Ecole de Printemps 2009 – la couleur et l’espace

Ecole de Printemps 2009
Ecole thématique interdisciplinaire CNRS
« couleur, une question d’échelle : l’espace »

Comité scientifique

Serge BERTHIER (Institut des Nanosciences de Paris, INSP, UMR 7588, Université Paris 7, Paris), Michel BLAY (SYRTE, UMR 8630, Ecole Normale Supérieure, Paris), Christine FERNANDEZ-MALOIGNE (Laboratoire Signal, Image, communication, FRE 2731, Université de Poitiers, Poitiers), Directrice Scientifique Associée du GDR 720 ISIS, pour le thème B « Image et Vision », Michel Imbert (Ecole Normale Supérieure, Paris), Pascal MAMASSIAN (Laboratoire psychologie de la perception, FRE 2929, Université Paris 5 René Descartes, Paris), directeur du GDR 3045 Vision, Michel MENU (C2RMF, UMR 171 CNRS-Ministère de la Culture, Paris), Bernard METZGER (Ecole Nationale Supérieure d’art de Dijon, Dijon), Françoise VIENOT (Equipe Vision et apparence, Centre de Recherche sur la Conservation des Collections, UMR 7188, Museum d’Histoire Naturelle, Paris).

Comité d’organisation

Patrick CALLET (Laboratoire Mathématiques appliquées aux systèmes, Ecole Centrale, Paris), Mady ELIAS (Institut des Nanosciences de Paris UMR 7588, Paris), Jacques LAFAIT (Institut des Nanosciences de Paris UMR 7588 CNRS-Paris 6, Paris), directeur du GDR 2602 Couleur et matériaux à effets visuels, Barbara BLIN-BARROIS (Conservatoire des ocres et de la couleur, ôkhra, Roussillon-Provence).
assistante d’organisation : Mylène Porte SCIC ôkhra

09h00 – 10h00La longueur de cohérence : origine, caractérisation, conséquence
Agnès Maitre (INSP, Université Paris 6)

Lundi 23 mars ACCUEIL, INTRODUCTION, PREREQUIS
13h30 – 15h00 Buffet d’accueil
15h15 Ouverture comité scientifique
15h30 – 16h00 Présentation du programme et des objectifs de formation de l’ecole 2009
Serge Berthier (INSP, Paris)
16h00 – 17h00 Langage, sens des mots
Danièle Dubois (CNRS-LAM)
17h00 – 18h00 Modélisation multi-échelle en physique et en ingénierie
Daniel Bouche (CEA)

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La conception et l’ingénierie d’objets complexes, la prédiction de phénomènes physiques, demande souvent de simuler une large gamme d’échelles d’espace et de temps. Par exemple, pour un objet en matériau composite nanostructuré, ces échelles vont de quelques nanomètres à la taille de l’objet. Pour la turbulence atmosphérique ou océanique, elles s’étendent de l’échelle de dissipation visqueuse jusqu’à des centaines de kilomètres.
La simulation numérique de l’ensemble à l’échelle la plus fine est hors de portée. Il faut donc imaginer une stratégie de simulation « multi échelle » : l’information part de l’échelle « microscopique », et remonte jusqu’à l’échelle « macroscopique », en passant par une ou plusieurs échelles intermédiaires. Nous présenterons des exemples d’applications en physique et en ingénierie: matériaux composites, transport de particules en milieu hétérogène, écoulements complexes, comportement et évolution sous sollicitation des matériaux, etc.
Daniel Bouche
Commissariat à l’Energie Atomique CEA
Direction des Applications Militaires DAM
18h00 – 19h30 Présentation des participants
20h00 Dîner
Mardi 24 mars VISION/PHYSIQUE
09h00 – 10h00 Perception colorée et facteurs d’échelle
Patrick Cavanagh (Harvard University)
10h00 – 11h00 La vision des couleurs à travers la mosaïque des cônes
David Alleyson (Laboratoire de Psychologie et Neurocognition LPNC CNRS UMR 5105, Université Pierre-Mendes France UPMF)

