Jeden z pierwszych zapisów o obrazach rysowanych przez światło przechodzące przez dziurkę znajduje się w chińskim tekście datowanym na IV wiek p.n.e., przypisywanym chińskiemu filozofowi Moziemu. Innej wczesnej relacji dostarcza grecki filozof Arystoteles (384–322 p.n.e.), który używał tej techniki do obserwacji zaćmień słońca. Później Euklides (ok. 300 r. p.n.e) zaproponował jej matematyczny opis, w którym „linie narysowane bezpośrednio z oka przechodzą przez przestrzeń o dużym zasięgu”. Badania prowadzone z użyciem tego prostego zjawiska optycznego były prowadzone przez starożytnych Chińczyków, Greków i Arabów. Pierwszy naukowy opis przyrządu optycznego znajduje się u arabskiego matematyka Alhazena (Hasana) z Basry, który opisał ciemnię optyczną dopiero w 1020 r. Obserwacje i badania doprowadziły do zbudowania urządzenia o nazwie camera obscura, czyli pomalowanego wewnątrz na czarno pudełka z dziurką, na którego tylnej ściance, zastąpionej matowym i półprzezroczystym materiałem, powstawał odwrócony obraz. Później otworek został zastąpiony soczewką. Camera obscura z soczewką w otworze stosowana była od drugiej połowy XVI w. i zyskała popularność jako pomoc do rysowania i malowania w celu uzyskania bardzo dokładnego odwzorowania. Szczególnie ceniono ją jako łatwy sposób na uzyskanie właściwej perspektywy graficznej. Nie wszyscy jednak posiadali zdolność malowania czy rysowania, a też chcieli rejestrować obraz. Próbę wyjścia na przeciw ich oczekiwaniom podjął wynalazca Joseph Nicéphore Niépce.

Eksperymenty i wynalazki

Niépce urodził się 7 marca 1765 r. we Francji w rodzinie zamożnego prawnika. Studiował nauki ścisłe i metody eksperymentalne, szybko osiągając sukcesy. Wkrótce został profesorem uczelni. Później służył w armii Napoleona. Dostał nawet propozycję zostania gubernatorem Nicei, z której ostatecznie nie skorzystał. Wolał wrócić do rodzinnej posiadłości w Chalon-sur-Saône, by uprawiać buraki i produkować cukier. Choć tak naprawdę poświęcał się głównie robieniu wynalazków, co odbijało się na dochodach.

To właśnie tam wraz z bratem Claudem zbudowali Pyréolophore – wczesny silnik spalinowy stworzony do napędzania łodzi. Silnik działał dzięki czemuś, co uważano za „kontrolowane eksplozje pyłu”. Paliwem była mieszanina pyłu węglowego, zarodników widłaka i żywicy. Później bracia Niépce eksperymentowali z innymi paliwami, m.in. naftą. To oni stworzyli zasadę wtrysku paliwa, którą dziś znajdujemy w silnikach naszych samochodów. W 1807 r. bracia uruchomili prototypowy silnik spalinowy, a 20 lipca 1807 r. Napoleon Bonaparte „pobłogosławił” go, aby napędzał łodzie pływające w górę rzeki Saony.

W 1816 r., 12 miesięcy przed wygaśnięciem patentu na Pyréolophore, Claude wyjeżdża do Paryża, a następnie w 1817 r. – do Anglii, próbując znaleźć chętnych na zakup silnika. Nicéphore sam rozpoczyna nowe badania nad ideą, która prześladowała go od wielu lat: utrwaleniem na jakimś podłożu obrazów widocznych na tylnej ściance kamery obscura. Podczas swoich pierwszych eksperymentów umieścił z tyłu aparatu arkusze papieru powlekanego solami srebra, które czernieją pod wpływem światła. W maju 1816 r. zarejestrował pierwszy obraz natury: widok z okna. Obraz był negatywem, ale zniknął prawie natychmiast i stał się całkowicie czarny, ponieważ proces nie został zatrzymany i utrwalony.

Chcąc uzyskać pozytywowe obrazy, Niépce zainteresował się substancjami, które pod wpływem światła stają się jaśniejsze. W jego próbach wzięły udział sole i tlenki żelaza, a także czarny tlenek manganu. Mimo że uzyskał pewne wyniki, natknął się na problem z utrwalaniem. Pojawiał się, gdy próbował wyeliminować początkową substancję chemiczną, która nie została jeszcze przekształcona przez światło.

Aby rozwiązać ten problem, Niépce starał się znaleźć metodę, która umożliwiłaby mu uzyskanie obrazów wyrytych na podłożu. W tym celu badał wpływ światła na kwasy. Miał nadzieję zaobserwować ich rozkład. Jego plan obejmował pokrycie kamieni wapiennych kwasem, który pod wpływem oświetlenia będzie trawić kamień – inaczej w cieniach, a inaczej w światłach. Plan upadł, bo niestety kwasy nie rozkładają się pod wpływem światła. Te eksperymenty doprowadziły jednak do wniosku, że światło może wywoływać zmiany w materiale światłoczułym, które nie są widoczne gołym okiem, a pojawiają się dopiero pod wpływem substancji chemicznych. Dziś wiemy, że ten proces nazywa się wywoływaniem. W konsekwencji Niépce’a zainteresowały wszystkie substancje oddziałujące ze światłem.

