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Revue n° 43
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Article
Deux ancêtres méconnus du cinéma
par Stéphane Jourdan stephaneJOU@sct.ddec.edu.pf
07/04/03

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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