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A l’échelle du neurone, la vision des couleurs est initiée par l’échantillonnage de la scène visuelle par la mosaïque des cônes dans la rétine. C’est-à-dire qu’il se forme à la surface de la rétine une image spatio-chromatique dont la propriété est de posséder une seule composante chromatique par position spatiale.
A l’échelle de la vision nous n’avons pas conscience de la mosaïque et nous ne la percevons pas. Comment le système visuel nous donne une vision continue et sans ambiguïté de l’arrangement spatial et chromatique de la scène à partir de la mosaïque? Quels sont les mécanismes de traitements de l’information spatiale et chromatique qui permettent la vision? Dans ce cours nous aborderons la problématique générale de l’échantillonnage spatio-chromatique. Nous proposerons un modèle de représentation de l’information spatial et chromatique dans le cas de mosaïques périodiques et aléatoires. Nous montrerons également comment la prise en compte de cette propriété du système visuel permet d’améliorer le rendu d’images pour les caméras numériques.
David Alleysson
Laboratoire de Psychologie et NeuroCognition LPNC
CNRS UMR 5105
Universite Pierre-Mendes France (UPMF)
11h00 Pause
11h30 – 12h30 Traitement numérique multi-échelle de la couleur
Philippe Carré, Christine Fernandez Maloigne (Laboratoire xlim-sic, UMR 6172 CNRS, Université de Poitiers)

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Lorsqu’une scène est numérisée, un certain nombre de précautions peuvent être prises pour obtenir un fichier numérique qui respecte le mieux possible la colorimétrie initiale des objets. Cependant ces informations restent de bas niveau et pour aller vers une analyse automatique des images qui prennent en compte la sémantique, au delà du pixel, il est indispensable de prévoir des traitements informatiques qui, comme le fait notre système visuel, analyse une image à différentes échelles. Nous décrirons donc dans ce cours, d’une part, comment, en modélisant certaines spécificités du SVH, comme la sensibilité au contraste spatial, nous pouvons simuler la perception d’une scène à différentes échelles et prendre cette information en compte pour segmenter une image en régions d’intérêt. Puis, d’autre part, nous présenterons les principaux outils de l’analyse multi-résolution, multi-échelle : les ondelettes, les processus aux dérivés partielles, permettant de filtrer les bruits et d’extraire les contours ; avant d’évoquer les modes de structuration d’une image segmentée, sur plusieurs échelles, afin d’en faire une analyse finale (les graphes, les pyramides). L’ensemble de ce cours sera illustré par de nombreux exemples d’applications sur des projets du laboratoire.
Philippe Carré, Christine Fernandez-Maloigne
laboratoire Xlim-SIc, UMR 6172 CNRS
Université de Poitiers
12h30 – 15h00 Pause déjeuner
15h15 – 16h45 Effets visuels découlant d’une organisation multi-échelle des structures photoniques
J. P Vigneron (Université NDLP, Namur)

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Les structures photoniques polycristallines sont susceptibles d’effets visuels plus variés que les cristaux photoniques idéalement ordonnés. La taille des grains et la distribution de leurs orientations sont des paramètres à longue portée qui donnent une flexibilité accrue pour varier les caractéristiques de la diffusion lumineuse. Blanches ou colorées, diffusantes ou métalliques, les surfaces polycristallines offrent des possibilités de coloration bien plus riches que celles des cristaux ordonnés. Le cours tentera de dégager les règles permettant de corréler ces effets visuels, la distribution des tailles et des orientations des grains et la structure cristallographique locale des cristallites. On pourra ensuite déveloper des techniques de simulation numérique pour déterminer les caractéristiques spectrales de la lumière diffusée. Les exemples mentionnés seront choisis pour aider à clarifier certains effets visuels complexes observés chez les insectes.
Jean-Paul Vigneron
Université NDLP, Namur, Belgique
16h45 – 17h00 Structures photoniques naturelles. Propriétés, caractérisation, modélisation.
Serge Berthier (INSP, Paris)

