opalescence, la fluorescence, l’effet nacré, la texture de
surface et les caractérisations qui doivent êtres prises en compte, pour arriver à une description parfaite du naturel.
Principes de base et techniques en colorométrie
Les dents de sagesse peuvent provoquer des infections si elles ne sont pas extraites à temps.
Les couronnes dentaires protègent les dents fragilisées par des caries ou des fractures.
Les gencives enflammées peuvent être un signe de gingivite ou de parodontite.
Les aligneurs transparents corrigent les dents de manière discrète et confortable.
Les obturations dentaires modernes utilisent des matériaux biocompatibles et esthétiques.
Les brossettes interdentaires éliminent les débris alimentaires entre les dents.
Une hydratation suffisante aide à maintenir une salive saine, essentielle pour la santé dentaire.