Trois générations de cellule photoélectrique ont alimenté les posemètres portables et incorporés, et chacune échoue à sa façon. Un posemètre n’est fiable que dans la mesure où sa cellule l’est, et l’écart entre le selenium, le sulfure de cadmium et le silicium n’est pas une curiosité d’antiquaire : il détermine si l’aiguille peut être crue dans un intérieur sombre, sous tungstène, ou juste après que la cellule a passé une minute pointée vers le ciel. Se tromper ici, c’est inscrire l’erreur dans le négatif sous forme d’ombres mal placées. Pointer un posemètre silicium non corrigé sur une pièce éclairée au tungstène avec du Tri-X, et il lit l’infrarouge que le film ne peut pas voir, recommande une exposition plus courte, et fait descendre votre zone III d’ombres vers la zone II. C’est la cellule, pas le photographe, qui a pris cette décision.

Selenium : autonome, calé sur l’œil, aveugle dans l’obscurité

La cellule au Selenium a été la première cellule de posemètre pratique, introduite par Rhamstine et Weston au début des années 1930 par l’intermédiaire de la Weston Electrical Instrument Corporation ; la série Weston Master en est devenue la forme canonique. C’est un sandwich photovoltaïque : une plaque de base en fer, une couche de selenium, et une électrode en or semi-transparente ultra-fine par-dessus. La lumière traversant l’or génère un courant entre l’or et le fer, lu directement par un galvanomètre sans aucune pile dans le circuit. Le courant de sortie est proportionnel à la lumière incidente, ce qui explique qu’un Weston Master vieux de cinquante ans fonctionne encore dans un boîtier entièrement mécanique.

Sur le plan spectral, le selenium est bien comporté. Sa réponse culmine dans le vert autour de 560 à 570 nm, légèrement décalée vers le rouge par rapport à la fonction de sensibilité photopique, qui culmine à 555 nm. Cette correspondance étroite explique pourquoi le selenium ignore l’infrarouge et donnait les mesures « indulgentes » en lumière du jour pour lesquelles ces posemètres étaient connus ; l’article de 1949 paru dans le J. Sci. Instrum. sur les filtres de correction spectrale pour selenium confirmait que la réponse était suffisamment proche du photopique pour ne nécessiter qu’un filtrage verre modeste.

Le défaut, c’est la sensibilité. Sur un Weston Master III, la plage haute va de 25 à 1600, et descend jusqu’à 0,2 à 50 en plage basse, mais en dessous d’une lecture d’aiguille d’environ 10, les graduations se regroupent et deviennent illisibles. C’est le plancher pratique : un posemètre au selenium gère à la limite la lumière intérieure domestique et ne peut pas du tout enregistrer la lumière d’une bougie ou le clair de lune. Le vieillissement aggrave les choses. L’électrode en or fine et le joint se dégradent au fil des décennies, et la cellule souffre d’une fatigue induite par la lumière : les vieilles cellules au selenium dérivent vers le bas, lisant trop faible. Un posemètre qui recommande un demi-diaph (stop) d’exposition en plus que ses voisins est généralement une cellule au selenium fatiguée, pas un étalonnage à suivre aveuglément.

Sulfure de cadmium : assez sensible pour le TTL, mais avec une mémoire

Une cellule au sulfure de cadmium (CdS) est une photorésistance : sa résistance diminue quand la lumière augmente, elle a donc besoin d’une pile pour alimenter le circuit en pont. La contrepartie est une sensibilité bien supérieure au selenium, avec une taille suffisamment réduite pour loger à l’intérieur d’un appareil. C’est pourquoi l’Asahi Pentax Spotmatic de 1964 — parmi les premiers appareils de série avec mesure derrière l’objectif (TTL), après le Topcon RE Super de 1963 — utilisait deux cellules CdS derrière le prisme, et pourquoi le CdS a supplanté le selenium pour le TTL et la photographie en lumière disponible tout au long de la décennie.

Le CdS a une bande interdite proche de 2,42 eV, ce qui lui donne un pic spectral autour de 515 nm et une réponse utile d’environ 515 à 730 nm, étroitement calée sur l’œil. Mais il présente deux défauts. Le premier est la vitesse : le temps de réponse spectrale maximum est d’environ 100 ms, et s’y ajoute un effet mémoire. La résistance dépend de l’historique lumineux récent de la cellule ; après une transition du clair au sombre, il peut lui falloir de 30 secondes à quelques minutes pour lire correctement l’obscurité, et les types haute sensibilité dérivent pendant des heures. Mesurer une rue ensoleillée, entrer dans une embrasure de porte et lire immédiatement, et la cellule se souvient encore à moitié du soleil, signale trop de lumière et sous-expose les ombres d’un diaph (stop) ou plus jusqu’à ce qu’elle se stabilise. Ranger le posemètre exposé à la lumière avant utilisation, plutôt qu’obturé dans un sac sombre, réduit ce temps de latence.