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Les cristaux photoniques, qui permettent de manipuler la lumière, sont la clé de la photonique, appelée à remplacer l’électronique dans notre quotidien. On se heurte cependant actuellement à d’importants problèmes d’élaboration de ces structures, en particulier les structures tridimensionnelles. La nature cependant nous en offre en quantité, ce qui permet d’en étudier les propriétés, de les extrapoler à d’autres matériaux via la modélisation, et même, depuis peu, d’en réaliser des répliques. Dans ce cours nous nous proposons tout d’abord de présenter quelques unes de ces structures, remarquables par les effets optiques et colorés qu’elles génèrent. On peut distinguer trois grande caractéristiques fondamentales de ces structures : (1) Elles sont multi échelles, et les effets colorés sont créés à différents niveaux. (2) Elles sont plus ou moins bien ordonnées, et chaque échelle présente un désordre caractéristique qui influe sur les propriétés colorimétriques. (3) Et enfin elles sont robustes et multifonctionnelles.
Nous présenterons succinctement les techniques de caractérisation, optiques ou structurales, qui permettent l’étude sélective des effets générés à une échelle donnée. Nous terminerons par un panorama des approches théoriques permettant la modélisation des propriétés optiques de ces structures, en précisant chaque fois la taille du domaine modélisé et la possibilité de prise en compte du désordre.
Serge Berthier, Julie Boulenguez
Institut des NanoSciences de Paris (INSP), Université Pierre et Marie Curie, Paris
17h00 – 17h45 Les couleurs des lames minces et les théories de la lumière
Bernard Maitte (Université Lille 1)
18h00 Les doctorants présentent leurs travaux
(coordonné par Françoise Viénot)
19h00 Dîner puis soirée libre
Mercredi 25 mars PHYSIQUE/ATELIERS
10h00 – 11h00 Effets de taille en optique
Christine Andraud (INSP, Paris )
11h00 – 11h30 Pause
11h30 – 12h30 Changements de couleur dus à une modification d’état de surface
1. rugosité multi-échelle et effets colorés
Carole Deumié (Institut Fresnel)
2. surfaces fortement rugueuses
Mady Elias (INSP-UPMC)

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Nous distinguerons les cas des surfaces initiales faiblement et fortement rugueuses, c’est-à-dire dont la rugosité est inférieure ou supérieure à la longueur d’onde d’observation, car les méthodes d’analyse sont profondément différents.
1 – Rugosité multiéchelle et effets colorés (C. Deumié, G. Georges, C. Amra)
De façon classique, les surfaces rugueuses présentent un comportement diffusant dépendant de leur profil spatial. Ce comportement varie spectralement, et participe aux effets colorés. L’échelle spatiale de la rugosité est un paramètre clé, que les composants considérés présentent des états de surface périodiques ou aléatoires. Pour appréhender ces phénomènes, il est nécessaire de raisonner dans les différents régimes de diffusion. Dans le cas des surfaces faiblement rugueuses, et par conséquent faiblement diffusantes, une approche théorique perturbative permet d’appréhender la notion de rugosité multiéchelle, et d’expliquer les variations spectrales de la diffusion associée, directement liée aux profils surfaciques. Dans ce régime, les composants présentent également des propriétés réfléchissantes. Lorsque les surfaces sont totalement diffusantes, une approche électromagnétique met en évidence une dépendance spectrale moins marquée.
Dans tous les cas, un traitement de la surface (dépôt d’une séquence multicouche à effet interférentiel) modifie les effets colorés, dépendant également du régime de diffusion de la surface initiale. Nous présenterons les résultats obtenus dans le cas de surfaces traitées aléatoires (exemple d’application pour les peintures) ou périodiques (exemple d’application pour les paillettes multicouches), et dans le cas de rugosités faibles ou fortes par rapport à la longueur d’onde.
2 – Surfaces fortement rugueuses (Mady Elias)
C’est le cas des surfaces de peintures, de papiers, de tôles,… observées dans le visible. La surface est alors décomposée en une série de microfacettes caractérisée par leur densité de probabilité des pentes, qui peut être soit mesurée directement par profilométrie, ou goniophotométrie ou microscopie confocale. Elle peut également être modélisée. L’optique géométrique permet ensuite de relier les flux lumineux réfléchis à cette répartition géométrique de facettes, d’en déduire le spectre de réflexion diffuse et de calculer la couleur correspondante. Toute variation de l’état de surface peut ainsi être reliée à un écart de couleur.
Le calcul montre que plus la surface devient rugueuse, plus sa couleur se désature, et plus sa clarté augmente, l’effet étant d’autant plus marqué que la couleur est claire au départ. La teinte est cependant peu affectée par une telle modification. Des exemples seront présentés sur des œuvres d’art où l’artiste a volontairement utilisé le même pigment mais une technique différente. Ce phénomène explique le blanchiment et l’opacité appelé « chanci » des œuvres d’art anciennes dû à la micro-fissuration de leur vernis.
Carole Deumié,Mady Elias
Institut Fresnel, UMR CNRST2I 6133,
Aix-Marseille Universités, Ecole Centrale Marseille
et
INSP-UPMC, Paris
12h30 – 14h00 Pause déjeuner
14h00 – 17h30 Choix à préciser après l’inscription
Atelier n°1 mosaïque (de la tesselle à l’oeuvre) Jérôme Gulon
Atelier n°2 diptyques, triptyques et autres polyptyques pour jouer avec l’espace et la couleur Philippe Durand
Atelier n°3 couleurs proportionnelles, échelle des valeurs, dégradés et camaïeux Ode Cunha Périnel
Atelier n°4 microspectrophotométrie : mesures spectrales sur objets multi-échelles Julie BOULENGUEZ
18h00 – 19h00 visite du Conservatoire, matériaux de la couleur liants et pigments
19h30 -21h00 Dîner
21h15 – 22h30 Conférence du soir ouverte au public
Jeudi 26 mars ART/VISION
09h00 – 10h00 Considérations conceptuelles et phénoménologiques sur notre expérience chromatique
Jérôme Dokic (EHESS, Paris)

