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07 janvier 2003
par Stéphane Jourdan stephaneJOU@sct.ddec.edu.pf
Deux ancêtres méconnus
du cinéma
Les
stroboscopes
Le stroboscope était dans ma jeunesse l’outil
emblématique des mécaniciens. Il leur servait à
visualiser la position du volant d’inertie d'un moteur au moment
de l’ "allumage" de la lampe et permettait ainsi de caler
l’allumage –de la bougie cette fois– au bon moment
du cycle. Aujourd’hui, tout cela est informatisé et,
si vous savez encore ouvrir le capot de votre voiture, je vous mets
au défit d’y mettre à jour un distributeur, plus
connu autrefois sous le nom de "delco" ou les mythiques vis platinées
de nos pères…
Plus généralement, les stroboscopes sont des dispositifs
capables d’émettre des éclairs réguliers.
Ainsi, dans les boites de nuit, un stroboscope permet de ralentir
ou de figer les mouvements périodiques des danseurs.
Pour cela, la fréquence propre du stroboscope doit être
proche de la fréquence du cycle observé. C’est
pour cette raison que nos lampes à incandescence et nos "néons",
qui émettent pourtant des éclairs cent fois par seconde,
donnent rarement lieu à des effets stroboscopiques, leur
fréquence étant trop élevée par rapport
à la plupart des phénomènes qui nous entourent.
Le
stroboscope électronique a été inventé
par Edgerton vers 1930.
Mais le stroboscope,
primitivement, fut l’invention de Joseph Plateau en 1836 (pour
d’autres il est plutôt l’inventeur du phénakistiscope
alias Fantascope en 1832 et le stroboscope en aurait été
dérivé par Simon Stampfer ; mais pour d’autres
encore c’est Stampfer l’inventeur du phénakistiscope…nous
ne démêlerons pas cet imbroglio !). Cet ancien
stroboscope fonctionnait par occultation : les fentes d'un cylindre
en rotation permettaient de découvrir par instant la vision
par leur passage dans la ligne de visée.
Comme ses cousins, le thaumatrope (1826), le phénakistiscope
déjà cité, le zootrope (William Horner 1833
ou 34), le praxinoscope (Emile Reynaud 1881), le tachyscope (Ottomar
Anshütz), le praxinoscope de projection (ou praxinoscope-théatre
Reynaud 1888) et le kinétoscope (Edison le 21 février !
1893 selon certains ou 1888 selon d’autres), ce stroboscope
ancestral pouvait servir à recréer l’illusion
du mouvement à partir d’images peintes ou plus rarement,
photographiques.
Toutes ces inventions sont considérées comme les ancêtres
du cinématographe (le fameux cinéma
des frères Lumière, 1895) lui-même finalement
un précurseur de la télévision (1950)…
par leur technique, ce sont plus précisément des ancêtres
du projecteur de cinéma. Le précurseur de la caméra
cinématographique serait par ailleurs le fusil-photographique,
conçu en 1882 par Etienne Marey. Il prenait un "film" de
12 images en une seconde.
Rarement mentionné et de découvreur inconnu, le parent
pauvre de toutes ces inventions est le "brouillonoscope"
et, n’en ayant trouvé aucun, je me plais à donner
ce nom à ces animations bien connues des cancres (encore
aujourd’hui dessinées au coin de leurs cahiers) pour
amuser leurs camarades. La lecture s’en fait bien sûr
en brossant le bord des feuilles tel un jeu de cartes… On peut
en voir une démonstration améliorée lors d’une
visite de Disney Land. Les dessinateurs avaient en effet coutume
de prévisualiser le résultat de leurs ébauches
grâce à un brouillonoscope de feuilles transparentes…
Le brouillonoscope a pu exister depuis l’invention du papier,
donc bien avant les différentes lanternes plus haut citées.
S’il était réhabilité, deviendrait-il
l’ancêtre le plus ancien du cinéma ? Cher
lecteur, n’anticipons pas, mais selon moi, la réponse
est non…
Après l’invention du cinéma, et pendant tout
le XXème siècle, la famille continuera à s’enrichir,
avec différents appareils que l'on peut admirer au Musée
du Jouet (voir site). Intéressons-nous plutôt au fonctionnement
commun de toutes ces merveilles…
L’interface
machine-homme.
