Mais c’est quoi les formules optiques ?

Mais c'est quoi les formules optiques ?

Comprendre les grandes familles d’objectifs photo, de Petzval à Otus.

A person with white hair and a beard, wearing glasses and a leather jacket with a fur collar, is holding and looking through a camera. The background, reminiscent of an artistic autoportrait, is blurry with bright bokeh lights.

Photo credit : Laurent DUFOUR – Autoportrait

Il y a des mots qui reviennent régulièrement quand on parle d’objectifs photo : Tessar, Planar, Distagon, Biogon, Petzval… On les croise dans les fiches techniques, dans les discussions entre photographes et parfois sur la bague même de l’objectif. À les entendre, on pourrait croire qu’il faut avoir fait des études d’optique pour comprendre de quoi il s’agit.

Rassurez-vous, ce n’est pas nécessaire. Je vous propose de remonter le temps, de regarder ce qui se cache derrière ces noms et, surtout, de comprendre ce que ces formules changent réellement lorsqu’on photographie.

Une petite précaution avant de commencer : une formule optique historique n’est pas une recette figée. Au fil des décennies, les fabricants l’ont modifiée, adaptée à de nouvelles focales, à des ouvertures plus grandes, à de nouveaux verres et aux exigences des capteurs numériques. Deux objectifs portant un nom proche peuvent donc avoir des constructions différentes. Et le nom commercial ne révèle pas toujours toute la formule utilisée.

Une formule optique, c’est quoi exactement ?

Un objectif photo n’est pas simplement un morceau de verre placé devant un appareil. Il rassemble plusieurs éléments optiques, parfois constitués de plusieurs lentilles collées entre elles, qui dévient la lumière pour former une image nette sur le capteur ou sur le film.

La formule optique décrit la manière dont ces éléments sont organisés : leur nombre, leur forme, leur espacement et, dans une conception complète, les caractéristiques des verres utilisés. C’est en quelque sorte l’architecture de l’objectif.

Quelques termes utiles pour ne pas se perdre :

  • Une lentille est un élément transparent dont les surfaces font converger ou diverger les rayons lumineux
  • Un groupe peut réunir plusieurs lentilles, séparées par de l’air ou collées ensemble
  • Le diaphragme règle la quantité de lumière qui traverse l’objectif. Sa position dans la formule compte également
  • Une aberration est une imperfection de l’image produite par l’objectif : manque de netteté, franges colorées, déformation, perte de netteté dans les coins, etc
  • La focale (35 mm, 50 mm, 85 mm…) et l’ouverture maximale (f/1,4, f/2,8…) sont des caractéristiques de l’objectif, mais elles ne suffisent pas à identifier sa formule optique

Pourquoi multiplier les lentilles ? Parce qu’une lentille seule ne sait pas tout faire parfaitement. En combinant plusieurs éléments, le concepteur peut corriger certaines aberrations, améliorer la netteté sur les bords, limiter les franges colorées, maîtriser la distorsion ou obtenir une grande ouverture. Mais chaque élément supplémentaire peut aussi augmenter le coût, le poids, les réflexions internes et la complexité de fabrication.

Il n’existe donc pas une formule parfaite pour tout. Il existe des compromis, conçus pour un usage, une époque et un budget.

Comment lire les schémas de cet article ?

Les dessins sont volontairement simplifiés. Ils permettent de reconnaître l’allure générale de quelques familles optiques, mais ne doivent pas être pris pour les plans de fabrication d’un objectif précis. Les rayons lumineux sont schématiques, et le nombre exact de lentilles varie selon les versions.

Autre point important : les noms de cette liste ne désignent pas tous la même chose. Petzval, Dagor, Triplet, Planar, Tessar, Plasmat, Biogon et Distagon sont des formules ou des familles de conception. Otus, en revanche, est une gamme haut de gamme de ZEISS dont les objectifs utilisent différentes conceptions optiques, notamment de type Distagon ou Planar. Nous la gardons dans cette histoire parce que le nom est devenu emblématique de l’optique moderne.

