Photographier signifie étymologiquement "écrire avec la lumière".

Avant d'aborder la technique photo proprement dite, il est utile de rappeler quelques notions d'optique de base.

La lumière est une manifestation de l'énergie perceptible aux êtres vivants par le sens de la vue. Les physiciens la définissent comme un phénomène à la fois corpusculaire et ondulatoire :

CORPUSCULAIRE : certaines de ses propriétés seront expliquées en la définissant comme un mouvement de grains d'énergie : les photons. C'est ainsi que l'on peut tenter de comprendre son action sur les surfaces sensibles (l'émulsion de nos "pellicules")

ONDULATOIRE : ce qui touche à la couleur ou aux filtres sera mieux expliqué en en la considérant comme un "rayonnement" d'ondes de fréquences diverses.

Un phénomène ondulatoire est caractérisé par :
1) sa vitesse de déplacement
2) sa fréquence ou sa longueur d'onde.

La fréquence est le nombre de périodes (d'ondulations, ou d'oscillations ...) par seconde.
La longueur d'onde est l'espace franchi par le rayonnement pendant 1 période (ou 1 oscillation)
Equation fondamentale : Vitesse = Fréquence x Longueur d'onde.

La lumière ne constitue qu'une faible partie de l'ensemble des “rayonnements électromagnétiques“ récapitulés sur la figure ci-contre

Quelques données à garder en mémoire :

1) la lumière est produite par une source, généralement de la matière portée à une haute température.

2) la lumière se déplace très rapidement (300 000 km/s), les physiciens considèrent que c'est la "vitesse absolue" qui ne pourra jamais être dépassée.

3) la lumière se déplace dans le vide, et dans certains cas dans la matière : celle-ci est donc affectée d'une qualité de transparence, ou d'opacité.

4) dans un milieu transparent homogène la lumière se déplace en ligne droite. Sa direction est généralement déviée lorsqu’elle atteint la limite entre deux milieux transparents différents : ce phénomène s'appelle la réfraction.

5) la lumière perd une partie de son énergie en traversant la matière. Un milieu n'est jamais complètement transparent. La lumière est absorbée proportionnellement à l'épaisseur traversée. Au cours de cette absorption la lumière se transforme en chaleur.

6) lorsqu'elle traverse des milieux différents
 - une partie de la lumière est transmise à travers le second milieu s'il est transparent,
 - une partie est absorbée et transformée en chaleur,
 - une partie est réfléchie par l'interface entre les deux milieux.

Nous avons dit que le rayonnement lumineux s'étale sur une gamme de fréquences diverses : on appelle spectre visible l'ensemble des longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 mµ (millimicron, c'est à dire millième de millième de millimètre). L'équation fondamentale citée plus haut nous permet de calculer les fréquences correspondantes : de 750 à 430 Térahertz (1Térahertz = 1000 milliards de vibrations par seconde).
Notre œil est sensible à ces différentes longueurs d'onde, que notre cerveau traduit par les couleurs. Ce qui nous apparaît comme une lumière colorée est en réalité une combinaison de radiations de différentes fréquences.

7) Lorsqu'elle rencontre un corps non transparent, une partie de la lumière est absorbée et transformée en chaleur, une partie est réfléchie. Les rayonnements de fréquence différente ne sont pas absorbés ou réfléchis également, ce qui provoque l'impression de couleur.
Les sources lumineuses produisent ces couleurs en proportions variables. Les milieux transparents peuvent absorber certaines fréquences et laisser passer les autres, les corps réfléchissants de même. D'où les impressions colorées que nous avons des objets éclairés qui nous entourent.

Notre œil ne perçoit qu'une infime bande de fréquences particulières parmi toutes celles existantes (spectre visible).

Règle générale : un milieu transparent ne laisse pas passer toutes les fréquences, donc il filtre les couleurs.
La lumière blanche est constituée par le mélange de l'ensemble des fréquences visibles pour l'œil humain.

2.1.1 Source (émetteur de lumière)

Une source de lumière est un objet qui émet dans certaines circonstances un rayonnement lumineux : astre, matière portée a l'incandescence, décharge électrique, etc...

La lumière émanant d'une source donnée est caractérisée par :
1 - sa couleur, traduction visible de la fréquence du rayonnement,
2 - son intensité,
3 - sa direction.

2.1.2 Transmission de la lumière

Dans un milieu complexe, les phénomènes de transparence, de réflexion et d'absorption sont multiples, et créent des ensembles d'ombres et de reflets qui permettent à notre cerveau, par l'intermédiaire de la vue, d'appréhender le monde qui nous entoure.
Un volume opaque frappé par la lumière possède une partie éclairée et une partie dans l'ombre : c'est l'ombre propre de l'objet. Un autre volume placé derrière le premier par rapport à la source lumineuse ne sera pas éclairé, il est dans l'ombre portée par le premier. Les surfaces appartenant à une ombre propre peuvent recevoir des reflets d'objets environnants et apparaissent de ce fait légèrement plus claires que les ombres portées. L'angle d'incidence des rayons lumineux influe sur la densité de l'ombre : sur les surfaces courbes le passage progressif de la lumière vers l'ombre produit un dégradé.

Les ombres seront différentes selon le type ou la situation de la source lumineuse :
    - Source à l'infini : projection cylindrique, exemple : la lumière solaire - ombres dures.
    - Source proche ponctuelle (spot, projecteur) : projection conique, ombres dures.
    - Source proche étendue (boîte à lumière) : projection conique, ombres douces.

Notre œil perçoit la lumière réfléchie par les objets, et donc modifiée par rapport à la source par suite des multiples phénomènes d'absorption, réflexion, transparence, diffusion, couleur.

Certaines modifications des caractéristiques de la lumière ne sont pas directement perceptibles par nos sens, c'est le cas de la polarisation (voir le chapitre "Les filtres").

Si vous souhaitez approfondir vos connaissances sur ce sujet, je vous recommande ce site :

Modèle ondulatoire de la lumière