Qu’est-ce que LaTeX ?

La composition typographique

Tout texte imprimé ou lu à l’écran a été composé : quelqu’un, ou quelque chose, a décidé de l’endroit exact où tombe chaque lettre. La composition typographique est l’ensemble de ces décisions : quelle police et quel corps employer, où finit chaque ligne et comment répartir l’espace entre ses mots pour la justifier, quels mots couper et à quel endroit, quand deux lettres se fondent en une ligature, comment ajuster l’approche entre certaines paires de lettres (le crénage), où couper chaque page, à quelle hauteur placer les notes et comment ordonner les titres. Pendant des siècles, ce fut le métier du typographe compositeur, qui formait les lignes avec des caractères de plomb ; aujourd’hui, un programme l’exécute, mais les décisions restent les mêmes.

Un bon paragraphe ne se remarque pas : l’œil parcourt les lignes sans buter sur des blancs inégaux ni sur des coupures absurdes. Or y parvenir n’est pas trivial, car chaque décision conditionne les suivantes : l’endroit où finit la première ligne détermine le mot par lequel commence la deuxième, et ainsi de suite jusqu’à la fin du paragraphe.

Les textes savants exigent cette attention plus que d’autres. Ils contiennent des formules, dont la composition obéit à des règles propres (l’espace autour d’un signe égal n’est pas celui qui entoure une virgule, et un indice est réduit dans une proportion déterminée) ; ils renvoient sans cesse à eux-mêmes, avec des sections, des théorèmes, des figures et des équations numérotées que l’on cite par leur numéro ; ils accumulent des notes de bas de page et des références bibliographiques qui doivent suivre un style uniforme ; ils mêlent souvent plusieurs langues et plusieurs écritures ; et ils sont en général longs, de sorte qu’une négligence répétée sur cent pages ne se corrige pas à la main. S’il en est ainsi, il convient de confier la composition à un système qui la règle par des règles explicites et qui laisse l’auteur s’occuper de ce qu’il dit.

Balisage et traitement de texte

Il y a deux manières de demander à un programme de composer un texte. Dans un traitement de texte, comme Microsoft Word ou LibreOffice Writer, l’auteur voit à l’écran la page telle qu’elle sera imprimée, et la modifie directement : il sélectionne un mot et le met en italique, fait glisser une marge, choisit un corps plus grand pour un titre. On décrit d’ordinaire ce mode par l’expression anglaise what you see is what you get : ce que l’on voit est ce que l’on obtient.

Dans un langage de balisage, en revanche, l’auteur écrit un fichier de texte brut dans lequel il intercale des balises qui disent ce qu’est chaque chose ou comment il faut la traiter : que tel mot est mis en relief, que telle ligne est le titre d’une section, que tel passage est une citation. Un programme lit ensuite ce fichier et produit le document composé. Les pages web s’écrivent ainsi, en HTML ; LaTeX est un langage de balisage conçu pour produire des documents imprimés de qualité.

Pour être juste, la comparaison doit reconnaître ce que chaque mode fait le mieux. Le traitement de texte offre une réponse immédiate, n’exige presque aucun apprentissage préalable, c’est l’outil que connaissent la plupart des personnes avec qui l’on collabore, et son suivi des modifications est le moyen habituel de révision dans beaucoup de maisons d’édition et d’administrations. Le langage de balisage offre, pour sa part, des fichiers de texte brut que n’importe quel programme pourra ouvrir dans quarante ans, qui occupent peu de place et dont on compare les versions ligne à ligne ; une structure explicite, dont découlent d’eux-mêmes les tables des matières, la numérotation et les renvois ; une uniformité qui ne dépend pas de la discipline de l’auteur ; et une composition des formules et des paragraphes que les traitements de texte n’atteignent pas. Son coût est tout aussi clair : il faut apprendre les balises, le résultat ne se voit qu’à la compilation et une faute de frappe peut arrêter la compilation.

TeX et LaTeX

Donald Knuth et TeX

Donald Knuth, professeur d’informatique à l’université Stanford, publiait depuis 1968 les volumes de The Art of Computer Programming. Vers 1977, en recevant les épreuves d’une nouvelle édition du deuxième volume, composées avec la technique photographique qui avait remplacé les caractères de plomb, il les jugea très inférieures à celles de la première édition, surtout dans les formules. Au lieu de s’y résigner, il décida d’écrire lui-même un programme de composition qui rende aux livres de mathématiques la qualité de la meilleure typographie traditionnelle, et dont la sortie soit identique sur n’importe quel ordinateur. La première version de TeX parut en 1978 ; Knuth la récrivit entièrement au début de la décennie suivante et conçut aussi le programme METAFONT, avec lequel il dessina les polices Computer Modern.