Czytał traktaty chemiczne, które jego uwagę skierowały na żywicę Gwajakowca lekarskiego. Ta żółta żywica staje się zielona pod wpływem światła dziennego i traci rozpuszczalność w alkoholu. To wydawało się obiecujące i przyniosło pewne rezultaty, ale jedynie podczas pracy na słońcu. Nie udawało się ich powtórzyć za pomocą camera obscura. Niépce nie wiedział, że bez promieniowania UV, które odfiltrowuje obiektyw, reakcja nie zajdzie. 

Wkrótce wynalazca użył innej substancji – asfaltu syryjskiego. Wykazał, że pod wpływem światła substancja ta staje się nierozpuszczalna w zwykłym rozpuszczalniku, jakim był olejek lawendowy. Po 1822 r. udawało mu się reprodukować rysunki naniesione na podłoża bitumiczne (płyty szklane, kamienie wapienne, później blachy miedziane lub cynowe). Następnie za pomocą procesu aqua fortis (proces oparty na kwasie azotowym) wytrawił obrazy, które odbito na papierze. Proces ten miał przez dłuższy czas pozostać podstawą techniki fotochemicznej stosowanej do drukowania zdjęć i dokumentów graficznych zwanej heliograwiurą. 

Rozwiązanie to nadaje się znakomicie do reprodukcji rysunków stworzonych za pomocą linii, w których gradacja jest odwzorowana przez kreskowania. W przypadku obrazów tonalnych, gdzie obraz odtwarzany jest za pomocą różnej grubości lakieru bitumicznego, nie da się go wytrawić kwasem, który nie może dostać się do płyty. Niépce znakomicie rozumiał ten problem i starał się go rozwiązać. Stąd dziesiątki wytrawionych przez wynalazcę płyt, które można oglądać w muzeach na całym świecie.

Ponieważ trawienie nie pozwalało na uzyskanie rozpiętości tonalnej, Niépce wkrótce go porzucił, a zaczął naświetlać w camera obscura kamienie litograficzne pokryte bitumem i w 1824 r. uzyskał pierwsze w historii zdjęcie krajobrazu. Ekspozycja trwała wprawdzie kilka dni, ale udało się. Później stosował blachy miedziane i cynowe. To na blasze cynowej wykonał pierwsze zdjęcie, które dotrwało do naszych czasów: Widok z okna w Le Gras, 1826 r. Według historyka fotografii Helmuta Gernsheima ekspozycja mogła trwać 8 godzin, inne źródła mówią o trzech dniach. 

Niépce niestrudzenie pracował nad udoskonaleniem swojego wynalazku, który nazywał heliografią. W 1828 r. odkrył nową metodę, która pozwoliła uzyskać obrazy o wyższej jakości z półtonami. Jako bazę stosował polerowane srebro, a pozwalając oparom jodu na interakcję z bitumicznym obrazem, uzyskał autentyczne czarno-białe fotografie na metalowej płycie. Dokładność tych obrazów była jak na tamte czasy zdumiewająca. Czas ekspozycji wynosił nadal wiele dni w pełnym świetle słonecznym.

Zróbmy to razem

W 1827 r. ruszył do Londynu, aby zaprezentować swój wynalazek światu. Po drodze, w Paryżu, poznał Louisa Jacques’a Mandé Daguerre’a, który chciał poznać technikę wykonywania zdjęć, ale wynalazca niechętnie dzielił się koncepcją. Niestety, świat nie był zainteresowany heliografią. Niépce wrócił do Francji i zaszył się w laboratorium. Daguerre nie zaprzestał jednak nacisków i w 1829 r. powstała spółka, która przez lat dziesięć miała pracować nad ulepszeniem techniki. Prace przerwała śmierć Niépce w 1933 r. Jego syn Isidore negocjował z Daguerrem nowe warunki istnienia spółki, ale najwyraźniej nieskutecznie, bo w 1838 r. Daguerre opatentował wynalazek. Na nic zdały się protesty syna i innych osób, które wiedziały, kto jest prawdziwym twórcą technologii.

Wprawdzie Daguerre odkrył zjawisko obrazu utajonego (to ten niewidoczny obraz, który powstaje przy naświetlaniu, ale pojawia się dopiero podczas wywoływania zdjęcia) i do przygotowywania płyt wprowadził jodek srebra, ale podczas ogłaszania odkrycia pominął zupełnie nazwisko Niépce. Poinformował także, że Francja kupiła prawa do tego procesu i bezinteresownie przekazuje go światu. Metoda, którą nazwał dagerotypią, przyniosła mu sławę i pieniądze, podczas gdy jej faktyczny twórca umarł tak biedny, że trzeba było go pochować na koszt państwa.