Photographie/Filtres optiques/Notions générales
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[modifier] Introduction
L'arrivée de la photographie numérique a causé, bien à tort, une certaine désaffection pour les filtres optiques. Il est vrai que certains d'entre eux ont perdu de leur intérêt car l'effet qu'ils produisent peut être obtenu plus facilement par des voies informatiques, mais ce n'est pas une loi générale, loin de là ...
[modifier] Définitions
- Les filtres optiques sont généralement constitués de divers milieux réfringents solides, liquides ou gazeux séparés par des surfaces planes et traversés par la lumière. Il existe aussi des filtres agissant par réflexion et non par transmission. Le but du filtrage est d'atténuer un rayonnement ou de modifier sa composition spectrale. Pour des raisons pratiques, seuls les filtres « solides » sont utilisés par les photographes.
- Les « lentilles à effet », diffuseurs, multi-images et autres, sont généralement associées aux filtres dans l'esprit et dans le fourre-tout des photographes, ainsi que les bonnettes qui sont des compléments optiques étudiés au chapitre sur la photographie rapprochée.
- Les filtres informatiques sortent du cadre de ce chapitre car ils sont associés aux logiciels de traitement d'images étudiés au chapitre 26.
- Les colorants sont des composés organiques que l'on peut dissoudre à froid dans des matériaux tels que la gélatine ou certaines matières plastiques, tandis que les couleurs sont des produits minéraux, essentiellement des oxydes métalliques, servant à teinter les verres.
[modifier] Matériaux pour filtres à usage photographique
[modifier] Filtres liquides
Leur usage est tout-à-fait exceptionnel en photographie et ne se justifie que pour des applications scientifiques très particulières. Ils sont constitués par des cuves en verre à faces parallèles remplies de produits tels que du bichromate ou du permanganate de potassium, du sulfate de cuivre ... dissous dans l'eau, dans l'alcool ou dans d'autres solvants. Ils sont rappelés ici seulement pour mémoire, en raison des difficultés posées par leur manipulation et du coût très élevé des cuves.
[modifier] Filtres en gélatine
Ce sont les plus répandus pour les usages scientifiques et techniques, en raison de la facilité d'incorporer des colorants dans ce matériau et de la très grande variété des colorants utilisables. La gélatine teintée est coulée sur des plaques de verre préparées spécialement à cet effet, puis détachée lorsqu'elle est sèche. On obtient ainsi des feuilles épaisses de 0,1 mm, que l'on découpe en carrés de diverses dimensions (couramment 75 ou 110 mm de côté). Les qualités optiques sont excellentes et les filtres de gélatine sont utilisés couramment pour toutes les applications de précision.
Comme on l'imagine aisément, ces filtres sont fragiles, craignent les rayures, la poussière, et redoutent par dessus tout l'humidité. Divers types de montures et de porte-filtres sont utilisés pour les manipuler et les monter sur les appareils auxquels elles sont destinées.
Dans le langage des photographes et des cinéastes, qu'il nous arrivera d'employer, le mot gélatine désigne un filtre en gélatine colorée.
[modifier] Filtres en acétate ou autres résines synthétiques
Ils sont nettement moins chers que les filtres en gélatine mais leurs qualités optiques sont aussi nettement moins bonnes et ils tendent à diffuser la lumière, de sorte que l'on ne les utilise pratiquement jamais dans les systèmes optiques ou dans les faisceaux qui forment les images. La principale difficulté de leur réalisation tient à ce que la plupart des colorants sont solubles dans l'eau mais pas dans les résines synthétiques. La production de ces filtres a débuté en 1939 mais, malgré de nombreuses tentatives pour remplacer la gélatine, leur usage ne s'est jamais généralisé.
[modifier] Filtres en verre à couche plastique
Ici la substance filtrante est déposée sur des plaques de verre. C'est ainsi par exemple que l'on réalise les écrans inactiniques de 20 x 25 cm utilisés pour l'éclairage de sécurité des laboratoires.
[modifier] Filtres en verre
Ils sont finalement peu communs et ne servent guère qu'à éliminer l'ultraviolet et l'infrarouge dans le contexte de systèmes nécessitant des caractéristiques spéciales et une très grande stabilité dans le temps. Il faut préciser que la plupart des colorants utilisés pour les filtres en gélatine transmettent intégralement le proche infra-rouge et sont donc inutilisables dans ce domaine. On classe les filtres en verre en deux catégories : ceux dont la coloration est obtenue par la dissolution d'oxydes métalliques dans la masse du verre et ceux qui prennent leurs couleurs sous l'effet de divers traitments thermiques. La transmission spectrale des premiers dépend de la nature et de la quantité des produits incorporés, celle des seconds à la fois des produits utilisés et du cycle de traitement. Les verres rouges, par exemple, ne peuvent être obtenus que par traitement thermique. En-dehors du domaine de la photographie, l'art des vitraux utilise largement ces deux techniques. Les épaisseurs des filtres en verre vont en général de 1 à 7 mm
Il existe aussi quelques produits très particuliers comme les verres au néodyme que nous verrons ultérieurement.
