Quand on était enfant, on a probablement tous joué avec un carnet d'animation – le coin de la page était dessiné avec une série de petits personnages légèrement différents ; en le feuilletant rapidement avec le pouce, les personnages s'animaient. Plus on le feuilletait vite, plus le mouvement était fluide ; trop lentement, et ce n'étaient qu'une suite d'images statiques disjointes.
Fondamentalement, un écran fonctionne exactement comme ce carnet : combien de fois il « feuillette » l'image pour vous par seconde, c'est son taux de rafraîchissement, mesuré en hertz (Hz). À 60 Hz, il feuillette 60 pages par seconde.
Cela semble simple, mais derrière ce « combien de fois par seconde » se cachent des problèmes physiologiques et physiques intéressants. Par exemple, une croyance répandue veut que l'œil humain ne distingue que 24 images par seconde, d'où l'utilisation du 24 images/s pour le cinéma, au-delà duquel ce serait du gaspillage. Cette affirmation est-elle vraie ?
D'abord, détruisons un mythe : l'œil n'est pas un appareil photo
L'idée que « l'œil ne voit que 24 images/s » est un malentendu répété d'innombrables fois. Son origine est en fait très pragmatique – dans les années 1920, avec l'avènement du cinéma sonore, les 24 images/s représentaient un compromis entre le coût de la pellicule et la qualité de synchronisation du son, sans aucun rapport avec une « limite de l'œil ».
L'œil humain n'est pas une caméra qui prend des clichés instantanés ; c'est plutôt comme un conduit photosensible en continu sur une ligne d'assemblage. La lumière frappe la rétine, les cellules photoréactrices réagissent, le signal est envoyé au cerveau – le processus entier prend environ quelques dizaines de millisecondes et ne « se remet pas à zéro » entre chaque image : l'image précédente n'a pas complètement disparu que la suivante se superpose déjà. Ce phénomène s'appelle la persistance rétinienne, avec un temps de rémanence d'environ 1/16 de seconde.
C'est précisément cette persistance rétinienne qui transforme les images discrètes des carnets d'animation, du cinéma et des écrans en mouvement continu à nos yeux. Tant que le feuilletage est assez rapide (environ au-dessus de 15 images/s), le cerveau ne se donne pas la peine de distinguer « ce sont deux images différentes » et reconstruit directement le mouvement.
Mais « percevoir un mouvement continu » et « pouvoir discerner une fluidité supérieure » sont deux choses différentes. Des études montrent que des personnes entraînées peuvent percevoir des différences bien au-delà de 60 Hz ; des pilotes de chasse peuvent même reconnaître un modèle d'avion en un éclair de 1/200 de seconde. Ainsi, un taux de rafraîchissement élevé n'est pas de la magie – vos yeux le ressentent vraiment, mais pas de manière aussi évidente que « voir image par image ». Cela se manifeste davantage par des sensations subtiles comme la « fluidité », la « réactivité » et l'absence de « traînage ».
À propos d'une autre question : pourquoi 24 images/s au cinéma paraît fluide mais en jeu vidéo, c'est saccadé ?
On pourrait se demander : si l'œil perçoit un taux élevé, pourquoi un film à 24 images/s semble fluide alors qu'un jeu vidéo à 24 images/s est aussi saccadé qu'un diaporama ?
La réponse réside dans le « flou ». Pendant le tournage cinématographique, l'obturateur de la caméra reste ouvert pendant la durée d'exposition de chaque photogramme ; les objets en mouvement laissent une traînée de flou naturelle sur la pellicule. Ce flou comble précisément les lacunes entre les images, et le cerveau le perçoit comme fluide. En revanche, les images d'un jeu vidéo sont rendues image par image, chacune étant nette et précise. Le processus de mouvement entre les images est « vide » ; à 24 images/s, il ne reste qu'une série de sauts, ce qui paraît naturellement saccadé. Ainsi, à 24 images/s identiques, le cinéma trompe l'œil avec du « vrai flou », alors que le jeu vidéo expose cruellement la discontinuité. Cela explique aussi pourquoi les exigences en matière de taux de rafraîchissement et de framerate sont bien plus élevées pour les jeux vidéo que pour le visionnage de films.
