Pourquoi les peintres aiment-ils les ateliers à fenêtre au nord ?
― Le Soleil de la journée ne traverse que le ciel du sud, toute l'année
Quand on construit une maison, les pièces ensoleillées orientées au sud ont la cote. Pourtant, depuis longtemps, les peintres préfèrent travailler avec une fenêtre au nord. La raison : ce qui entre par une fenêtre nord n'est pas la lumière du Soleil, mais seulement celle du ciel. Et cette lumière change à peine, du matin au soir.
Vous êtes près d'une fenêtre orientée au sud et vous peignez des fruits posés sur une table. Quand vous avez commencé, ce matin, l'ombre de la pomme s'étirait nettement vers la gauche.
Après midi, l'ombre raccourcit et change de direction. Le soir, la lumière jaunit, et même le rouge de la pomme paraît différent. Chaque nuage qui passe fait aussi vaciller la clarté de la pièce.
Votre tableau commencé et les fruits devant vous s'écartent peu à peu l'un de l'autre. C'est ce souci que les peintres ont évité en choisissant une fenêtre au nord.
Deux raisons seulement
Aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord, comme au Japon, le Soleil de midi est toujours dans le ciel du sud. Une fenêtre au nord ne reçoit donc aucun rayon direct de toute la journée.
Ce qui entre, c'est la lumière diffusée par tout le ciel. Les ombres sont floues, et la clarté comme la couleur varient peu au fil des heures.
Une fenêtre nord laisse donc dehors le « Soleil vagabond » et ne fait entrer que « un grand ciel tranquille ». Regardons cela étape par étape.
Par où passe le Soleil ?
Le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest. Mais, à y regarder de près, il ne passe pas en ligne droite au-dessus de nos têtes, de l'est exact à l'ouest exact. Au Japon, à midi, il suit une route inclinée vers le sud du ciel.
La figure 1 est une carte du ciel vue d'en haut. Le centre est le point juste au-dessus de vous, le bord est l'horizon. En hiver, le Soleil ne trace qu'un petit arc bas dans le ciel du sud. Aux équinoxes, il se lève presque plein est et se couche presque plein ouest. Il n'entre jamais dans le ciel du nord.
En été, c'est un peu différent. Les points de lever et de coucher se décalent vers le nord, et le Soleil traverse le ciel nord tôt le matin et en fin de journée. Vers le solstice d'été, cela représente environ 7 heures en tout, matin et soir. Mais cela se passe avant 8 h 30 environ et après 15 h 30 environ. Pendant les heures de travail, aucun jour de l'année, le Soleil direct n'entre par une fenêtre nord.
Pourquoi la lumière du ciel est-elle plus facile à peindre ?
Par une fenêtre nord entrent le bleu du ciel et le blanc des nuages. C'est de la lumière solaire diffusée par les molécules de l'air et par les nuages, qui nous parvient de tout le ciel. Comme la source de lumière occupe toute la fenêtre, le bord des ombres est flou.
Le Soleil, lui, est un tout petit point lumineux dans le ciel. L'ombre qu'il projette a donc des bords nets. De plus, elle tourne de 15 degrés par heure à mesure qu'il se déplace. Avec la lumière d'un ciel qui remplit la fenêtre, la forme de l'ombre reste douce et bouge à peine.
La couleur est, elle aussi, plus stable. La lumière directe tire sur le jaune ou l'orangé le matin et le soir, et devient blanche à midi. Si un nuage cache le Soleil, la pièce s'assombrit d'un coup. Le ciel du nord, côté opposé au Soleil, varie moins en clarté et en teinte. Pour qui veut voir les couleurs avec exactitude, c'est un grand avantage.
Les usines à « toit en dents de scie » étaient souvent construites avec leurs pans vitrés verticaux tournés vers le nord. On pense que c'était pour obtenir, toute la journée, une lumière stable permettant de repérer les inégalités de couleur des tissus. Les artisans qui vérifient la couleur des pierres précieuses ou des étoffes auraient eux aussi préféré la lumière d'une fenêtre nord.
En Australie ou dans le sud de l'Amérique du Sud, le Soleil de midi passe dans le ciel du nord. Les peintres y choisissent donc une fenêtre au sud. Ce qui compte n'est pas l'orientation en elle-même, mais de faire face au côté du ciel où le Soleil ne vient pas.
En résumé
Le Soleil de la journée passe toute l'année dans le ciel du sud. Une fenêtre au nord ne reçoit donc aucun rayon direct, seulement la lumière douce de tout le ciel. Ses ombres sont floues, et sa clarté comme sa couleur changent peu avec les heures. C'est idéal pour un travail où l'on copie couleurs et formes pendant de longues heures.
Une fenêtre nord laisse le Soleil dehors et invite seulement le ciel.