1. L’objectif de Petzval — 1840
Inventeur :
Joseph Petzval, mathématicien et professeur d’optique hongrois, avec la fabrication initiale assurée par Peter Wilhelm Friedrich von Voigtländer et son entreprise.
Principe et construction :
L’objectif de portrait de Petzval, apparu en 1840, est l’une des premières formules photographiques calculées mathématiquement. Sa construction historique associe plusieurs lentilles en deux groupes séparés, avec une combinaison de lentilles achromatiques à l’avant et à l’arrière. Les versions modernes reprennent l’idée générale, mais ne sont pas toutes identiques à l’original.
Ce qu’il apporte :
à une époque où les temps de pose étaient longs, sa grande ouverture relative — environ f/3,6 pour le modèle historique — constituait une avancée majeure. Il rendait les portraits plus pratiques et permettait d’obtenir un sujet central relativement net sur un fond qui se dégrade vers les bords.
Avantages :
  • Une signature visuelle très marquée, avec un rendu doux et un flou d’arrière-plan pouvant prendre un aspect tournoyant
  • Une esthétique immédiatement reconnaissable pour le portrait créatif
  • Un lien direct avec les débuts de la photographie de portrait
Inconvénients :
  • La netteté et l’éclairage peuvent diminuer vers les bords
  • Le rendu est très particulier : il ne convient pas à toutes les images
  • Les objectifs Petzval modernes sont souvent des outils de caractère plutôt que des objectifs polyvalents
Où le trouve-t-on ?
Dans les objectifs historiques Voigtländer, puis dans des réinterprétations contemporaines, notamment chez Lomography. La gamme Petzval de Lomography a remis ce rendu en avant pour les appareils Canon EF et Nikon F, entre autres montures selon les modèles.

Une vidéo pour voir le rendu d’une réinterprétation moderne :

 

 

2. Le Dagor — 1892
Concepteur :
Emil von Höegh, pour la maison Goerz. Le Dagor est généralement daté de 1892, avec des développements et des brevets autour de cette période.
Principe et construction :
Le nom Dagor vient de « Doppel-Anastigmat Goerz ». La formule est symétrique autour du diaphragme et repose, dans sa forme classique, sur deux groupes fortement courbés, chacun constitué de plusieurs éléments collés. Cette architecture a été pensée pour corriger les aberrations sur une surface d’image relativement large.
Ce qu’il apporte :
Le Dagor est devenu une référence pour les appareils grand format. Sa bonne correction géométrique, sa couverture généreuse et son homogénéité en ont fait un outil apprécié en paysage, en architecture et en photographie de reproduction.
Avantages :
  • Une couverture importante, particulièrement utile en grand format
  • Une bonne correction de plusieurs aberrations, dont la distorsion
  • Une conception symétrique qui aide à maîtriser certaines aberrations
Inconvénients :
  • Les versions historiques ne sont généralement pas très lumineuses comparées aux objectifs modernes
  • Les objectifs destinés au grand format peuvent être volumineux et nécessitent un appareil adapté
  • Le nom Dagor ne garantit pas que toutes les versions commerciales aient exactement la même prescription
Marques :
Goerz est le nom historique associé au Dagor. On rencontre aussi des objectifs inspirés de cette famille chez des fabricants spécialisés du grand format. Le Dagor est moins courant dans les gammes modernes destinées aux reflex et hybrides grand public.

 

 