Alors pourquoi 60 Hz semble acceptable ?
Si plus c'est élevé, plus c'est fluide, pourquoi les gens ont-ils utilisé des écrans à 60 Hz pendant des décennies sans trouver le monde saccadé ? Il faut revenir à l'autre moitié de l'équation : le flou de mouvement.
Dans le monde réel, le déplacement des objets est véritablement continu, le signal lumineux parvient sans cesse à vos yeux. Un écran, lui, est discret : entre chaque image, il y a un court intervalle ; l'objet « saute » entre l'image actuelle et la suivante. Ce saut laisse une courte traînée floue sur la rétine.
Plus le taux de rafraîchissement est élevé, plus le saut est petit, plus le flou est court, et plus l'image est nette et précise. C'est pourquoi passer de 60 Hz à 120 Hz peut donner une impression de « pas grand-chose de différent, mais c'est juste plus agréable » – cette sensation de confort vient de la réduction du flou, et du fait que vos yeux n'ont plus à fournir d'effort pour combler mentalement les images intermédiaires manquantes.
Un exemple plus visuel : un point blanc qui se déplace à vitesse constante sur un écran noir. À 60 Hz, il saute 60 fois par seconde, chaque saut couvrant une distance relativement longue, laissant une traînée visible ; à 240 Hz, il saute 240 fois par seconde, se déplaçant à peine à chaque fois, la traînée disparaît presque et le point paraît « solide ». C'est exactement ce que le test UFO est conçu pour vous montrer.
Au passage, le terme « rafraîchissement » a son histoire. Les anciens tubes cathodiques (CRT) utilisaient un canon à électrons pour balayer la ligne par ligne sur l'écran et allumer les pixels ; la poudre fluorescente s'allumait brièvement puis s'éteignait rapidement, donc le canon à électrons devait constamment « re-balayer » pour maintenir l'image – d'où le terme « refresh » (rafraîchir). Aujourd'hui, les écrans LCD et OLED n'utilisent plus de canon à électrons, mais le terme est resté, et la logique du « combien de fois par seconde » persiste – sauf qu'aujourd'hui, c'est l'état des pixels de l'ensemble du panneau qui est « rafraîchi ».
« Production » et « Affichage » : deux postes sur la même chaîne
À ce stade, nous pouvons aborder la distinction classique entre taux de rafraîchissement et framerate (images par seconde). Beaucoup pensent que c'est la même chose, alors qu'en réalité ce sont deux postes successifs sur une chaîne de montage.
Le framerate (IPS/FPS) est le nombre d'images que le poste « production », la carte graphique, peut produire par seconde ; le taux de rafraîchissement (Hz) est le nombre d'images que le poste « affichage », l'écran, peut afficher par seconde. L'un produit, l'autre expose.
Idéalement, produire autant qu'on affiche, c'est parfaitement synchronisé. Mais en pratique, ils fonctionnent de manière indépendante, ce qui peut créer deux situations gênantes : si la carte graphique produit trop vite et que l'écran ne peut pas suivre, les images en excès sont jetées, ou deux images s'affichent chacune en partie, provoquant un décalage visible au milieu de l'écran – c'est le « tearing » (déchirure) ; si la carte graphique produit trop lentement et que l'écran n'a rien à afficher, il doit réafficher l'image précédente, ce qui donne une impression de saccade – c'est le « stuttering » (saccade).
La synchronisation verticale (VSync) force la carte graphique à « attendre » l'écran, produisant et affichant image par image, éliminant le tearing, mais au prix d'un éventuel délai supplémentaire. Les technologies ultérieures, G-Sync et FreeSync, sont plus intelligentes : plutôt que de faire attendre l'écran à un rythme fixe, elles lui permettent d'ajuster dynamiquement son taux de rafraîchissement en fonction du rendement de la carte graphique – si vous produisez 80 images, j'en affiche 80. C'est le taux de rafraîchissement variable (VRR), qui est aujourd'hui l'un des arguments de vente clés des écrans haut de gamme.