Ce que les peintres voulaient, ce n'était pas plus de clarté, mais une lumière qui ne change pas.
Pour savoir pourquoi la lumière du ciel est bleue, lisez « Pourquoi le ciel est-il bleu alors que le coucher de soleil est rouge ? ». Pour voir comment l'orientation se lit jusque dans les arbres d'une montagne, lisez « Pourquoi les arbres diffèrent-ils entre un versant nord et un versant sud ? ».
- Par une journée ensoleillée, à midi, posez une feuille de papier blanc identique près d'une fenêtre côté sud et près d'une fenêtre côté nord.
- Dressez un crayon sur chaque feuille et comparez les ombres. Près de la fenêtre sud, l'ombre devrait avoir des bords nets ; près de la fenêtre nord, elle devrait être floue.
- Attendez environ 2 heures, puis regardez de nouveau. Comparez avec des photos de smartphone : de quel côté la direction et la longueur de l'ombre ont-elles le plus changé ?
Tôt le matin ou en fin de journée, en été, le Soleil peut entrer aussi par la fenêtre nord. Faites donc la comparaison autour de midi. Ne regardez jamais le Soleil directement à travers la fenêtre.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège aux cours universitaires spécialisés
- CollègeCe qu'on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu'on apprend au lycée en sciences de la Terre ou en physique
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou contenu traité en encadré dans les manuels
- Univ.Cours universitaires non vus au lycée (astronomie de position, éclairagisme, science des couleurs)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, non enseignés comme acquis, même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a des noms
- Hauteur méridienne : angle entre l'horizon et le Soleil quand il passe plein sud (à midi solaire). Elle est élevée en été et basse en hiver.
- Lumière du ciel : lumière du Soleil diffusée par l'air et les nuages, qui nous vient de tout le ciel. C'est elle qui entre par la fenêtre nord.
- Ombre et pénombre : l'ombre est la zone foncée où la lumière est totalement bloquée ; la pénombre est le bord flou où elle l'est en partie. Plus la source est grande, plus la pénombre est large.
CollègeLycéeVérifier par une formule : au matin du solstice d'été, de combien le Soleil se lève-t-il vers le nord ?
Le Soleil direct n'entre par la fenêtre nord que lorsqu'il est au nord de la ligne qui relie l'est exact à l'ouest exact. Calculons donc la direction du lever au solstice d'été, le plus au nord de l'année, ainsi que la hauteur du Soleil à midi.
| En symboles | cos A ＝ sin δ ÷ cos φ (hauteur à midi : h ＝ 90° − φ ＋ δ) |
| En mots | cosinus de la direction du lever = sinus de la déclinaison du Soleil ÷ cosinus de la latitude |
| D'où vient-elle ? | On applique la loi des cosinus de la trigonométrie sphérique au triangle formé sur la sphère céleste par le pôle nord céleste, le zénith et le Soleil sur l'horizon. C'est la relation valable à l'instant où la hauteur du Soleil est nulle. |
| A | Direction du lever (angle mesuré du nord vers l'est, en degrés) |
| δ | Déclinaison du Soleil (inclinaison du Soleil selon la saison : +23,4° au solstice d'été, −23,4° au solstice d'hiver) |
| φ | Latitude du lieu d'observation (en degrés) |
| h | Hauteur du Soleil à midi, au passage au méridien (en degrés) |
| Latitude de Tokyo φ | environ 35.7° |
| Déclinaison du Soleil au solstice d'été δ | environ 23.4° |
| Sinus de 23.4° | environ 0.397 |
| Cosinus de 35.7° | environ 0.812 |
| Taille apparente du Soleil | environ 0.0093 radian (environ 0,5°) |
| Cosinus de la direction du lever | 0.397 ÷ 0.812 ≒ 0.489 |
| Angle dont le cosinus vaut 0.489 | environ 60.7° (direction mesurée depuis le nord) |
| Écart par rapport à l'est exact (90°) | 90 − 60.7 ＝ 29.3 |
| Hauteur à midi aux équinoxes | 90 − 35.7 ＝ 54.3 |
| Hauteur à midi au solstice d'été | 54.3 ＋ 23.4 ＝ 77.7 |
| Hauteur à midi au solstice d'hiver | 54.3 − 23.4 ＝ 30.9 |
| Largeur du flou de l'ombre en lumière directe (sur un sol à 1000 mm de l'objet) | 1000 × 0.0093 ＝ 9.3 |
| Avec un ciel de fenêtre de largeur apparente 0.5 radian | 1000 × 0.5 ＝ 500 |
Au solstice d'été, le Soleil se lève environ 29° au nord de l'est exact. C'est pourquoi, en été, le matin et le soir seulement, il éclaire aussi la fenêtre nord. À midi, pourtant, il est à environ 78° de hauteur dans le ciel du sud et reste invisible depuis la fenêtre nord. Le flou du bord de l'ombre est d'environ 9 mm avec le Soleil, et d'environ 50 cm avec un ciel qui remplit la fenêtre : plus de 50 fois plus. Les valeurs de la figure 1 sont calculées avec la même formule.
