La synchro flash, c'est quoi ?

La synchronisation a pour but de déclencher l'éclair du flash au moment précis de la pleine ouverture de la fenêtre d'obturation. Mais comme rien n'est jamais simple, il existe plusieurs types d'obturateurs, plusieurs modes de synchronisation, plusieurs types de flashs et plusieurs styles de connexions possibles. Cependant cette connaissance rudimentaire bien assimilée peu permettre, au delà des contingences techniques, de multiples applications créatives. Nous étudierons principalement ici la synchronisation du boîtier réflex associé au flash cobra.

Cet article est relayé par deux autres articles complémentaires:
Histoire du Flash et de la Synchro-X et le Test des transmetteurs YONGNUO YN622C-TX.

 

L'obturateur
La manière dont se déroule l'obturation a un impact direct sur les possibilités d'utilisation du flash. il existe principalement deux types d'obturateurs mécaniques qui permettent de contrôler le temps de pose d'une prise de vue.

1/ Obturateur central

L'obturateur central (en général destiné aux appareils moyen format et chambres) est un mécanisme intégré à l'objectif, composé de plusieurs lamelles pivotantes en forme d'iris. Il procure en moyenne des vitesses d'obturation qui atteignent le 1/500e de seconde.La synchronisation du flash est possible avec l'ensemble des vitesses proposées par l'appareil ce qui est un des gros avantages de l'obturation centrale.

Il faut aussi noter que ce type d'obturateur équipe certains APN compacts en complément d'un obturateur électronique.

 

2/ Obturateur à rideaux

C'est celui qui nous concerne directement et que nous allons examiner plus en détail. L'obturateur à rideaux est constitué par deux rideaux (eux-mêmes constitués de plusieurs lamelles) qui se déplacent devant la fenêtre image. L'obturateur doit pouvoir réagir de manière rapide et répétée. Au vu des contraintes mécaniques et des choix techniques opérés par les constructeurs, la vitesse maximale de translation des rideaux (en 2015) tourne aux alentours de 6m par seconde pour les réflex 24x36, ce qui procure une vitesse d'obturation de 1/250e de seconde. (En moyenne 1/250e chez Nikon et 1/200e chez Canon).

Quel que soit le temps de pose choisi, les rideaux se déplaceront à cette vitesse maximale.

 

 

La translation des rideaux peut être ou verticale ou horizontale, la translation horizontale étant la plus rapide (moins de distance à parcourir), c'est désormais le choix générique des constructeurs.

 

Les étapes électro-mécaniques de l'obturation:

En position initiale, le miroir est baissé et les deux rideaux occultent le capteur.

1. Au moment du déclenchement, le miroir se relève.
2. Le second rideau dégage le capteur en se déplaçant vers le haut (le capteur est toujours masqué par le premier rideau).
   
3. Le premier rideau se déplace vers le bas en initialisant l'exposition.
4. À la fin du temps de pose le second rideau masque à nouveau le capteur et achève l'exposition.
5. Quasi simultanément le miroir s'abaisse et le premier rideau revient en place, ce qui termine la phase d'obturation.

Dans le cas précis ou le deuxième rideau démarre dès que le premier rideau arrive en bas de la fenêtre nous obtenons le moment le plus court pendant lequel la totalité du capteur est découvert.

Cette vitesse d'obturation particulière égale à la vitesse de déplacement des rideaux c'est  la vitesse maximale de synchronisation appelée également synchro flash ou synchro-X ⁽¹⁾.

Par exemple pour le Canon 5D MKIII c'est le 1/200e de seconde.
Pour augmenter le temps d'exposition il suffit de retarder le départ du second rideau et la fenêtre sensible sera d'autant plus exposée.

Les vitesses de synchronisation égales ou inférieures à la synchro-X constituent la "synchro lente".

 

 

Bon, alors merveilleux, mais comment fait-on pour atteindre le 1/8000e de seconde puisque la vitesse maximale de déplacement des rideaux ne permet pas de dépasser le 1/250e de seconde ?