Certains posemètres utilisaient à la place du séléniure de cadmium (CdSe), avec un pic plus avancé dans le rouge à 690 à 730 nm et une réponse plus rapide de 10 ms pour une portée accrue en basse lumière, mais la résistance du CdSe est bien plus sensible à la température que celle du CdS, si bien que ce gain se payait par une instabilité en conditions froides ou chaudes.

Le second défaut du CdS est son alimentation. Les circuits en pont étaient étalonnés sur la tension plate et constante de 1,35 V d’une pile PX625 ou PX13 au mercure, et beaucoup n’avaient pas de régulation de tension. Glisser une pile alcaline 1,5 V dans ce logement et la lecture se décale d’environ un demi à un diaph (stop). La commercialisation des piles au mercure a été interdite en 1996 pour des raisons de toxicité, de sorte que tout posemètre CdS hérité acceptant une PX625 fonctionne désormais sur un substitut : utilisez une pile zinc-air 1,35 V ou un adaptateur, pas une alcaline nue, sinon la précision de la cellule est perdue avant même que l’effet mémoire ait son mot à dire.

Silicium : rapide, linéaire, et avide d’infrarouge

La photodiode en silicium est photovoltaïque mais génère bien moins de tension que le selenium, elle dépend donc d’un amplificateur et d’une pile. En contrepartie, elle répond en microsecondes, n’a aucun effet mémoire mesurable et reste linéaire sur une très large plage. La rapidité est décisive pour le flash : un éclair dure une fraction de milliseconde, et une cellule CdS avec ses 100 ms de latence ne peut physiquement pas l’intégrer, tandis qu’une cellule silicium enregistre l’éclair en entier. Gossen a intégré la cellule silicon-blue dans le Profisix et le Luna-Pro SBC en 1977, et le Lunasix F / Luna-Pro F de 1981 a ajouté la mesure de flash précisément grâce à ce temps de réponse. Le silicium avait supplanté le CdS dans la plupart des posemètres à la fin des années 1980.

Son point faible est spectral. Le silicium nu répond d’environ 200 nm dans l’ultraviolet jusqu’à environ 1100 nm, avec un pic de responsivité bien dans le proche infrarouge, généralement autour de 850 à 980 nm et autour de 0,4 à 0,7 A/W, bien au-delà de ce que le film panchromatique enregistre comme luminance. Non corrigé, il sur-lit toute source riche en infrarouge, le tungstène étant le pire. Le remède est un filtre de correction colorimétrique intégral qui coupe l’infrarouge et remodèle la réponse vers le photopique, et le résultat est commercialisé comme cellule silicon-blue (SBC) ou SPD. Cela résout le même problème de correspondance photopique que traitait la littérature sur les filtres pour selenium, mais par le moyen inverse : là où le selenium avait besoin d’un léger filtrage pour ajouter une correction, le silicium nécessite un filtrage agressif pour soustraire son appétit infrarouge. Un posemètre silicium n’est précis que dans la mesure où ce filtre l’est.

Choisir selon le mode de défaillance

Adaptez la cellule au travail et à la défaillance qu’elle ne peut éviter. Pour un paysage en plein jour, le selenium ou une cellule silicon-blue lisent tous deux honnêtement ; le selenium n’a pas besoin de pile et ignore l’infrarouge par nature. Pour un intérieur sombre en lumière disponible, optez pour le CdS ou le silicium pour la sensibilité, mais accordez au CdS ses 30 secondes à quelques minutes pour oublier la scène plus lumineuse que vous venez de quitter. Pour le flash, seul le silicium convient ; le selenium et le CdS sont tous deux trop lents pour saisir l’éclair. Pour un posemètre hérité ou vieilli, méfiez-vous d’abord du selenium pour sa dérive vers le bas, et vérifiez quelle pile attend un appareil CdS avant de faire confiance à une seule mesure. Sous tungstène, faites confiance au filtre de la SBC plutôt qu’à une cellule silicium nue, sinon vous sous-exposerez les ombres du diaph (stop) qu’a inventé l’infrarouge. Savoir quelle cellule se trouve derrière l’aiguille explique la majeure partie des désaccords entre deux posemètres pointés vers la même scène.