3. Le Triplet de Cooke — 1893
Inventeur :
Harold Dennis Taylor, ingénieur opticien chez T. Cooke & Sons, qui breveta la formule en 1893.
Principe et construction :
Comme son nom l’indique, le triplet est constitué de trois éléments séparés par de l’air : deux lentilles positives qui encadrent une lentille négative. Cette structure relativement simple permet déjà de corriger plusieurs aberrations importantes. Elle a été l’un des grands succès de l’histoire de l’optique photographique.
Ce qu’il apporte :
Le triplet offrait une qualité d’image remarquable pour un nombre limité de lentilles. Il a servi de base à de nombreux objectifs compacts et économiques, et son principe a été largement repris et modifié.
Avantages :
  • Une conception relativement simple, compacte et peu coûteuse à fabriquer
  • Une bonne qualité d’image au regard de sa simplicité
  • Une architecture qui a inspiré de nombreuses familles d’objectifs
Inconvénients :
  • Les performances peuvent devenir plus difficiles à maintenir sur les bords, à grande ouverture ou avec des exigences modernes très élevées
  • Une formule simple laisse moins de marge pour corriger simultanément toutes les aberrations
  • Les performances varient fortement selon les verres, le calcul et la fabrication
Marques :
La formule est associée à Cooke, mais son influence dépasse largement cette marque. Des triplets et des variantes ont été utilisés par de nombreux fabricants, notamment dans des objectifs simples et des appareils compacts. Il ne faut pas en déduire qu’un objectif Canon, Nikon, Sigma, Fujifilm ou Sony moderne est nécessairement un triplet : les prescriptions complètes ne sont généralement pas publiées sous cette forme.

Pour approfondir, Cooke présente l’histoire de la formule sur son site officiel :

 

4. Le Planar — 1896
Concepteur :
Paul Rudolph, chez Carl Zeiss. Le prototype du Planar date de 1896.
Principe et construction :
Le Planar appartient à la famille des formules symétriques de type double Gauss. La version classique comporte six éléments répartis en quatre groupes, de part et d’autre du diaphragme. Les versions modernes peuvent être beaucoup plus complexes
.

Ce qu’il apporte :
Cette architecture est devenue l’une des bases les plus importantes pour les objectifs standards lumineux. Elle permet de viser une bonne netteté, une faible distorsion et une image homogène. Les traitements antireflets, apparus ensuite, ont contribué à améliorer le contraste des objectifs comportant de nombreuses surfaces verre-air.
Avantages :
  • Très bonne base pour des focales standard, comme le 50 mm, et certaines focales plus longues
  • Bonne correction de la distorsion et performances homogènes dans les versions bien calculées
  • Architecture extrêmement adaptable, du portrait à la macro selon les variantes
Inconvénients :
  • Les premières versions souffraient davantage du flare, avant les traitements antireflets efficaces.
  • Une formule de type Planar ne garantit pas à elle seule une grande ouverture ni un bokeh particulier.
  • Les variantes modernes peuvent être complexes et coûteuses.
Marques :
Le nom Planar est associé à ZEISS. On le retrouve notamment dans des objectifs ZEISS pour différents systèmes, dont des objectifs standards et macro. Le principe du double Gauss a également inspiré de nombreuses conceptions chez d’autres fabricants, sans que ceux-ci les commercialisent nécessairement sous le nom Planar.

 

 

5. Le Tessar — 1902
Concepteur :
Paul Rudolph, chez Carl Zeiss. Le Tessar a été introduit en 1902.
Principe et construction :
Le Tessar classique comporte quatre éléments en trois groupes : un élément avant, puis un groupe central et un doublet achromatique collé à l’arrière. Sa formule est souvent résumée comme une architecture compacte qui offre un bon compromis entre qualité, simplicité et coût.
Ce qu’il apporte :
Le Tessar a été surnommé « l’œil de l’appareil photo » tant son influence a été importante. Il a équipé de nombreux appareils et a contribué à démocratiser une qualité d’image élevée dans des objectifs relativement compacts.
Avantages :
  • Bon compromis entre netteté, taille et coût
  • Construction relativement compacte
  • Très présent dans l’histoire des appareils photographiques, y compris dans des appareils populaires
Inconvénients :
  • Les versions classiques sont moins adaptées aux très grandes ouvertures que certaines formules plus complexes
  • Les performances sur les bords dépendent de la version, de l’ouverture et du format couvert
  • Le nom Tessar est aussi devenu une désignation commerciale : toutes les versions ne sont pas identiques
Marques :
ZEISS est la marque historique du Tessar. La formule a été copiée, adaptée ou utilisée comme inspiration par de nombreux fabricants. Des objectifs portant le nom Tessar ou une variante de cette famille ont équipé des appareils compacts, des appareils moyen format et divers objectifs standard.

