Le plus vieil ancêtre du cinéma est-il vraiment le stroboscope ?


ou le “palissadoscope” ! (on parlera aussi du brouillonoscope)

If you can translate this article to any language, please contact me, I could translate one of yours to french.

Cinema, ancestor, flipbook, fence, fencoscope, Φ effect, perception, movement, psychology.



(optique/illusions/cinéma/psychologie de la perception)

Reprise et mise à jour d’un article publié originellement par moi-même en 2003 à : http://www.automatesintelligents.com/echanges/2003/avr/cinema.html

Les stroboscopes

Le stroboscope était dans mon enfance (c.a.d.  au XXème siècle) 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 devenu électronique et, si vous savez encore ouvrir le capot de votre voiture, je vous mets au défit d’y mettre au jour un distributeur, plus connu autrefois sous le nom de “delco” voire 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.

Une très belle page avec des effets stroboscopiques : http://pagesperso-range.fr/therese.eveilleau/pages/delices/cinema/stroboscope.htm

Comme ses cousins, le thaumatrope (1826), le phénakistiscope déjà cité (mais avec un nom pareil, son sort était scellé), le zootrope (William Horner 1833 ou 34), le praxinoscope (Emile Reynaud 1877), le tachyscope (Ottomar Anshütz), le  praxinoscope-théâtre (Reynaud 1879), le praxinoscope de projection (Reynaud 1880), le théatre optique (Reynaud 1888) et enfin le kinétoscope (Thomas Edison le 21 février (c’est précis !) 1893 selon certains ou 1888 selon d’autres, c’est moins précis) 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.
Quelques années après la rédaction primitive de cet article, je me suis aperçu qu’un nom existait, celui de “Flip book” (dont il existe des spécialistes/collectionneurs) et apparemment, il existe aussi des noms en français qui sont : folioscope, kineograph, feuilletoscope ou “cinéma de poche”, mais s’il y a déjà plusieurs nom, pourquoi me priver d’ajouter le mien ?
La lecture s’en fait bien sûr en brossant le bord des feuilles tel un jeu de cartes… On peut parait-il en voir une démonstration améliorée lors d’une visite à 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 son 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 (Hoooooo !) 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 -toujours 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 Φ (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 ultra-rapides 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 entend 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’effetΦ (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 Φ et le distinguent 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. Autrement dit, la perception du mouvement englobe non seulement l’histoire du mouvement, mais aussi son futur.

J’ai tenté de réhabiliter ci-dessus 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) [1]. 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 (j’ai déménagé depuis l’écriture de cet article, ne cherchez pas à me retrouver avec ces indications !) et dont les planches ont 135 mm de large. Leur écartement est de 25 mm et leur épaisseur de 18.

palissade
image empruntée à http://psdtuts.s3.amazonaws.com

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 cible 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.

Ici une tentative de reconstituer cet effet (mais on observe une interférence dans notre phénomène de la fréquence de rafraichissement du moniteur)
http://pagesperso-orange.fr/therese.eveilleau/pages/delices/cinema/palissadoscope.html

Les roues de type “jantes en aluminium”, devenues à la mode à partir des années 90 (?), se prêtent particulièrement bien à l’observation stroboscopique, car elle sont formées de zones alternativement claires et foncées et bien espacées (les anciennes roues avaient un enjoliveur uni et des motifs très petits et très nombreux, comme des trous, répartis sur la périphérie). Ces roues sont si contrastées qu’on peut en fait ressentir des effets stroboscopiques rien qu’en jetant un coup d’œil à une voiture qui passe assez doucement (on a pendant un bref instant une vision de la roue arrêtée).

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’ordres extrêmement variés :

2
ordre 2
3
ordre 3
4
ordre 4
5
ordre 5
6
ordre 6
7
ordre 7
8%20(1)
ordre 8
9
ordre 9
10%20(1)
ordre 10 (l’espacement n’est pas strictement régulier)
11
ordre 11
12
ordre 12

Comme je n’ai pu trouver d’ordre 13 je m’arrête là …

Quelques formules

Formule générale

Dans un premier temps je m’étais dirigé vers la formule suivante :

dcqxfb97_102c8c4vbhs_boù la fréquence apparente est égale à la fréquence observée (la fréquence réelle du phénomène périodique) moins la fréquence d’obturation du stroboscope.

Cela me paraissait un peu trop simple alors j’ai cherché une formule qui s’applique plutôt aux périodes, des durées donc des grandeurs scalaires (la fréquence est un quotient).

Après quelques tâtonnements (ça paraît empirique, mais je vous assure : Einstein faisait pareil) j’obtins dans une deuxième tentative la formule suivante qui me plaisait mieux :
dcqxfb97_103gnqkw2c7_b

Comme la fréquence est l’inverse de la période, elle se simplifie ainsi :

dcqxfb97_104fxcbc5kp_b

 

et on retombe donc sur la formule donnée plus haut pour les fréquences, au signe près, les deux formules sont donc cohérentes, sinon vérifiées ! Le signe indique le sens de rotation apparente de notre objet stroboscopé !