LycéeLycée+Pourquoi le trajet du Soleil change avec les saisons, et la couleur de la lumière du ciel
LycéeL'axe de rotation de la Terre est incliné d'environ 23,4° par rapport au plan de son orbite. La déclinaison du Soleil varie donc de +23,4° à −23,4° au cours de l'année, et la direction du lever comme la hauteur méridienne changent avec les saisons. Aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord, le Soleil ne se lève et ne se couche vers le nord que pendant la période où la déclinaison est positive, de l'équinoxe de printemps à celui d'automne.
Lycée+Le ciel clair est bleu à cause de la diffusion de Rayleigh : plus la longueur d'onde est courte, plus la lumière est diffusée par les molécules de l'air. La lumière d'une fenêtre nord est donc plus bleutée que le Soleil direct. En éclairagisme, on exprime la teinte d'une lumière par la « température de couleur » : plus elle est bleutée, plus elle est élevée. On pense que les peintres se sont habitués à cette lumière teintée de bleu, et ont préféré qu'elle change peu.
Univ.Calcul de la position du Soleil et évaluation de la qualité de la lumière
La position exacte du Soleil s'obtient avec les formules de hauteur et d'azimut de l'astronomie de position, en y ajoutant l'équation du temps et la réfraction atmosphérique (la courbure de la lumière près de l'horizon). Le calcul de cet article néglige la réfraction : le vrai lever est donc un peu plus tôt, et sa direction un peu plus au nord. En éclairagisme, on évalue la lumière entrant par une fenêtre avec le facteur de lumière du jour, et on décrit la répartition de la clarté du ciel par des modèles de « luminance du ciel ». La fidélité des couleurs s'exprime par l'indice de rendu des couleurs.
📖 Dérivation de la formule et suite : Hauteur du Soleil (Wikipédia, en japonais) ／ Température de couleur (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qu'on ne sait pas encore bien
- Jusqu'où le cerveau corrige-t-il les différences de couleur de la lumière ? Le mécanisme de la « constance des couleurs », qui fait voir un objet de la même couleur même quand l'éclairage change, n'est pas encore entièrement élucidé. Il pourrait aussi jouer un rôle dans l'impression que la lumière d'une fenêtre nord est facile à peindre.
- À quel point les peintres tenaient-ils à la fenêtre nord ? Quand et où l'habitude de préférer la fenêtre nord s'est répandue, les sources de l'histoire de l'art ne s'accordent pas. Les impressionnistes, eux, sont sortis dehors pour peindre précisément la lumière changeante.
- Comment la lumière naturelle d'intérieur agit-elle sur le corps et l'esprit ? L'effet de la lumière des fenêtres sur la facilité de travail et l'humeur est étudié en architecture et en médecine.
Le contenu de cet article reste donc une explication « dans l'état actuel des connaissances ». Le trajet du Soleil se calcule avec précision, mais la façon dont les gens perçoivent cette lumière garde encore de nombreux mystères.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : mouvement diurne du Soleil et saisons | Figure 1, calcul de la hauteur méridienne |
| Lycée | Sciences de la Terre (base) : rotation et révolution de la Terre | Déclinaison et direction du lever |
| Lycée+ | Physique : diffusion de la lumière | Le bleu du ciel, température de couleur |
| Univ. | Astronomie de position, éclairagisme | Corrections de la position du Soleil, facteur de lumière du jour |
| Recherche | Recherche sur la vision des couleurs, physique du bâtiment | Constance des couleurs, lumière naturelle et santé |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Choisir une pièce, photographier, éclairer un travail manuel |
- Observatoire astronomique national du Japon (国立天文台), dir., Rika Nenpyo (理科年表, Annuaire scientifique), Maruzen Publishing (déclinaison du Soleil, directions du lever et du coucher)
- Société japonaise de la science des couleurs (日本色彩学会), dir., Shinpen Shikisai Kagaku Handobukku (新編 色彩科学ハンドブック, Nouveau manuel de science des couleurs), University of Tokyo Press
- Wikipédia (japonais) : « Hauteur du Soleil » (太陽高度)
- Wikipédia (japonais) : « Température de couleur » (色温度)
- Wikipédia (japonais) : « Diffusion de Rayleigh » (レイリー散乱)
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à comprendre le mécanisme. La position du Soleil est calculée pour la région de Tokyo, sans tenir compte de la réfraction atmosphérique. Ne regardez jamais le Soleil directement.