Mesure de la couleur de la peau

Introduction
La couleur de la peau est un paramètre clinique d’importance pour
le dermatologue, dans sa démarche diagnostique [2]. L’intensité de la
couleur évaluée peut lui donner des informations supplémentaires
sur le degré de gravité d’un processus pathologique. Le
cosmétologue s’intéresse plutôt à la couleur comme composante de
l’aspect général de la peau, sachant combien ce facteur est important
dans le jugement qu’inconsciemment nous portons sur une personne
rencontrée pour la première fois.
La couleur de la peau est déterminée par de nombreux paramètres,
parmi lesquels le volume de sang contenu dans la peau (et non pas
le flux sanguin, représentant le mouvement des globules rouges), la
pigmentation et l’état de la surface cutanée (desquamation) influent
tout particulièrement sur la perception de cette couleur par l’oeil
humain. Celle-ci est un phénomène sensoriel neurophysiologique
subjectif et, pour cette raison, hautement liée à l’observateur. C’est
pourquoi la mesure de la couleur cutanée à l’aide d’appareils
conduisant à des résultats objectifs est un sujet d’actualité [1, 10, 12].

Notions de base, rappels théoriques,
normes de mesure
OEIL HUMAIN, VISION DES COULEURS
Comme tout objet, la peau doit sa couleur à la lumière qu’elle
renvoie à l’observateur. Ces rayons lumineux sont perçus par la
rétine, membrane interne sensible de l’oeil. Dans la rétine, les cellules
visuelles ou éléments photorécepteurs proprement dits sont de deux
sortes : les cellules à cônes et les cellules à bâtonnets. Les cellules à
bâtonnets contiennent le pourpre rétinien (rhodopsine) et sont
caractérisées par leur grande sensibilité. Elles réagissent à la quantité
de lumière et en signalent la plus ou moins grande clarté. C’est aux
cellules à cônes qu’il faut attribuer la sensibilité qualitative à la
lumière, c’est-à-dire la vision des couleurs. Il existe trois sortes de
cellules à cônes, qui se différencient par leurs propriétés spectrales.
En bref, certains éléments sont sensibles au rouge, d’autres au vert,
d’autres enfin au bleu. C’est la résultante de la perception de la
lumière par ces différents types de cellules qui dote l’oeil humain de
cette faculté de percevoir des couleurs.
La sensibilité de l’oeil humain varie à l’intérieur du domaine visible.
Elle est mauvaise pour les longueurs d’ondes vers les limites de ce
domaine (400 ou 800 nm), mais excellente entre 550 et 600 nm. Elle
varie aussi de façon non linéaire avec l’intensité lumineuse. L’oeil est
ainsi capable de différencier des couleurs très proches l’une de
l’autre, particulièrement lorsque celles-ci sont dans le rouge, mais
n’est pas apte à les mémoriser pour pouvoir les comparer à distance,
ni à quantifier cette différence.
NORMES DE MESURE
L’impression colorée reçue par l’oeil peut être quantifiée lorsque les
conditions de mesure sont fixées de façon formelle et sans
ambiguïté. Pour cela, la source de lumière, l’objet mesuré et l’oeil de
l’observateur font l’objet de définitions précises. Mesurer une
couleur signifie en fait obtenir de façon objective trois valeurs
propres à cette couleur, mais indépendantes chacune de l’autre, et
qui en fixent précisément la position dans un espace couleur à trois
dimensions.
¦ OEil de l’observateur
Concernant l’« oeil de l’observateur », et pour pouvoir évaluer toutes
les couleurs perçues par cet oeil, les fonctions spectrales caractérisant
les trois types de cellules à cônes décrites précédemment sont
remplacées par des fonctions spectrales normées, dont la
combinaison, tenant compte de la sensibilité individuelle connue de
ces trois types de cellules, permet de reproduire l’impression colorée
de l’oeil.
¦ Source de lumière
Le facteur « source de lumière » (ou éclairement) fait lui-même
l’objet de plusieurs définitions dénommées A, C ou D65, suivant la
nature technique de cette source. La plupart des mesures de la
couleur cutanée se font avec l’éclairement en mode D65.
¦ Objet mesuré
Le degré de réflexion de la lumière par la surface à mesurer et le
changement concomitant de la distribution spectrale sont pris en
compte pour la mesure.