Comment le navigateur « mesure » votre taux de rafraîchissement
Ayant expliqué le principe, revenons à la question pratique : comment un test sur une page web peut-il savoir à quel taux (Hz) fonctionne votre écran ?
On utilise ici une interface astucieuse du navigateur, appelée requestAnimationFrame. Sa conception vise à synchroniser les animations avec le rafraîchissement de l'écran : vous lui confiez l'instruction de « dessiner la prochaine image », et il vous appelle avec précision juste avant chaque rafraîchissement de l'écran. En d'autres termes, cette interface est « soudée » au signal de synchronisation de l'écran.
La logique du test est donc très simple : on lance un chronomètre et on compte combien de fois cette interface est appelée en une seconde. 60 appels signifient 60 Hz ; 144 appels signifient 144 Hz. Pour éviter qu'une ou deux saccades ne faussent le chiffre, on accumule généralement plusieurs centaines d'images pour calculer la moyenne, puis on arrondit aux valeurs familières que sont 60, 120, 144, 240.
Intéressant, ce processus de « comptage » peut aussi révéler des problèmes au-delà de l'écran lui-même. Par exemple, si votre nombre chute soudainement à 30 pendant le test, ce n'est probablement pas l'écran qui a changé, mais votre navigateur qui a détecté que vous aviez basculé vers un autre onglet et a réduit la fréquence de rafraîchissement pour économiser l'énergie ; ou dans un environnement multi-écrans, le navigateur s'adapte parfois à l'écran ayant le taux le plus bas, entraînant une baisse de lecture même sur l'écran à taux élevé. Ce sont des sous-produits du comptage qui vous aident à voir l'état de l'ensemble de la chaîne d'affichage.
Parlons un peu de cet « éclat » invisible
Pour finir, parlons d'un élément derrière le chiffre du taux de rafraîchissement, souvent négligé : le scintillement du rétroéclairage.
Vous pensez que l'écran émet une lumière stable, mais en réalité, le rétroéclairage de nombreux écrans fonctionne par alternance rapide « allumé-éteint » ; plus la luminosité est faible, plus la durée d'extinction est longue. C'est ce qu'on appelle la modulation de largeur d'impulsion (PWM), particulièrement courante sur de nombreux écrans OLED. Comme il scintille extrêmement vite (de quelques centaines à plus de mille hertz), votre conscience ne perçoit pas le « scintillement », mais le nerf optique et le muscle ciliaire réagissent continuellement à ces changements de luminosité.
C'est pourquoi certaines personnes ressentent une sécheresse ou une fatigue oculaire après avoir fixé longtemps un écran OLED à faible luminosité, sans pouvoir en identifier la raison clairement. Les tests de scintillement avec des alternances noir/blanc sur tout l'écran exagèrent ce phénomène pour vous faire « voir » le scintillement habituellement invisible. Ce test ne mesure pas le taux de rafraîchissement en soi, mais plutôt si le mécanisme de modulation de luminosité derrière ce taux est réellement agréable pour vos yeux.
Ainsi, la prochaine fois que vous verrez des chiffres comme « 144 Hz » ou « 240 Hz », ne les considérez pas seulement comme un argument marketing des fabricants. Ils s'inscrivent dans un ensemble de concepts ingénieux liés à la persistance rétinienne, au flou de mouvement et à la synchronisation entre production et affichage, et vous pouvez, à l'aide d'un simple test web, vérifier par vous-même si ce système fonctionne bien sur votre écran.
C'est probablement ce qu'il y a de plus fascinant dans la vulgarisation scientifique : une fois que l'on comprend les petites machines qui se cachent derrière la fluidité quotidienne, le monde devient un tout petit peu différent.