 

C'est simple, mais encore fallait-il y penser, on procède au balayage réduit de la fenêtre d'exposition. Le second rideau démarre avant que le premier soit arrivé en bas. Le capteur n'est donc plus découvert que par le passage d'une bande plus ou moins large qui sera fonction de la temporisation du départ du second rideau. Plus le deuxième rideau partira vite après le premier, plus l'exposition du capteur sera courte. Pour le Canon 5D MKIII par exemple, la fente la plus petite équivaudra au 1/8000e de seconde. Au delà, l'espace entre les deux rideaux est trop réduit et ne permet plus d'enregistrer des images de qualité (diffraction).

Les vitesses de synchronisation supérieures à la synchro-X constituent la "synchro rapide" ou "synchro hautes vitesses".

 

 

À savoir:

 

 

 

Il faut reconnaître que si l'idée des rideaux est judicieuse pour atteindre des vitesses d'obturation extrêmement rapides, elle va générer en retour une problématique shakespearienne pour le flash: déclencher ou ne pas déclencher ?

 

En moyenne la vitesse de l'éclair d'un flash cobra oscille entre 1/400e et 1/20000e de seconde selon le ratio de puissance employé.

 

(Vitesses inférieures ou égales à la synchro-X)

On a vu ci-dessus dans un premier cas de figure, que le capteur était découvert en totalité et que le moment le plus court de ce démasquage correspondait à la vitesse maximale synchro flash (ou synchro-X).
Dans le mode de synchronisation sur le premier rideau (mode par défaut), le flash est émis immédiatement après l'ouverture du premier rideau, ce qui permet à l'éclair d'illuminer l'ensemble de la scène dans un laps de temps plus court (de 1/400e au 1/20 000e) que la vitesse synchro-X (en général 1/200e ou 1/250e).

Et bien oui, mais... un autre problème surgit lors des poses longues et c'est le cas typique de la voiture en mouvement avec les phares allumés. Pour l'exemple ma voiture va de gauche à droite, mon appareil est sur pied et j'ai choisi un temps de pose de 3 secondes (juste un peu de stress pour les automobilistes qui vont penser à un contrôle de gendarmerie...). Comme on vient de le voir ci-dessus, au moment du déclenchement le flash fige la pose et éclaire mon premier plan (ma voiture à gauche) puis pendant 3 secondes ma voiture va rouler vers la droite, mais la seule lumière qui éclaire la scène maintenant, c'est les phares, et comme on est en pose longue on va voir une belle trainée vers la droite. Résultat: une voiture à gauche avec une trainée de phares devant comme si elle effectuait un marche arrière...

Il existe une solution, c'est la synchronisation sur le second rideau.

 

 

(Vitesses inférieures ou égales à la synchro-X)

Voilà c'est dit dans le titre, cette fois-ci la synchronisation s'effectue juste avant le départ du second rideau à la fin de la phase d'exposition du capteur.

Du coup ma voiture (qui roule lentement maintenant - peur du gendarme) sera dans le cadre à gauche avec la trainée de phares derrière.

Prises de vues au flash jusqu'à la limite de la synchro-X:

 

 

 

Oui, mais au delà ? Que se passe-t-il au 1/500e par exemple ? 

 

Dans ce cas c'est assez simple, l'appareil refuse d'afficher une valeur supérieure à la synchro-X, quitte à provoquer un surexposition de la photo si vous êtes en mode priorité à l'ouverture... Par contre avec des appareils moins récents ou sophistiqués, on pouvait obtenir des natures mortes dans cet esprit. Comme on l'a vu précédemment au delà de la synchro-X, le capteur n'est plus découvert intégralement mais seulement par une bande qui se déplace de bas en haut. L'éclair du flash étant sans nul conteste beaucoup plus rapide que la vitesse de translation des rideaux, il figera une seule partie de l'image le reste étant occulté par le volet en mouvement.