¦ Valeurs chromatiques normées
Les trois facteurs « éclairement », « objet mesuré » et « oeil de
l’observateur » sont combinés mathématiquement sur l’intégrale du
domaine visible entre 380 et 720 nm. On obtient ainsi trois nombres
fondamentaux, caractérisant une couleur particulière et définis
comme valeurs chromatiques normées X, Y et Z. Ces valeurs
chromatiques normées permettent de positionner la couleur
correspondante, sans ambiguïté, dans un espace couleur à trois
dimensions.
Une analyse approfondie des normes de mesure de la couleur
dépasse le cadre de cet article. Le lecteur intéressé peut consulter les
publications correspondantes (par exemple : normes DIN 5033-1 à
-9).
Système L*a*b* de la Commission
internationale de l’éclairage (CIELAB)
Pour des raisons de meilleure compréhension, l’espace couleur
correspondant aux valeurs chromatiques normées X, Y et Z est
transformé mathématiquement en d’autres espaces couleur à
coordonnées cartésiennes (ou à angles droits). Une de ces
transformations est fournie par le CIELAB [25], défini en 1976. Il est
maintenant l’un des plus employés, car il a l’avantage d’offrir des
coordonnées cartésiennes facilitant l’interprétation des résultats,
mais aussi de tenir compte de la façon subjective et non linéaire
dont l’oeil perçoit les couleurs (cf supra).
Les trois valeurs chromatiques L*, a* et b* (fig 1) sont directement
dérivées, par calcul mathématique, des trois nombres fondamentaux
X, Y et Z. L’étoile accompagnant les paramètres a pour but de
différencier ceux-ci d’autres grandeurs déjà employées dans le même
but et dénommées aussi L, a et b. Une division sur les axes de
coordonnées représente une différence de couleur juste perceptible
par l’oeil humain. Le CIELAB permet aussi de calculer la distance
entre deux couleurs par simple application de la géométrie des
vecteurs.
La définition des axes de coordonnées couleur CIELAB part du
principe qu’une couleur ne peut pas être ni bleu et jaune, ni vert et
rouge simultanément. Les signes + et - sont apposés aux axes pour
tenir compte de la complémentarité des couleurs (a* : rouge positif,
vert négatif ; b* : jaune positif, bleu négatif). L’axe vertical représente
la luminance ou la clarté, valeur toujours positive ayant pour origine
0 (un noir idéal) et fixée à 100 pour le blanc idéal (représenté par du
sulfate de baryum [BaSO4]). Celui-ci ne représente pas une limite en
soi, certaines surfaces particulièrement claires pouvant être mesurées
à plus de 100.
Une couleur peut être positionnée dans l’espace L*a*b* soit par ses
coordonnées polaires, soit par ses coordonnées cartésiennes :
– coordonnées polaires : L*, C*, hab
C* = (a*2 + b*2)
hab = arctan b*/a*
– coordonnées cartésiennes : L*, a* et b*.
L’emploi des coordonnées cartésiennes permet de suivre de façon
plus facile l’évolution d’une couleur donnée, par exemple le
développement du bronzage suivant une exposition au soleil.
Appareils et méthode de mesure
APPAREILS DE MESURE
Ils sont basés sur deux principes de mesure différents : d’un côté le
principe dit à trois filtres (à trois secteurs) ou tristimulus, de l’autre
la spectrophotométrie ou spectrocolorimétrie.
¦ Appareils tristimulus
Ces appareils simulent le processus visuel. L’objet ou la surface à
mesurer est éclairé par une lampe flash à arc xénon émettant une
lumière blanche qui couvre la totalité du spectre visible. La lumière
réfléchie est enregistrée par un ou plusieurs capteurs après avoir été
filtrée par trois filtres dont la sensibilité spectrale (bleue, verte et
rouge) correspond aux fonctions spectrales normées des cellules à
cônes de l’oeil (cf supra). Les valeurs chromatiques désirées (suivant
le système choisi, par exemple X, Y Z ou L* a* b*, ou autre) sont
calculées automatiquement. Les appareils mesurant suivant ce
principe sont, par exemple, le Micro Color IIy (Dr Lange France
SARL, 77183 Croissy-Beaubourg) ou le Chromamètre CR-300y
(Minolta France SA, 78420 Carrières-sur-Seine).
En fait, les appareils tristimulus mesurent des écarts de couleur et
non pas des valeurs absolues, car ils sont calibrés par l’utilisateur à
l’aide d’une tuile de référence colorée, par rapport à laquelle toutes
les autres valeurs chromatiques sont calculées.