Remarquons que cette formule est finalement la même que celle qui sert, en acoustique, à calculer les ‘battements’ entre deux fréquences…

Mais ce que nous voulons aussi, c’est une formule qui nous donne un moyen d’effectuer des calculs en fonction des paramètres réels de l’expérience

Formule appliquée

– fréquence d’obturation de la palissade (ou stroboscope) :

dcqxfb97_105fd62vsct_b

( v représente la vitesse de translation latérale de la visée observateur>objet à travers la palissade, λ représente la longueur d’onde de la palissade, soit l’écartement inter latte …):

– fréquence de l’objet en rotation observé

(ω représente sa vitesse de rotation, s le nombre de symétrie, P périmètre, D diamètre de la roue)

dcqxfb97_1066kvq28db_b

 

donc si on fait l’approximation v = vo (réalisée seulement si l’observateur accompagne le mobile, chacun de son côté de la palissade et tous les deux à la même vitesse… dans l’observation normale, la vitesse est plus difficile à exprimer…)

la fréquence apparente sera :

dcqxfb97_107f7pghzd2_b

 

c’est à dire la vitesse multipliée par une constante.

Autrement dit la fréquence apparente, pour une palissade donnée et une roue donnée, ne dépend que de la vitesse du véhicule.
A vitesse égale du véhicule, les roues tournent (en tours/mn) d’autant plus vite que leur diamètre est petit. A vitesse égale toujours, 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 maintiendrait 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.

En ce mois de novembre 2014 j’ai découvert l’auto-palissadoscope : avec un soleil (ou autre source de lumière) suffisamment bas, et en marchant devant une palissade, on peut observer un effet stroboscopique sur sa propre ombre ! (je n’ai pas obtenu de décomposition du mouvement pour le moment…).

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, en 2003) 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 ?

La même question se pose à propos de la décomposition du mouvement du cheval au galop, que je n’ai malheureusement pas pu observer avec mon appareil jusqu’à aujourd’hui (j’attends l’invitation d’un lecteur qui posséderait à la fois un cheval et une palissade).

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)

Références

  1. Le site cité plus haut en lien, m’a fait découvrir en ce début 2009 une possibilité d’observation stroboscopique en utilisant les roues à aubes (roues de moulin par exemple). On conviendra que ces roues à aubes n’ont pu exister avant les premières palissades et surtout, les premières roues de roulage (?)…
    http://pagesperso-orange.fr/therese.eveilleau/pages/delices/cinema/palissadoscope.html

Un commentaire

Comments RSS
  1. stefjourdan

    Informations sur Émile Reynaud
    L’article est très intéressant mais toutes les infos sur Émile Reynaud sont erronées ; voici le nom et les dates de ses principales inventions :
    Le Praxinoscope en 1877
    Le Praxinoscope-théâtre en 1879
    Le Praxinoscope à projection en 1880
    Le Théâtre optique, breveté en 1888 et utilisé devant le public du musée Grévin le 28 octobre 1892 (3 ans avant le cinéma) pour projeter le premier dessin animé du monde (“Pauvre Pierrot”).
    Merci de rectifier si possible…
    Sylvie Saerens, arrière-petite-fille d’Émile Reynaud

    Dernière modification 11 déc. 2009 10:54SupprimerBloquer cet utilisateurSignaler des commentaires inappropriésMasquer la fenêtre de rapport0Consulter/publier les réponses (1) à ce commentaire ▼Masquer les réponses à ce commentaire ▲
    Chère Sylvie, c’est non seulement possible mais prioritaire !

    Merci beaucoup de votre intervention et de votre compliment, vous vous doutez sans doute que mon intérêt dans cet article a été surtout de discuter la partie physique et psychologique des stroboscopes et que pour l’historique, je n’ai fait que compiler ce que j’ai trouvé dans différents articles sur internet.

    Internet a un gros défaut : il permet la recopie à l’infini des mêmes erreurs (à l’époque des livres, les erreurs étaient aussi recopiées, mais moins vite…)

    Heureusement l’Internet se rachète car il permet une bien meilleure interactivité (si tant est que les intervenant s’en soucient et s’en servent)

    Knol est particulièrement conçu pour permettre une telle réactivité et je vais naturellement modifier mon article pour prendre en compte ces informations de première main.

    Merci de mettre mon article en lien quand vous le pouvez, au niveau de la documentation existant sur les stroboscopes, ne manquez pas aussi d’aller visiter la page d’animation vers laquelle je dirige mes lecteurs… c’est extra !

    Bien à vous

    S. JOURDAN

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