Si le stroboscope moderne se distingue du stroboscope ancestral,
ainsi que de tous les machines apparentées, par le fait qu’il
observe des objets réels et non des photographies
ou images peintes, le principe de l’action de tous ces appareil
repose en définitive sur la même interface : succession
d’images fixes, ou "fixées" d’une part/
système de vision humain d’autre part. Détaillons
un peu la première partie de ce binôme :
Au cinéma : des images peintes (dessin animé),
des photographies ou, de nos jours, des images de synthèse
sont présentées (24 fois par seconde) au spectateur.
Elles sont entrecoupées de périodes pendant lesquelles
l’écran n’est pas éclairé et le film
défile alors jusqu’à la prochaine image. Ces
périodes aveugles abaissent la luminosité moyenne
de la projection d’où le besoin d’obscurité
dans la salle pour obtenir une bonne vision.
A la télévision : des images cinématographiques
sont rafraîchies 25 ou 30 fois par seconde, ligne par ligne,
de haut en bas et de gauche à droite. Les régions
de l’écran luminescent qui ne sont pas en train d’être
rafraîchies ne perdent que lentement (en attendant le passage
suivant du rayon cathodique) la luminosité que celui-ci lui
a imprimée au dernier passage. Cette persistance lumineuse
propre de l’écran permet une meilleure vision des images,
même en plein jour. Si on utilise le balayage en abscisse
du tube cathodique comme un stroboscope pour étudier en ordonnée
un phénomène électrique extérieur, la
télévision devient un oscilloscope !
Avec un stroboscope (moderne) : des objets ou personnes réels
en mouvement réel continu sont éclairés
par des périodiques éclairs violents et brefs, et
éclairés normalement ou faiblement le reste du temps.
Bien que le l’objet soit théoriquement visible tout
le temps, tout se passe comme si les périodes "éblouissantes"
masquaient les périodes sombres et il en résulte une
série " d’instantanés " visible sur
la pellicule photographique ou en direct par l’observateur.
Différents effets sont alors observables : La littérature
abonde sur le fait que, si la fréquence f du stroboscope
est égale ou proche de la fréquence F du mouvement
périodique observé, on observe des ralentis, des arrêts
apparents et bien sûr le spectaculaire (Hooo !) mouvement
rétrograde…
Moult formules avec F et f illustrent en général ce
propos. Rien n’est dit de la symétrie éventuelle
d’ordre n des pièces rotatives qui change pourtant le
calcul des fréquences caractéristiques. Et c’est
aussi par intuition que l’on est sensé réaliser
que, si la fréquence du stroboscope est suffisamment grande,
disons à partir de 12 ou 15 hertz, le mouvement apparent
perd son aspect saccadé et devient apparemment continu ce
qui finit de rattacher alors le stroboscope à la grande famille
du cinéma (auquel il est génétiquement apparenté
par son ancêtre homonyme, c’est indéniable, mais
techniquement lié de façon beaucoup plus lâche).
La
persistance du credo de la persistance rétinienne fait fi
de l’effet Phi !
On voit que
ces trois situations sont sensiblement différentes mais l’explication
avancée pour le grand public est toujours la même et
plutôt lapidaire : "L’illusion du mouvement a pour origine
le phénomène de la persistance rétinienne"
ou encore "la persistance des impressions sur la rétine donne
l’impression que l’image est continue, que la scène
est animée". Examinons pourquoi cette idée est fausse.
La persistance rétinienne, bien réelle, explique sans
doute pourquoi au cinéma on ne voit pas l'écran s’éteindre…On
a vu en revanche que pour la télévision, la persistance
rétinienne était pour ainsi dire inutilisée
puisque l’image ne s’éteint pas. Dans le stroboscope,
la persistance rétinienne sert plutôt à favoriser
les images vives par rapport aux images ternes. Mais là,
parler "d’illusion du mouvement" serait abusif, puisque le
mouvement observé est bien réel. Il faudrait plutôt
parler pour le mouvement perçu de mouvement illusoire voire
d’immobilité illusoire quand justement il n’y
a plus de mouvement perçu !
