Louis Lumière, le 22 mars 1935, assiste à un gala donné par l'Italie fasciste pour le quarantième anniversaire de l'invention du cinéma ; le gouvernement fasciste veut alors lutter contre la prédominance du cinéma américain. Ce jour-là, Louis dédicace sa photo : « À son Excellence Benito Mussolini avec l'expression de ma profonde admiration ». Cette photo et cette dédicace sont publiées en page 3 d'un ouvrage édité à cette occasion, par l'Imprimerie nationale italienne. Il associe son frère Auguste dans « la vive gratitude » qu'il exprime à l'égard des organisateurs fascistes de cette assemblée et dans ce même ouvrage, émanant du secrétariat des Groupes Universitaires Fascistes, il évoque « l'amitié qui unit nos deux pays et qu'une communauté d'origine ne peut manquer d'accroître à l'avenir ».
Louis Lumière est cependant nommé président d'honneur du « festival du monde libre », première édition du Festival de Cannes, et la « coupe Lumière », ancêtre de la Palme d'or, ainsi nommée pour s'opposer à la coupe Mussolini de la Mostra de Venise, doit récompenser le meilleur film.
En novembre 1940, dans une déclaration à l'agence de presse Inter-France, il appuie le projet de collaboration du régime de Vichy : « Ce serait une grande faute de refuser le régime de collaboration dont le maréchal Pétain a parlé dans ses admirables messages. Auguste Lumière, mon frère, dans des pages où il exalte le prestige incomparable, le courage indompté, l'ardeur juvénile du Maréchal Pétain et son sens des réalités qui doivent sauver la patrie, a écrit : « Pour que l'ère tant désirée de concorde européenne survienne, il faut évidemment, que les conditions imposées par le vainqueur ne laissent pas un ferment d'hostilité irréductible contre lui. Mais nul ne saurait mieux atteindre ce but que notre admirable Chef d'État, aidé par Pierre Laval qui nous a donné déjà tant de preuves de sa clairvoyance, de son habileté et de son dévouement aux vrais intérêts du pays. » Je partage cette manière de voir. Je fais entièrement mienne cette déclaration. »
Il est désigné membre du Conseil national mis en place par le régime de Vichy en 1941. Auguste Lumière siège quant à lui au conseil municipal de Lyon mis en place par le régime de Vichy la même année et fait partie du comité d'honneur de la LVF en 1941-1942. Les deux frères reçoivent la décoration de la Francisque.
L'historien Pascal Ory indique que le soutien des frères Lumière au gouvernement de Vichy n'a guère dépassé « le stade d'une ou deux déclarations à la presse », exploitées par la propagande.
En 1995, pour la célébration du centenaire de l'invention du cinématographe Lumière, la Banque de France veut honorer les frères Lumière en imprimant le nouveau billet de 200 FF à leur effigie. L'Amicale des Réseaux Action de la France Combattante proteste : « Les frères Lumière nous inspirent un profond mépris. Ils ne peuvent être honorés sans outrager les victimes de la collaboration. » À la séance du 24 juillet 1995 du Conseil municipal de Lyon, Bruno Gollnisch, professeur à l’université Lyon-III, représentant le Front national, déclare : « Après Alexis Carrel […], ce sont donc de nouvelles figures illustrant le génie lyonnais qui se trouvent ainsi attaquées. »
L'affaire du projet d'impression de billets de 200 FF à l'effigie des frères Lumière fait grand bruit dans la presse : l'impression est alors annulée par la Banque de France et le billet sort finalement à l'effigie de Gustave Eiffel. Rien de tel n'advient 17 ans plus tard, en 2012, lorsque les frères Lumière sont choisis pour représenter Rhône-Alpes sur la pièce de 10 € en argent éditée par la Monnaie de Paris, au sein de la collection « Les Euros des Régions ».
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