Les couleurs utilisées pour teinter le verre peuvent comporter des oxydes de chrome, de cobalt, de cuivre, de manganèse, de nickel, de terres rares, ou d'autres produits comme le sulfure et le séléniure de cadmium. La fabrication pose de nombreux problèmes, car il est très difficile d'assurer un bonne répartition des couleurs dans la masse du verre. La tendance actuelle est plutôt de réaliser des traitements de surfaces, comme ceux qui servent à obtenir des filtres dichroïques, des miroirs semi-transparents, des filtres modifiant la température de couleur, des atténuateurs, etc. Le principe est le même que celui que l'on utilise pour les taitements anti-reflets.
La qualité d'un filtre en verre vient aussi du soin apporté à son polissage qui constitue toujours une opération délicate. S'il est mal fait, les irrégularités géométriques produiront des déformations des images et/ou provoqueront une diffusion de la lumière. Les déformations en elles-mêmes sont beaucoup plus gênantes sur les images animées que sur les images fixes, on peut comprendre leur effet en observant une scène à travers des vitres anciennes dont l'épaisseur est loin d'être uniforme. Quant à la diffusion, elle abaisse le contraste des images.
[modifier] Diverses catégories de filtres
Les filtres ou les associations de filtres permettent d'obtenir des transmissions spectrales extrêmement variées, parmi lesquelles on distingue plusieurs catégories usuelles :
- les filtres de coupure séparent brutalement les domaines de haute et de basse transmission. Ceux dits « filtres passe-bas » transmettent les basses fréquences (côté rouge pour le visible) et absorbent les hautes fréquences (côté bleu pour le visible). Les « filtres passe-haut » transmettent au contraire les hautes fréquences et absorbent les basses fréquences.
- les filtres de bande transmettent ou absorbent une plage limitée de longueurs d'onde. Par exemple, les filtres verts arrêtent le rouge et le bleu, les filtres magenta arrêtent le vert et laissent passer le rouge et le bleu.
- les filtres monochromatiques ou monochromateurs sont utilisés seuls ou en groupe, ils sont capables d'isoler et de transmettre une raie spectrale particulière dans un spectre d'émission.
- les filtres de conversion au sens large modifient la composition spectrale d'un rayonnement pour la rendre semblable à celle d'un autre rayonnement, le plus souvent thermique.
- les filtres neutres uniformes ou dégradés absorbent dans les mêmes proportions toutes les radiations du spectre visible et affaiblissent donc les lumières sans en changer la couleur.
- les filtres polariseurs n'agissent que sur les lumières polarisées et devraient figurer dans l'outillage de base de tout photographe averti.
[modifier] Stabilité dans le temps
Les colorants utilisés pour la fabrication des filtres sont susceptibles de s'altérer plus ou moins rapidement sous l'effet de la chaleur, de la lumière et d'autres influences physicochimiques. C'est pourquoi les filtres en gélatine ne sont jamais garantis sur ce critère.
Il existe plusieurs classes de stabilité des filtres, définies en fonction d'essais normalisés. Pour des applications précises, il convient de contrôler périodiquement les filtres au spectrophotomètre ou de les remplacer systématiquement dans le cadre d'opérations de maintenance.
Les filtres colorés utilisés pour les prises de vue sont finalement assez peu nombreux et ne posent en général pas beaucoup de problèmes de stabilité. Il n'en va pas de même pour les filtres utilisés au laboratoire professionnel pour le tirage couleur, car les dérives spectrales peuvent nuire gravement à la qualité des travaux. L'amateur qui utilise ses filtres de manière peu intensive n'a bien sûr pas les mêmes soucis et les altérations peuvent d'ailleurs être facilement compensées.
[modifier] Manipulation et stockage des filtres
- gélatines nues : les filtres en gélatine bénéficient de la protection (précaire) d'une mince couche de vernis. Il ne faut les manipuler que par la tranche ou les coins, sous peine de les dégrader rapidement. Hors utilisation, ils seront stockés dans un papier propre, maintenus à plat (par exemple entre les pages d'un livre) et toujours protégés de la lumière et de l'humidité qui altère leur transparence. Le nettoyage des poussière s'effectue par soufflage d'air propre et sec et, si besoin est, avec un pinceau à soies très douces. Pour découper un filtre, on le place entre deux feuilles de papier, après avoir tracé sur l'une d'entre elles le profil de découpe.
- filtres en verre ou gélatines montées sous verres : ils doivent être maintenus à l'abri des poussières et de l'humidité et traités avec autant d'égard que les objectifs. La température que l'on ne devrait jamais dépasser est 50°C et dans les pays tropicaux le risque de moisissures impose une conservation dans un récipient hermétique contenant un produit desséchant.
[modifier] Nettoyage des filtres
Les filtres en gélatine ne doivent jamais être nettoyés autrement que par soufflage des poussières et si nécessaire, l'action d'un pinceau très doux et très propre. Pour le nettoyage des surfaces de verre, on se reportera à la page spécialisée.
[modifier] Association de filtres
La transmission spectrale de l'ensemble est égale au produit des transmissions spectrales des filtres pris isolément.
Filtres optiques
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