L* = 0
L* = 100
+ b*
Jaune
C*
hab
Bleu
- b*
Rouge
+ a*
- a* Vert
1 Espace couleur du système
L*a*b* de la commission
internationale de
l’éclairage (CIE).

¦ Appareils spectrophotométriques
Spectrocolorimètre classique
Classiquement, le spectrocolorimètre décompose le spectre lumineux
réfléchi par la peau à l’aide d’un monochromateur. Donc, à la
différence des appareils tristimulus, les spectrocolorimètres sont
indépendants du processus visuel. On obtient un spectre de
réflectance continu, qui peut être converti en valeurs
monochromatiques suivant la source lumineuse et le système
choisis. Il existe aussi des spectrocolorimètres qui, à l’inverse,
décomposent la lumière avant de l’envoyer sur la peau et analysent
la lumière réfléchie sur la largeur du domaine visible [3]. Des
spectrocolorimètres portables, délivrant les valeurs chromatiques
dans le système CIELAB, sont par exemple ceux de la série 2000
(Minolta) ou le Spectro-pent (Dr Lange).
Spectrocolorimètres à bandes étroites
Une classe plus simple de spectrocolorimètres n’utilise pas le spectre
complet du domaine visible, mais seulement des longueurs d’ondes
sélectionnées aussi bien pour l’émission que pour l’analyse de la
lumière réfléchie. Ces appareils, dont la conception remonte à Diffey
en 1984 [10], sont basés sur le fait que le volume de sang contenu
dans la peau, la pigmentation et l’état de la surface cutanée
(desquamation) déterminent principalement la couleur de la peau
(cf supra). L’hémoglobine est le chromophore principal pour les
longueurs d’ondes situées dans le vert et montre un pic spécifique
d’absorption entre 520 et 580 nm. Il suffit donc de mesurer la
quantité de lumière verte réfléchie par la peau ou le coefficient
d’absorption de ces longueurs d’ondes pour pouvoir apprécier la
couleur rouge (ou l’érythème). En ce qui concerne la pigmentation,
le chromophore majeur est la mélanine, qui ne présente pas de pic
d’absorption aussi net que l’hémoglobine, mais absorbe sur
l’étendue du domaine visible, avec une absorption augmentant de
façon continue vers les longueurs d’ondes les plus courtes [16]. Enfin,
l’état de la surface cutanée influe sur la transmission de la lumière
vers les couches cutanées où celle-ci est absorbée. Si la desquamation
est importante, par exemple, des squames sont présentes à la surface
de la peau, apparaissant blanches car elles contiennent de l’air. Si
une goutte d’huile est mise sur ces squames, elles deviennent
translucides. Il a été montré que la mesure de l’érythème est
influencée par le degré de desquamation [22].
Les exemples de spectrocolorimètres à bandes étroites sont, entre
autres, le DermaSpectrometery (Cortex Technology, Hadsund,
Danemark), le UV-Optimizey (PBI, Ringsted, Danemark), le Melanin
Metery (Dia-Stron, Hampshire, UK), le Mexamètrey (Courage +
Khazaka, Cologne, Allemagne). Tous ces appareils sont légers,
portables, d’utilisation facile, et emploient des diodes émettant de la
lumière verte (546, 555 ou 568 nm) et des diodes de référence
émettant dans le rouge à 632, 655 ou 660 nm, ou dans l’infrarouge à
905 nm, avec des largeurs de bandes de quelques dizaines de nm
(30 nm pour le DermaSpectrometery). Ils ne donnent pas de valeurs
chromatiques mais délivrent des index, index d’érythème, index de
mélanisation ou pourcentage de pigmentation, qui sont des données
plus rudimentaires que les valeurs chromatiques. Pour plus
d’informations sur la base théorique du calcul des index, le lecteur
peut se reporter à la publication de Diffey [10].
COMPARAISON DES APPAREILS
¦ Comparaison entre appareils tristimulus
Une étude comparative entre le Chromamètre Minoltat et le Micro
Color Langet a été effectuée il y a quelques années [23, 25]. Les deux
appareils mesurent la couleur de façon satisfaisante, mais les valeurs
chromatiques affichées ne sont pas identiques et diffèrent de manière
plus ou moins importante suivant les axes de couleur.