Pour l’histoire de ZEISS, on peut consulter la chronologie officielle :

 

6. Le Plasmat — 1918
Concepteur :
Paul Rudolph, après ses travaux chez Zeiss puis chez Hugo Meyer. Le brevet du Plasmat est déposé en 1918.
Principe et construction :
Le Plasmat est une formule symétrique complexe, construite autour du diaphragme. Sa conception vise une correction élevée des aberrations et une bonne couverture du champ. Le nombre exact d’éléments dépend des variantes, mais les versions classiques utilisent plusieurs groupes de lentilles de part et d’autre du diaphragme.
Ce qu’il apporte :
Le Plasmat a notamment marqué l’histoire des objectifs de grand format et des objectifs spécialisés, où la correction des aberrations et la couverture de l’image sont essentielles.
Avantages :
  • Bonne correction des aberrations et couverture adaptée à de grands formats
  • Formule symétrique utile pour limiter certaines distorsions
  • Architecture intéressante pour les objectifs de reproduction, de paysage et de studio
Inconvénients :
  • Les versions historiques ont souvent une ouverture modérée
  • Construction et fabrication plus complexes que celles d’un triplet simple
  • Peu courant dans les gammes modernes grand public
Marques :
le Plasmat est associé à Paul Rudolph et à l’histoire de Zeiss et de Hugo Meyer. On en rencontre des variantes dans les objectifs de grand format et dans des optiques spécialisées.

 

 

7. Le Biogon — 1934, puis évolution grand-angle au début des années 1950
Concepteur :
Ludwig Bertele, chez Zeiss. Le premier Biogon date de 1934 ; une évolution majeure pour le très grand-angle apparaît au début des années 1950.
Principe et construction :
Le Biogon est une famille de formules grand-angle dont la conception cherche à obtenir un angle de champ très large avec une distorsion maîtrisée. Les versions historiques et modernes ne partagent pas toutes le même nombre d’éléments. La formule originale de 1934 et les Biogon symétriques ultérieurs doivent notamment être distingués.
Ce qu’il apporte :
Le Biogon est devenu célèbre pour la photographie grand-angle, notamment sur les appareils télémétriques et certains appareils moyen format. Sa conception permet de couvrir un champ important tout en conservant une bonne correction géométrique.
Avantages :
  • Très grand angle de champ dans certaines versions
  • Distorsion géométrique généralement bien maîtrisée
  • Bonne réputation pour la photographie d’architecture, de paysage et de reportage
Inconvénients :
  • Les versions historiques très grand-angle peuvent avoir une ouverture relativement modeste
  • La proximité du capteur et l’angle d’arrivée des rayons peuvent compliquer la conception pour certains appareils numériques
  • Les performances et la compatibilité dépendent de la version et du boîtier
Marques :
Biogon est un nom associé à ZEISS. Il a été utilisé sur des appareils Contax, Hasselblad et dans des objectifs ZEISS plus récents. Certaines optiques grand-angle d’autres fabricants peuvent partager des objectifs de conception similaires, mais elles ne sont pas automatiquement des Biogon.

 