L’action de la persistance rétinienne peut sans doute
expliquer la continuité perçue entre les images, tant
que la période de leur substitution, qu’elle soit floue
ou obscure, reste inférieure à la durée de
la persistance.
On a beau réfléchir,
on ne voit pas, c’est le cas de le dire, comment la persistance
rétinienne, qui implique le maintien de la perception
d’une image fixe pendant un certain temps, expliquerait
aussi l’illusion d’un mouvement continu entre deux images
successives, idée qui paraît admise dans beaucoup de
publications. Cette persistance devrait au contraire augmenter l’impression
de saccades ! Cette prétendue explication semble en
fait dater de la même époque que les machines que nous
avons évoquées plus haut, le XIX siècle !
A cette époque, le caractère mécanique de la
vision n’était pas mis en doute. On sait aujourd’hui
que l’œil ne voit rien : ni volume, ni mouvement,
ni objet. Seul le système global œil-cerveau voit ou
mieux perçoit toutes ces choses ! La perception
des objets, de leur position dans l’espace, de leurs mouvements
respectifs etc. ne se situe nullement au niveau de la rétine.
Ce sont bien sûr en réalité les mécanismes
ultrarapides et perfectionnés du cerveau qui structurent
a posteriori les images brutes captées par la rétine
et leurs donnent un sens, tâche que jusqu’à aujourd’hui
les ordinateurs restent incapables d’égaler :
au cinéma ou à la télé, nous "voyons"
les roues de la charrette tourner à l’envers mais il
ne faut pas oublier que nous "voyons" aussi que ce sont des roues
de charrette, que la charrette est une charrette, qu’elle avance
de-ci ou de-là et que nous ressentons en même temps
que la caméra se déplace, sans préjudice du
fait que nous avons reconnu John Wayne en tant que cocher !
Votre chien, s’il voit la télé (on supposera
ici que vous n’emmenez pas votre chien au cinéma) et
entends les chevaux hennir, ne verra pas que les roues tournent
car il ne voit pas que ce sont des roues, que c’est une charrette,
que c’est John Wayne etc. Personne, à ma connaissance,
ne remets pourtant en question la persistance rétinienne
chez le chien ?
Par ailleurs des mouvements peuvent être perçus en
dehors de toute stimulation stroboscopique : l’enfance
de ces illusions d’optiques est de s’apercevoir que lorsqu’on
fait bouger son œil avec son doigt, le monde bouge ! Dans
une expérience fondamentale sur la vision, on fait apparaître
alternativement devant un observateur privé de repères
deux points lumineux séparés par une certaine distance.
Au moment où un point s’éteint, l’autre
s’allume. L’observateur voit un point unique divaguer
paresseusement d’une position à une autre… c’est
l’effet F (phi) qui est dû à la stimulation de
certains neurones de la rétine spécialisés
dans la détection des mouvements.
Les références les mieux renseignées (comme
le site Moonlight whispers par ex.) font bien allusion à
l’effet F et le distingue nettement de celui de la persistance
rétinienne.
Il faut donc regarder la vérité en face :la persistance
rétinienne n’est pour rien dans l’illusion du mouvement.
La perception d’un mouvement continu, qu’il soit réel
ou stroboscopique à l’origine, est une reconstitution
permise par le fonctionnement du cerveau. Les mécanismes
qui s’y déroulent nous permettent d’ailleurs non
seulement d’apprécier en temps réel le mouvement
dans son développement mais aussi, ne l’oublions pas,
de l’anticiper par exemple quand nous jouons au tennis.
J’ai tenté de réhabiliter plus haut un parent
injustement ignoré, apparemment invisible tant il nous crevait
les yeux, du septième art… J’en arrive maintenant
à la présentation d’un autre parent du cinéma,
peut-être encore plus ancien, puisqu’on peut hypothétiquement
le faire remonter à l’antiquité romaine au moins,
donc bien avant la démocratisation du papier chez les cancres
(et il est probablement difficile de faire un brouillonoscope avec
des tablettes de cire…ou de marbre). Il s’agit du "palissadoscope".
Le
palissadoscope, théorie et pratique.
Dans ce nouvel appareil, l’occultation –produite par un
mécanisme dédié chez les ancêtres du
cinéma que nous avons répertoriés plus haut–
est ici une conséquence du passage d’un véhicule
devant des espaces.