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Les discussions philosophiques classiques au sujet de la couleur ont porté principalement sur la nature métaphysique de la couleur : Est-elle une qualité intrinsèque des objets ou plutôt de notre expérience visuelle des objets ? Est-elle une propriété dispositionnelle, et si oui quelle en est la manifestation canonique ? Peut-on réduire la couleur à des propriétés physiques micro-structurelles ? Je présenterai quelques-unes de ces questions dans mon exposé mais je montrerai qu’elles ne peuvent se concevoir indépendamment de considérations relatives à la structure phénoménale des couleurs, qui inclut non seulement les relations constitutives entre les couleurs, mais également les rapports entre celles-ci et d’autres propriétés sensibles, visibles (par exemple la forme) ou non (par exemple les sons). Je discuterai également de phénomènes, tels que la constance et la transparence, qu’une analyse adéquate de notre expérience chromatique ne saurait ignorer.
Jérôme Dokic
EHESS, Paris
10h00 – 11h00 Couleur et tridimensionnalité dans les arts à la Renaissance (peinture et théorie)
Isabelle Bouvrande (CESR, Tours)

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A partir des années 1420, la peinture, art de la surface, ambitionne de feindre de façon convaincante la troisième dimension qu’est la profondeur. Pour ce faire, elle recourt à un art savant de la couleur, apte à suggérer le relief probant de tous les volumes. Parallèlement aux pratiques picturales, la théorie de l’art (De pictura de Leon Battista Alberti) invente une théorie de la tridimensionnalité fondée sur un art de colorer inspiré notamment de la philosophie aristotélicienne de la nature. A partir d’extraits de commentaires latins sur la Physique, le De l’âme et le Des sens et des sensations d’Aristote reçus dans le De pictura, on verra comment Alberti invente l’espace (non mathématique) en peinture fondée sur l’emploi de la couleur en étudiant parallèlement des peintures italiennes de la Renaissance.
Isabelle Bouvrande
Isabelle Bouvrande
11h00 Pause
11h30 – 12h30 La relation de la notion d’échelle spatiale et de la couleur du point de vue de la peinture et de la coloration en architecture – méthodes et pratiques
Bernard Metzger (Ecole Nationale Supérieure des Arts de Dijon)