Le nom vient du grec : ses lettres sont les capitales tau, epsilon et khi, le début du mot τέχνη, qui signifie à la fois art et technique, et c’est pourquoi la dernière lettre ne se prononce pas comme un x. Knuth a déclaré TeX achevé et n’y admet plus que des corrections de bogues : depuis la version 3, le numéro de version s’approche de π, et chaque correction lui ajoute une décimale. Cette stabilité est l’une de ses vertus, car un document écrit il y a des décennies se compile aujourd’hui avec le même résultat.

Or TeX est un langage de bas niveau : ses instructions primitives parlent de boîtes, d’espaces élastiques et de pénalités pour couper une ligne à un endroit ou à un autre. Pour un auteur qui veut seulement écrire un article, programmer en ces termes chaque titre et chaque note serait une charge démesurée. TeX permet donc de définir des macros, de nouvelles instructions qui se développent en d’autres plus élémentaires, et presque tout son usage réel passe par des collections de macros.

Leslie Lamport et LaTeX : le contenu séparé de la forme

Au début des années 1980, Leslie Lamport, informaticien connu surtout pour ses travaux sur les systèmes répartis, écrivit sur TeX une collection de macros qu’il appela LaTeX, dont la première version circula en 1984 ; en 1986, il publia le manuel LaTeX: A Document Preparation System. Depuis 1994, la version en vigueur, appelée LaTeX2e, est maintenue par une équipe de bénévoles, le LaTeX Project.

L’idée centrale de LaTeX est que l’auteur balise le contenu et non la forme. Il n’écrit pas « cette ligne en gras et dans un corps plus grand », mais « ceci est le titre d’une section », avec \section{Résultats} ; il n’écrit pas « ce mot en italique », mais « ce mot est mis en relief », avec \emph{hypothèse}. L’aspect d’un titre de section, s’il porte un numéro et à quelle distance il se tient du texte, c’est la classe du document qui en décide, déclarée au début, avec les instructions que l’auteur ajoute dans le préambule. Il s’ensuit que l’aspect de tout le document se modifie en un seul endroit, et que le même texte peut être composé selon les normes de deux revues différentes sans toucher une ligne du corps.

ExempleLa structure se déclare et la forme s’en déduit

Dans le source suivant, il n’y a aucune indication de corps, de police ni de numéro : on dit seulement ce qu’est chaque ligne. La numérotation de la section et de la sous-section, le corps et la graisse de leurs titres et l’italique du mot mis en relief sont décidés par la classe du document.

Code LaTeX

\section{Résultats}Les données confirment l’\emph{hypothèse} initiale.​\subsection{L’échantillon}L’échantillon comprend douze textes de trois auteurs.

Résultat

Si l’on insère plus tard une section avant celle-ci, son numéro passe tout seul de un à deux, et il en va de même de la sous-section et de tout renvoi qui les cite.

Les moteurs : pdfLaTeX, XeLaTeX et LuaLaTeX

LaTeX est un ensemble de macros, non un programme : il lui faut un moteur, un programme de la famille de TeX qui les exécute et produise le document. Trois sont en usage aujourd’hui, et tous trois comprennent le même LaTeX ; ils diffèrent par la manière dont ils lisent le texte et par les polices qu’ils peuvent employer.

• pdfLaTeX utilise le moteur pdfTeX, que Hàn Thế Thành a développé pour produire directement un fichier PDF. Il est rapide et très répandu, et c’est le moteur par défaut d’Overleaf. Or ses polices sont celles du format classique de TeX, avec au plus 256 caractères chacune, de sorte qu’il ne charge pas directement les polices installées sur le système, et écrire du grec, du cyrillique ou d’autres écritures exige des codages et des extensions particuliers ; sans eux, une lettre grecque arrête la compilation sur une erreur.
• XeLaTeX utilise le moteur XeTeX, créé par Jonathan Kew, qui lit le texte en Unicode, la norme qui attribue un numéro à chaque caractère de toutes les écritures, et charge n’importe quelle police OpenType du système au moyen de l’extension fontspec.
• LuaLaTeX utilise le moteur LuaTeX, qui offre la même chose que XeTeX pour ce qui est d’Unicode et des polices, et intègre en outre le langage de programmation Lua, par lequel les extensions peuvent intervenir dans la composition. Les distributions actuelles l’exécutent avec la bibliothèque HarfBuzz, qui met en forme les écritures dont les lettres se lient ou se combinent, comme l’arabe ou la devanagari.