¦ Comparaison entre appareils tristimulus
et spectrocolorimètres
Du fait des différentes conditions d’éclairage et de géométrie de
mesure, les valeurs chromatiques L*, a* et b* délivrées par les
spectrocolorimètres ne sont pas les mêmes que celles obtenues par
des appareils tristimulus. Une comparaison extensive entre le
Chromamètre Minoltat et un spectrocolorimètre à bande étroite
(DermaSpectrometert) a été effectuée, montrant que malgré la
différence de principe de mesure la valeur chromatique a* du
système CIELAB et l’index d’érythème sont hautement corrélés [22].
MESURE DE LA COULEUR
La mesure de la couleur à l’aide des appareils décrits précédemment
est facile. La plupart du temps, la sonde de mesure ou l’appareil
lui-même présente une fenêtre vitrée qui est appliquée sur la peau.
Un ou plusieurs flashes sont déclenchés et les données chiffrées
(valeurs chromatiques ou index) sont affichées et/ou transmises à
un ordinateur. Il faut cependant, comme dans tout essai clinique,
strictement standardiser les conditions de mesure et avoir présent à
l’esprit le fait que de nombreux facteurs individuels ou les
conditions ambiantes peuvent influer sur les résultats. À ce sujet,
des recommandations précises pour effectuer cette mesure,
analysant de façon systématique ces facteurs de variabilité, ont été
publiées récemment [11, 13, 14, 23, 25].
Exemples d’application
Les exemples d’application de la mesure de la couleur de la peau en
dermatologie, en dermatopharmacologie et en cosmétique sont
nombreux [25]. On citera entre autres :
– la quantification de réactions pharmacologiques, comme la
réaction de vasoconstriction suite à l’application de
dermocorticoïdes ;
– l’érythème cutané expérimental provoqué par des substances
chimiques ou les rayons ultraviolets (érythème actinique) ;
– le développement pharmacologique de produits topiques et leur
comparaison, l’évaluation de l’irritation cutanée, la quantification de
patch tests etc.
Parmi les travaux récents, on retiendra la variabilité anatomique de
la couleur [7, 15] ou saisonnière de la pigmentation cutanée [18] et la
mesure de la couleur des cheveux rapportée au mélanotype et à la
couleur des yeux [19, 20]. Un thème d’actualité reste l’analyse de la
pigmentation par rapport au classement en phototypes (I à VI) et à
la prédiction de la dose érythémale minimale (DEM) individuelle [20].
La simple quantification de la pigmentation cutanée par
spectrophotomètre à bandes étroites permet de prédire
raisonnablement la DEM des sujets [9, 17] ou d’évaluer le rôle du
bronzage dans la photoprotection [24].
Plus particulièrement, les travaux de Chardon et de son groupe,
utilisant un appareil tristimulus, ont non seulement montré que la
DEM des sujets pouvait être prédite à partir des valeurs
chromatiques du système CIELAB, mais aussi que les facteurs de
protection solaire pouvaient être déterminés à l’aide de la mesure
de la couleur cutanée, affranchissant ainsi cette mesure de
l’évaluation visuelle subjective [8]. La définition concomitante de
l’« angle typologique individuel » (ITA) [5, 8] permet de classer plus
précisément les individus qu’avec le classement classique par
phototypes. À partir de ces données, les auteurs ont défini un
volume dénommé « volume de couleur de peau », faisant partie de
l’espace couleur CIELAB et pouvant contenir l’ensemble des points
de couleur des différents types de peau (fig 2). La structuration de
ce volume par des axes érythémaux transversaux et des axes de
mélanisation longitudinaux permet une interprétation extrêmement
précise des couleurs naturelles de la peau, de l’influence des
différents pigments (hémoglobines, mélanines, carotène etc), de la
variation d’une couleur donnée (évolution de la pigmentation
naturelle ou artificielle après exposition au soleil ou utilisation de
produits autobronzants par exemple), ou d’effectuer la comparaison
du bronzage obtenu après l’utilisation de différents produits
antisolaires [4, 6].

Conclusion
La mesure de la couleur de la peau représente une avancée significative
en dermatologie et en cosmétologie, car elle affranchit les résultats de la
subjectivité de l’observateur. Cependant, malgré la facilité d’utilisation,
l’interprétation des valeurs obtenues est difficile. Ceci est dû entre
autres aux différents systèmes de mesure sur lesquels se basent les
appareils utilisés et à la complexité de l’espace, ou plutôt des espaces
couleurs. C’est pourquoi, dans certains domaines, la mesure
instrumentale de la couleur est toujours avantageusement accompagnée
par une évaluation visuelle classique [21].
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