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La notion d’échelle de couleur dans le projet peinture :
– couleur matière: pigment- peinture- support
– une logique de la couleur: couleurs prismatiques- couleurs atténuées- gris chromatiques
– du tableau- au mur- à l’espace
La notion d’échelle dans le projet couleur en architecture:
– les couleurs du lieu: église St Léger d’is sur Till (21)- église St Germain de Couchey (21)- Château de Villeneuve (21)
– les lieux de la couleur: la méthode de Jean Philippe Lenclos, de Marie Pierre Servantie (chromo architecte)
Bernard Metzger
Ecole Nationale Supérieure des Arts de Dijon
12h30 – 15h00 Pause déjeuner
15h15 – 16h15 Transition mat/spéculaire
Larry Maloney (Center for Neural Science, New York)
16h15 – 17h00 Mosaïque rétinienne & traitement rétinien de l’information visuelle chez l’animal
Serge G. Rosolen (DVM)

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Au cours de l’évolution l’œil et la fonction visuelle se sont avant tout adaptés au milieu (aquatique, terrestre, aérien) et au mode de vie (nocturne, diurne) de chaque espèce. Organe périphérique de la vision, l’œil est un instrument d’optique, un récepteur d’images et un transformateur de lumière. Le contenu énergétique et spectral de la lumière arrive sur un capteur de photons (la rétine) sous forme d’image et est organisé dans l’espace et dans le temps. La rétine est composée d’une très fine mosaïque de deux types de photorécepteurs (cônes et bâtonnets) dont le rôle est de capter les photons, de décoder l’information qu’ils contiennent et de la transformer en un signal biologique identifiable par l’organisme sous forme de potentiels d’action.
S.G. Rosolen
Inserm, Institut de la vision
DVM, Ph.D
17h00 – 17h30 Pause
17h30 – 18h15 Dimension des visions colorées
Doris Gomez
20h30 Soirée couleur et repas
Vendredi 27 mars PHYSIQUE
9h00 – 10h00 De la feuille au couvert végétal : modélisation du transfert radiatif et applications
Frédéric Baret (INRA/EMMAH UMR 1114)

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Les propriétés optiques des couverts végétaux, et donc leur couleur, dépendent étroitement des propriétés optiques des feuilles, mais également de bien d’autres variables : géométrie d’observation et d’illumination, propriétés du sol, et surtout la structure du couvert végétal.
A partir d’observations expérimentales, nous montrons dans un premier temps comment passer des propriétés de la feuille à celles du couvert végétal. Les modèles de transfert radiatif décrivant les processus physiques d’interaction de la lumière avec le couvert sont ensuite introduits. Ils seront utilisés pour analyser la sensibilité des propriétés optiques (la réflectance spectrale bidirectionnelle et les conséquences sur les changements de couleur associés) aux diverses caractéristiques des couverts végétaux.
Les relations ainsi établies entre propriétés optiques des couverts végétaux et certaines de leur caractéristiques telles que la surface des feuilles, le contenu en chlorophylle) seront exploitées pour interpréter les observations de télédétection et contribuer à différentes applications telles que l’aide à la décision en agriculture, ou la modélisation des cycles biogéochimiques de l’échelle régionale à l’échelle globale.Frédéric Baret
INRA Avignon
EMMAH UMR 1114
10h00 – 11h00 Architecture intérieure/extérieure/paysage
M. Delmas (MNHH, Paris)
11h00 – 11h30 Pause
11h30 – 12h15 Propriétés optiques des végétaux : feuille-arbre-forêt
Stéphane Jacquemoud (IPGP, Paris)