Ce cours utilise LuaLaTeX. Les raisons découlent de ce qui précède : il écrit directement en Unicode, de sorte qu’une citation de Platon en grec polytonique, avec ses accents et ses esprits, se tape telle quelle ; il emploie les polices du système, y compris celles qu’exige une université ou une revue ; il compose le latin, le grec et le français dans un même document, chacun avec ses propres règles de césure ; et il admet, avec les extensions adéquates, des écritures qui vont de droite à gauche, comme l’arabe, ou qui ne séparent pas leurs mots par des espaces, comme le chinois et le japonais. Par conséquent, un seul moteur sert pour tous les documents d’un cours qui s’adresse à la fois aux sciences et aux lettres. Son seul coût par rapport à pdfLaTeX est une compilation un peu plus lente, qui se remarque à peine dans des documents de taille ordinaire.

ExempleGrec et latin dans un document compilé avec LuaLaTeX

Le source suivant charge fontspec, choisit une police qui contient des lettres grecques et déclare, au moyen de babel, le français comme langue principale, le grec ancien et le latin comme langues secondaires. Les mots grecs s’écrivent directement avec leurs caractères.

Code LaTeX

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[latin, french]{babel}\babelprovide[import]{ancientgreek}\setmainfont{Linux Libertine O}​\begin{document}Aristote ouvre la \emph{Métaphysique} par cette phrase :\foreignlanguage{ancientgreek}{πάντες ἄνθρωποι τοῦ εἰδέναι ὀρέγονται φύσει.}La tradition latine l’a transmise ainsi :\foreignlanguage{latin}{omnes homines natura scire desiderant.}\end{document}

Résultat

Baliser un passage avec \foreignlanguage ne change pas l’aspect des lettres : cela indique dans quelle langue est le passage, pour que s’appliquent ses règles de césure et ses conventions. Avec l’option french, babel insère de lui-même l’espace insécable qui convient avant les deux-points, même si l’on y tape une espace ordinaire. Avec pdfLaTeX, ce même source ne compilerait pas : fontspec exige XeLaTeX ou LuaLaTeX.

Le fichier source, la compilation et le PDF

Un document LaTeX est un fichier de texte brut portant l’extension .tex. Il se compose de deux parties. Le préambule va de la première ligne, \documentclass{article}, qui déclare la classe du document, jusqu’à \begin{document} ; on y charge les extensions, avec \usepackage, et on y fixe les décisions de forme. Le corps va de \begin{document} à \end{document} et contient le texte. Les instructions commencent par une contre-oblique, et ce qu’elles reçoivent s’écrit entre accolades.

ExempleUn document complet minimal

Ce source est un document complet : il se compile sans qu’on y ajoute rien, et il sera le point de départ des documents du cours.

Code LaTeX

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[french]{babel}​\begin{document}\section{Introduction}La composition typographique décide où tombe chaque lettre.\end{document}

Résultat

La section reçoit le numéro un sans qu’on l’ait écrit, et son titre emploie la police et le corps que fixe la classe article.

Le cycle de travail comporte trois temps : on écrit le source, on le compile et on lit le résultat. Compiler, c’est exécuter le moteur sur le fichier, dans ce cours la commande lualatex, qui lit le source et écrit un fichier PDF du même nom. À côté de lui restent des fichiers auxiliaires, parmi lesquels un fichier d’extension .log, le journal, où le moteur consigne les erreurs et les avertissements, et un autre d’extension .aux, où il garde les numéros des sections et des pages. C’est pourquoi une table des matières ou un renvoi n’apparaît correctement qu’après une deuxième compilation : à la première, le moteur note où chaque chose a abouti ; à la seconde, il s’en sert. En pratique, on ne tape pas la commande à la main : l’éditeur l’exécute d’un clic. Dans ce cours, on travaille avec Texmaker, sur son propre ordinateur, ou avec Overleaf, dans le navigateur ; la leçon suivante prépare cet environnement.

Le source ne se compose pas tel qu’on l’écrit, et trois règles expliquent presque toutes les surprises du début. Premièrement, plusieurs espaces consécutives valent autant qu’une seule, et un saut de ligne vaut une espace : le moteur répartit l’espace de lui-même, et celle que l’auteur tape indique seulement qu’un mot finit là. Deuxièmement, une ou plusieurs lignes blanches terminent le paragraphe et en commencent un autre. Troisièmement, le signe % ouvre un commentaire : le moteur ignore tout ce qui suit jusqu’à la fin de la ligne, y compris le saut de ligne lui-même.

ExempleEspaces, paragraphes et commentaires

Le source suivant est écrit avec négligence à dessein. Le résultat comporte deux paragraphes aux espaces uniformes, et la note qui suit le signe de commentaire n’apparaît pas.

Code LaTeX

Les      espaces répétées     se réduisent à une seule, et ce saut de ligneest aussi une espace.​Une ligne blanche ouvre un nouveau paragraphe. % Cette note ne s’imprime pas.