8. Le Distagon — 1952
Concepteur :
Le Distagon est une famille développée par ZEISS. Le premier modèle est daté de 1952, avec un objectif conçu pour les appareils Hasselblad.
Principe et construction :
Le Distagon est généralement associé à une conception grand-angle de type rétrofocus. Dans un objectif rétrofocus, la distance entre la dernière lentille et le plan image peut être supérieure à ce que laisserait attendre la seule focale. C’est particulièrement utile pour les reflex, qui doivent laisser de la place au miroir. Les formules Distagon ont beaucoup évolué et peuvent intégrer des lentilles asphériques, des verres spéciaux et des groupes mobiles.
Ce qu’il apporte :
Le Distagon permet de concevoir des objectifs grand-angle lumineux tout en conservant une distance de tirage suffisante. Il a largement contribué à la qualité des grands-angles pour reflex, puis a continué d’évoluer pour les systèmes modernes.
Avantages :
  • Très adapté à de nombreux objectifs grand-angle, y compris lumineux
  • Bonne correction des aberrations et de la netteté sur le champ dans les conceptions haut de gamme
  • Architecture flexible, adaptée aux contraintes mécaniques des reflex
Inconvénients :
  • Une formule complexe peut entraîner un poids, un volume et un coût élevés
  • Le nom Distagon ne garantit pas les mêmes performances sur toutes les focales ou générations
  • Il faut distinguer le nom de famille optique de la qualité réelle de chaque objectif
Marques :
ZEISS utilise le nom Distagon pour plusieurs objectifs. On le retrouve notamment dans l’histoire des objectifs ZEISS pour Hasselblad et dans des objectifs manuels haut de gamme. D’autres fabricants — Canon, Nikon, Sigma, Fujifilm et Sony — conçoivent également des objectifs grand-angle rétrofocus ou des architectures optiques complexes, mais ne les nomment pas « Distagon ».

 

9. Otus — 2013 : une gamme, pas une formule unique
Concepteur et fabriquant :
ZEISS. La gamme Otus apparaît en 2013 avec des objectifs conçus pour offrir des performances très élevées sur les reflex numériques. Elle s’est ensuite élargie à plusieurs focales et montures.
Principe et construction :
Contrairement aux noms précédents, Otus est une famille commerciale, pas une formule optique historique unique. Selon la focale, les objectifs Otus s’appuient sur des conceptions de type Distagon ou Planar, avec des éléments asphériques, des verres spéciaux et des systèmes de mise au point élaborés. Le nombre d’éléments varie donc selon le modèle.
Ce qu’il apporte :
L’objectif est conçu pour viser une résolution élevée, une bonne correction des aberrations chromatiques, une homogénéité sur le champ et une qualité d’image très élevée, y compris à grande ouverture.
Avantages :
  • Performances optiques de haut niveau et construction soignée
  • Bonne correction des aberrations, selon le modèle
  • Conçu pour les photographes exigeants qui privilégient la qualité optique et la mise au point manuelle
Inconvénients :
  • Prix élevé et poids souvent important
  • Mise au point manuelle sur les modèles Otus historiques pour reflex
  • La qualité optique ne remplace ni le bon cadrage, ni la lumière, ni le moment décisif
Marques :
Otus est une gamme ZEISS. Elle ne doit pas être confondue avec les objectifs Canon EF/RF, Nikon, Sigma, Fujifilm ou Sony, qui ont leurs propres familles et technologies. Les fabricants ne publient pas toujours la formule détaillée de chacun de leurs objectifs, et il serait trompeur de classer tous leurs produits dans l’une des huit formules historiques de cet article.

La page officielle ZEISS présente les modèles Otus et leurs choix de conception :

 

Et Canon, Nikon, Sigma, Fujifilm et Sony dans tout ça ?

Les grandes marques actuelles utilisent des architectures optiques issues de plus d’un siècle de recherche. Mais il faut être prudent : les fabricants publient généralement le nombre de lentilles, les groupes, les lentilles asphériques ou à faible dispersion, et parfois un schéma optique. Ils ne présentent pas systématiquement leurs objectifs comme des « Planar » ou des « Tessar ». Les formules modernes sont souvent des combinaisons propriétaires qui s’écartent des schémas classiques.

Le tableau ci-dessous indique donc des tendances de conception, pas une équivalence exacte entre une gamme actuelle et une formule historique.