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La couleur des feuilles résulte de leur propriétés optiques de surface et de volume. L’étude de ces propriétés est relativement récente même si, dans un chapitre intitulé /Botany for Painters and Elements of Landscape Painting/ et probablement écrit entre 1513 et 1515, Léonard de Vinci s’interrogeait déjà sur la manière dont le feuillage des arbres renvoyait la lumière. Les premiers travaux de recherche datent du début du 20eme siècle pour des applications en physiologie végétale, les feuilles étant les principaux organes des plantes sièges de la photosynthèse. Dans les années 60, l’observation de la Terre par satellite a conduit les agronomes et physiciens à s’intéresser de nouveau au déterminisme de la réflectance et de la transmittance des feuilles et à proposer des modèles physiques. Aujourd’hui, ce sont les spécialistes des images de synthèses qui ont repris le flambeau afin d’améliorer le rendu des scènes. Dans cette présentation j’aborderai les différentes approches possibles pour simuler les propriétés optiques des feuilles. J’insisterai sur les difficultés liées à la complexité de ces objets mais aussi à une méconnaissance des propriétés optiques des constituants foliaires (indice de réfractrion complexe).
Stéphane Jacquemoud
Institut de Physique du Globe de Paris, Jussieu
12h15 – 13h00 De la tesselle à l’oeuvre
Jérôme Gulon
13h00 – 14h00 Pause déjeuner
14h00 – 15h00 Lumière, espace et temps
Etienne Guyon (ESPCI)

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L’onde lumineuse associe de façon étroite les notions d’espace, thème des rencontres de Roussillon 2009, et le temps qui sera examiné dans une prochaine session ? La possibilité de créer des impulsions lumineuses extrêmement courtes en longueur ( jusqu’au micron ) et en temps (de la femto à atto secondes) a transformé notre vision des phénomènes ondulatoires et de la notion de couleur. Mais elle a aussi conduit à des expérimentations nouvelles en physique atomique ou en chimie où les actes élémentaires se produisent dans ces échelles de temps courtes.
Au niveau des processus atomiques, la luminescence nous fait rencontrer des réponses temporelles différées dont la nature nous fournit des exemples (la luciole, certains végétaux ou algues,) mais qui constituent un outil très utilisé en sciences comme en témoigne le prix Nobel de chimie 2008.
Sur un tout autre plan, la lumière permet d’étudier des phénomènes spatio-temporels propagatifs (e.g. effet Brillouin ) et diffusifs (e.g. effet Rayleigh ) à l’intérieur de la matière .
Dans certaines conditions singulières (au voisinage d’un point critique), des phénomènes optiques singuliers ( l’opalescence critique ) sont dus à des fluctuations géantes dans l’espace et le temps. De telles fluctuations permettent aussi d’étudier la mobilité des microorganismes.
Etienne Guyon
ESPCI, Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles, Paris
15h00 – 16h00 Bilan pédagogique de l’Ecole Interdisciplinaire 2009 participants, organisateurs et le conseiller formation CNRS
Présentation des Thèmes d’Ecole attendus pour Mars 2010
16h30 Clôture de l’Ecole et transfert vers la gare TGV

Le conservatoire des ocres et de la couleur

le conservatoire de la couleur

L'usine Mathieu, conservatoire des ocres et de la couleur
A l'image d'un conservatoire de musique, le rôle du Conservatoire de la couleur est de pratiquer la discipline que l'on entend conserver. Ici, la couleur se vit par le geste et par la transmission des savoir-faire. Le centre de formation, la librairie et le comptoir spécialisé sont au service de cette mission.
Société Coopérative d'Intérêt Collectif (SCIC) reconnue par l'État, ôkhra gère ce conservatoire en délégation de service public. Elle rassemble salariés, artistes, artisans, industriels, scientifiques, bénévoles et collectivités territoriales au sein d'une gouvernance partagée.

les salles de formation

une des salles de cours du conservatoire
Les formations se déroulent dans une des salles de cours du conservatoire, aménagées dans les anciens entrepôts d'ocre. L'usine Mathieu est une usine d'ocre réhabilitée, les stages se déroulent donc au cœur de la couleur.
Les installations sont simples, le luxe, c'est l'espace, la lumière et l'environnement. Les pauses déjeuners se prennent fréquemment en plein air (il fait souvent beau, vous êtes en Provence !).

Roussillon en Provence

le village de roussillon
Roussillon est un village magnifique, au cœur du massif ocrier classé du Luberon, et il en a la couleur. La visite du sentier des ocres, au bord du village, est indispensable. A quelques kilomètres, à Gargas, les spectaculaires mines souterraines de Bruoux valent le détour.
A quelques kilomètres d'Apt, on y accède par le TGV d'Avignon ou l'aéroport d'Aix - Marseille. De nombreuses solutions d'hébergement pour tous budgets sont proposées autour du conservatoire.