Résultat

S’il en est ainsi, pour imprimer le signe pour cent il ne suffit pas de l’écrire : il faut le faire précéder d’une contre-oblique, ainsi : \%. Il en va de même des autres caractères que LaTeX réserve à ses propres fonctions, comme les accolades ou le signe dollar.

LaTeX dans les disciplines savantes

En mathématiques, en physique et dans une bonne partie de l’informatique, LaTeX est la norme : les revues proposent leurs propres classes de document pour que les auteurs remettent leurs articles à leur format, et arXiv, le dépôt où circulent les articles de ces disciplines avant leur publication, reçoit les sources LaTeX et les compile lui-même. La raison en est la composition des formules, qu’aucun autre système n’égale avec si peu d’effort, et la numérotation automatique des théorèmes et des équations. L’économie, la statistique, l’ingénierie et la chimie l’emploient aussi dans une large mesure.

Ce serait une erreur, pourtant, de croire que LaTeX est l’affaire exclusive des sciences exactes. En philosophie, en philologie classique et en histoire, ses vertus sont autres, et non moindres. Les éditions critiques, qui accompagnent un texte ancien d’un apparat consignant les variantes des manuscrits dans des notes rapportées à des numéros de ligne, disposent dans LaTeX d’extensions spécialisées, comme reledmac, qui numérotent les lignes, ordonnent plusieurs niveaux de notes et maintiennent leurs renvois quand le texte change. Le grec polytonique et le latin s’écrivent et se coupent correctement, comme on l’a vu. Les notes de bas de page, qui dans un essai de lettres peuvent se compter par centaines, se numérotent et se placent d’elles-mêmes sur leur page. Et la bibliographie, avec BibLaTeX, s’écrit une seule fois sous forme de base de données et se cite selon le style demandé, que ce soit le style auteur-date des sciences sociales, le style numérique des sciences ou le style en notes de bas de page des lettres, en changeant une seule option.

Les limites de LaTeX

Or LaTeX a des coûts réels, et il convient de les connaître avant de l’adopter. Sa courbe d’apprentissage est raide : les premières semaines obligent à chercher souvent comment faire ce qui, dans un traitement de texte, se fait d’un clic. Ses messages d’erreur, hérités de TeX, sont souvent cryptiques et désignent parfois une ligne postérieure à celle qui contient l’erreur ; une prochaine leçon de cette unité apprend à les lire. La composition de pages à mise en page libre, comme une affiche ou un magazine illustré, où chaque élément se place à la main, est plus laborieuse que dans un logiciel de mise en page. Et tous les destinataires ne l’acceptent pas : bon nombre de revues de lettres, de maisons d’édition et d’administrations exigent un fichier de traitement de texte, et révisent avec son suivi des modifications.

D’où un critère simple. Une lettre courte, un procès-verbal, un formulaire ou un texte qu’une autre personne révisera dans un traitement de texte s’écrit mieux dans un traitement de texte. Un document long, avec une structure, des formules, des citations, des notes, plusieurs langues ou une longue vie devant lui, qu’il faudra corriger et rééditer pendant des années, s’écrit mieux en LaTeX.

Problèmes résolus

Les problèmes suivants ne demandent pas de se rappeler ce qui a été dit, mais de l’appliquer : le premier exige de prédire exactement ce que produit un source, le deuxième, de décider quel moteur et quelles polices un document requiert, et le troisième, de séparer le contenu de la forme dans un source écrit sans ce soin.

La   composition    typographique   décide où tombe chaque lettre.Un bon paragraphe ne se remarque pas.​​Près de 50 % des lecteursne voient pas la différence. Ce vo%cable reste entier.

{\Large\bfseries 2. Résultats}\\[6pt]Comme l’affirme Aristote dans la \textit{Métaphysique}, le désirde savoir est \textit{naturel} ; le terme grec est \textit{φύσει}.\\\vspace{12pt}{\large\bfseries 2.1. L’échantillon}\\

Exercices en ligne

Dans ces exercices, on écrit le code dans le cadre et le navigateur le vérifie aussitôt : il contrôle les accolades, les environnements et ce que demande chaque exercice, sans le compiler. Une fois la vérification réussie, il convient de copier le code dans Texmaker et de le compiler, car seul le résultat compilé montre ce qui s’imprime réellement.

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[spanish]{babel}​\begin{document}\section{Introducción}La composición tipográfica decide dónde cae cada letra.\end{document}

\section{Marcado y procesador de textos}En un lenguaje de marcado, el autor dice \emph{qué es} cada cosa.​\subsection{El procesador de textos}El autor ve la página tal como se imprimirá.

Problèmes proposés

Chaque problème a une indication, qu’il vaut mieux n’ouvrir qu’après avoir cherché, et une réponse, qui apparaît après l’ouverture de l’indication.

J’écris avec \LaTeX depuis un an.J’utilise \LaTeX{} et \TeX\ tous les jours.