Il existe cependant une solution qui permet d'utiliser le flash à 1/8000e à la condition de posséder un flash compatible  HSS chez Canon, ou Auto FP chez Nikon.

 

 

(Vitesses supérieures à la synchro-X)

HSS pour High Speed Sync et Auto FP pour Auto Focal Plane (Les procédés sont identiques, la dénomination change selon le fabricant)
L'obturateur à rideau est appelé "focal plane shutter" en langue anglaise (Obturateur plan focal), dans la mesure où les rideaux sont positionnés immédiatement devant le plan focal ⁽²⁾  (pour simplifier c'est devant le capteur).

 

Reprenant l'idée de l'éclair long (flat peak) de la lampe flash au magnésium des années 1940, les ingénieurs ont modifié le mode d'émission de l'éclair du flash électronique de façon à avoir une séquence continue d'éclairs à fréquence rapide qui puisse éclairer la scène pendant toute la durée de déplacement des deux rideaux devant le capteur. Dans ce cas le premier éclair est déclenché avant l'ouverture du premier rideau et la succession des flashs s'arrête au moment de la fermeture du second rideau. L'avantage de cette synchronisation, est de pouvoir sélectionner les plus hautes vitesses et de rendre possible le travail au flash en plein jour avec de grandes ouvertures. La contrepartie liée au besoin de recyclage rapide du flash est la réduction de la portée de l'éclairage. Plus la vitesse sélectionnée sera élevée plus la perte de puissance sera importante. Les vitesses sélectionnées au delà de la synchro-X font perdre  1 IL⁽³⁾ environ par incrément de une vitesse.

Le flash standard est représenté sur le graphique A et la fonction Synchronisation ultra-rapide auto FP sur le graphique B. La ligne rouge indique le premier rideau et la ligne bleue le second, par rapport à la durée (axe des x) et à l'intensité du flash (axe des y)  - Source Nikon.

 

 

 

 

NOTE: Les déclencheurs radio récents permettent de contourner dans une certaine mesure la limite HSS des flash non compatibles (comme les flashs de studio par exemple) en permettant de les déclencher en mode HSS et en jouant sur la temporisation du signal. Les résultats peuvent être exploitables si l'on accepte une possible dérive de température de couleur, un manque d'uniformité de l'exposition et une grosse perte de puissance. (La première vitesse sélectionnée au delà de la synchro-X fait perdre presque de 2 IL⁽³⁾ après de c'est l'ordre de 1 IL⁽³⁾ par incrément de une vitesse)

 

La synchronisation haute vitesse

 

Tout ce qui a été évoqué ci-dessus, concerne les flashs cobra de marque ou les flashs parfaitement compatibles dédiés à votre appareil. Une grande partie des flashs de studio présente des caractéristiques différentes, et principalement un éclair plus long qui va aller "accrocher" la fermeture du second rideau à la vitesse de synchro-X. Selon les appareils, il est en général nécessaire de sélectionner une vitesse de l'ordre du  1/60e ou du 1/125e.

À titre d'exemple dans le mode d’emploi du Canon 5D mark III, il est précisé :
« Avec des grands flashes de studio, étant donné que la durée du flash est plus longue qu’avec des flashes compacts, réglez la vitesse de synchronisation entre 1/60e et 1/30e de seconde. Pensez à tester la synchronisation du flash avant la prise de vue ».

 

Il est possible de simuler un mode de synchronisation haute vitesse avec certains flashs de studio, en employant des transmetteurs radio (Note ci-dessus).

(1) Synchro-X	Rappel du contexte historique.
(2) Plan Focal	C'est le plan perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif, sur lequel l'image nette du sujet se forme. Il est localisé par le symbole d'un cercle traversé d'un trait sur le corps du boîtier.  Ceci autorise en cas de besoin, la mesure manuelle précise entre ce plan et le sujet.
(3) IL	Explication et définition