Marque / monture Architecture optique À retenir
Canon EF Selon le modèle : double Gauss, rétrofocus, téléobjectif ou architecture complexe. EF est une monture, pas une formule optique.
Canon RF Conceptions modernes, parfois avec lentilles asphériques, verres spéciaux et groupes mobiles. RF ne signifie pas automatiquement Distagon ou Planar.
Nikon F / Z Grands-angles rétrofocus, téléobjectifs, zooms et focales fixes lumineuses. La formule dépend du modèle et de sa génération.
Sigma Formules spécifiques à chaque objectif, avec des éléments optiques adaptés à ses performances visées. Art, Contemporary et Sports sont des gammes, pas des formules.
Fujifilm X / GFX Objectifs conçus respectivement pour l’APS-C et le moyen format. XF et GF sont des gammes d’objectifs.
Sony E / FE Constructions modernes variant selon les focales et les modèles. G et G Master sont des gammes, pas des formules optiques.
ZEISS Planar, Tessar, Biogon et Distagon sont des noms historiques de formules ; Otus désigne une famille d’objectifs haut de gamme. Le nom précis du modèle est nécessaire pour identifier sa conception.

Pour connaître la formule d’un objectif particulier, la meilleure méthode consiste à consulter la fiche officielle du modèle et son schéma optique. Pour une comparaison sérieuse, il faut comparer des objectifs de même focale, de même ouverture et conçus pour le même format de capteur.

Les grands photographes humanistes : peut-on reconnaître leur formule optique ?

C’est tentant de chercher un lien direct entre une formule optique et le style d’un photographe. Mais il faut éviter le raccourci. Les œuvres de Robert Doisneau, Willy Ronis, Henri Cartier-Bresson, Sabine Weiss ou Brassaï ont été réalisées avec différents appareils, différentes focales et, au fil du temps, différentes générations de matériel.

Une formule optique peut contribuer à l’image : contraste, rendu des hautes lumières, distorsion, flou d’arrière-plan ou netteté dans les coins. Elle ne décide pas de l’instant choisi, de la distance au sujet, du cadrage, ni de la sensibilité du photographe à ce qui se passe devant lui.

Pour attribuer un objectif à une photographie précise, il faut une source fiable : témoignage du photographe, fiche de matériel documentée, archive ou publication spécialisée. À défaut, mieux vaut ne pas affirmer qu’un photographe utilisait un Planar, un Tessar ou un Biogon simplement parce que ce type d’objectif était courant à son époque.

Dans mon approche de la photographie humaniste, je retiens surtout ceci : la formule optique est un outil, pas une signature artistique à elle seule. Un objectif réputé ne fera pas apparaître l’instant décisif si l’on ne regarde pas autour de soi.

Quelques vidéos pour aller plus loin

Voici une vidéo consacrée à une version moderne du Petzval, utile pour observer le flou tournoyant et le caractère de cette formule :

Et une présentation de Lomography au lancement du Petzval moderne :

Pour approfondir : quelques lectures utiles
À lire aussi sur mon journal photographique

Si vous vous intéressez davantage à la pratique photographique qu’aux seuls tableaux techniques, voici quelques articles de mon journal photographique qui prolongent cette réflexion :

Alors, faut-il choisir son objectif en fonction de sa formule optique ?

 

Pas forcément. Connaître ces formules aide à comprendre l’histoire de la photographie et à décoder les fiches techniques. Mais au moment de choisir un objectif, je regarderais d’abord sa focale, son ouverture, son poids, sa mise au point, sa résistance au flare, son rendu à pleine ouverture et, bien sûr, le prix.

Un objectif peut être techniquement exceptionnel sans être adapté à votre façon de photographier. À l’inverse, une optique ancienne ou modeste peut parfaitement convenir à un projet personnel, si son rendu vous plaît et si ses limites sont compatibles avec votre pratique.

Les formules optiques ne sont donc pas une formule magique. Ce sont des solutions inventées par des ingénieurs pour résoudre des problèmes très concrets : faire entrer plus de lumière, corriger les défauts, couvrir un champ plus large, garder un objectif compact. De Petzval à Otus, l’histoire est celle d’un compromis qui évolue avec les matériaux, les appareils et les attentes des photographes.

Et au bout du compte, une fois l’appareil levé, il reste la même question : qu’est-ce que je veux montrer, et pourquoi ?

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