Vous l’avez sans doute deviné ? L’appareil
se compose en tout et pour tout d’une palissade ! Les
planches devront en être régulièrement espacées
et aussi suffisamment écartées. Si les espaces ne
sont pas assez larges, la formation de l’image sera gênée
par la parallaxe, si elles le sont trop, les images ne seront pas
suffisamment figées. J’utilise personnellement une palissade
qui se trouve devant mon domicile et dont les planches ont 135 mm
de large. Leur écartement est de 25 mm et leur épaisseur
de 18.
Le palissadoscope se trouve judicieusement placé le long
d’une route parcourue par de nombreux véhicules, à
roues de différentes tailles si possible, même s’il
ne passe plus guère de charrettes... On doit pouvoir se reculer
à une certaine distance (10 m et plus) de la palissade pour
observer le passage des véhicules. L’observateur doit
bien se concentrer sur la partie à observer, ce qui peut
être facilité s’il la suit des yeux avant le passage
derrière la palissade.
Si une partie des véhicules est animée d’un mouvements
périodique, par exemple rotatif et porteuse de décorations
à symétrie de rotation , on pense en particulier aux
roues, on pourra alors observer un décomposition stroboscopique
de leur mouvement. La variation du rapport F/f sera obtenue en observant
des roues de diamètre différents mais surtout
de symétries différentes ! Les roues d’automobiles
portent des motifs symétriques d’ordre extrêmement
varié
 
Exemple: symétrie-d'ordre 5 et symétrie-d'ordre-6
A vitesse égale du véhicule, les roues tournent d’autant
plus vite que leur diamètre est petit. La fréquence
de retour du même motif est donc inversement proportionnelle
au diamètre de la roue et proportionnel à l’ordre
de symétrie. Comme la fréquence d’obturation,
par la palissade, est proportionnelle à la vitesse du véhicule
ce dernier paramètre ne joue pas, finalement, sur l’effet
stroboscopique obtenu (ralenti avant, ralenti arrière,
immobilité)!
Une manière de prolonger l'effet du palissadoscope serait
de courir pour rester à la hauteur du véhicule, ou
en observant depuis un autre véhicule qui se maintient à
sa hauteur. Une troisième manière serait d’observer
un objet immobile, mais animé d’un mouvement périodique
rotatif, depuis un véhicule qui longe la palissade mais reconnaissons
que la première manière est de loin la plus amusante
et la plus frappante.
Le palissadoscope est indéniablement un ancêtre de
tous les stroboscopes, c’est donc bien un ancêtre du
cinéma. Le fait que je l’aie découvert (sauf
réclamation) au XXIème siècle, alors que les
palissades se raréfient, ne lui enlève pas son antiquité
supposée, seulement limitée peut-être par la
nécessité de la découverte antérieure
de la roue. L’opinion généralement répandue,
que la décomposition stroboscopique du mouvement était
impossible avant l’invention du cinéma ou de ses ancêtres
immédiats, telle qu’on l’exprime par exemple sur
le site de l’université de Laval : "Cette illusion
n’est possible qu’en regardant une voiture rouler au cinéma
ou à la lumière des lampadaires" est donc erronée.
Ne peut-on au contraire imaginer que jadis un berger vascon des
parages de Pau (la palissade) a vu les roues des chars romains,
à sa grande surprise, tourner au ralenti en entrant dans
la ville ?
Sources :
De la lanterne magique à l’appareil photo jouet (http://musée-du-jouet.com)
Une petite histoire du cinéma (http://yrol.free.fr/CINEMA/histoire.htm)
Cinéma, télévision et persistance rétinienne
(http://www.fsg.ulaval.ca/opus/physique534/technologies/cinema.shtml)
Les ancêtres de la caméra (http://cyberechos.creteil.iufm.fr/cyber10/histoire/camera/camera.htm)
La naissance du cinéma (www.malexism.com/medias/cinamaxix1.html)
Les origines du cinéma et du cinéma d’animation
(http://www.moonlight-wispers.com/français/histoire.html)
Edgerton in world war II : the stroboscope (en anglais) (http://web.mit.edu/6.933/www/Fall2000/edgerton/www/stroboscope.html)
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