Filtre (optique)

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En optique, un filtre est un dispositif permettant de transmettre ou non la lumière selon ses caractéristiques. Ces filtres sont couramment utilisés en photographie, dans de nombreux instruments d'optique, comme ceux utilisé en astronomie, ainsi que dans l'éclairage de scènes.

On distingue trois types de filtrage :

Filtrage de couleurs[modifier | modifier le code]

Différents types de filtres permettent de réduire l'intensité de chaque couleur :

  • Les filtres par absorption sont souvent fait de verres auxquels des composés organiques ou inorganiques ont été ajoutés. Il est également possible de remplacer le verre par du plastique afin de créer un gel coloré plus clair et moins cher qu'un verre coloré.
  • Les filtres par réflexion sont obtenus en recouvrant leur surface avec différentes substances. Cette couche pouvant être contrôlée précisément, on utilise souvent ces filtres pour des instruments de haute précision. Ils sont cependant plus dispendieux et plus fragiles que les filtres par absorption.

Ces filtres peuvent être caractérisés par leur transmittance T (fraction de l'intensité lumineuse qui passe) en fonction de la longueur d'onde. Cette transmittance est analogue à la fonction de transfert en électricité. On peut aussi utiliser la notion d'absorbance A=-\log(T).

Les filtres colorés[modifier | modifier le code]

Courbe de la transmittance d'un verre coloré en fonction de la longueur d'onde : en considérant que ce filtre laisse passer un peu de bleu et de rouge, sa couleur doit tirer sur le magenta

Ce type de filtre présente une bande passante en longueur d'onde large (quelques dizaines ou centaines de nanomètres). Ce ne sont donc pas des filtres sélectifs dans le sens qu'ils laissent passer un grand nombre de différentes couleurs.

La figure ci-contre présente un exemple de transmittance d'un verre coloré. On remarque sur cette courbe qu'un filtre coloré laisse passer de nombreuses longueurs d'onde. Leur couleur est due au différents composés colorants contenus dans le matériau utilisé (verre, gélatine, résine, etc.). Ces colorants absorbent certaines longueurs d'ondes, l'énergie est restituée sous forme de chaleur. Ainsi, la couleur perçue s'explique de la même manière que pour les solutions en chimie, étudiées par la spectrométrie d'absorption.

Ces verres sont utilisés :

Les filtres interférentiels[modifier | modifier le code]

Ces filtres par réflexion, contrairement aux verres colorés, permettent de sélectionner une partie du spectre lumineux beaucoup plus fine : ce sont des filtres sélectifs.

Ils fonctionnent sur le principe d'une cavité Fabry-Pérot : ils sont constituées de deux lames partiellement réfléchissantes. L'onde qui s'installe entre ces deux lames ne peut être constituée que de quelques longueurs d'onde bien définies. Ainsi ces filtres permettent de réduire fortement la bande passante de la lumière utilisée.

Ils sont souvent utilisés en optique afin de travailler en lumière quasi-monochromatique.

Filtres à densité neutre[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Filtre ND.

Les filtres à densité neutre ou filtres ND sont supposés diminuer la luminosité indépendamment de la longueur d'onde (ce n'est pas exactement le cas en réalité).

Ils permettent au photographe d'augmenter le temps de pose sans modifier l'ouverture et inversement.

On les utilise aussi en laboratoire, lorsque la luminosité est trop importante pour les appareils de mesure, notamment lorsque la source lumineuse est un laser.

Les filtres anti-caloriques[modifier | modifier le code]

Ces filtres sont utilisés afin de diminuer le transfert thermique de certaines lampes vers les instruments d'optique fragiles qui ne doivent pas trop chauffer.

Ils laissent passer la lumière visible, mais coupent le proche infrarouge, prépondérant dans les transferts thermiques.

Filtrage spatial[modifier | modifier le code]

Voir l'article filtrage spatial.

Filtrage de polarisation[modifier | modifier le code]

La lumière étant une onde électromagnétique, on peut introduire sa polarisation, caractérisant l'évolution du champ électrique \vec E de cette onde en fonction du temps. Ce champ \vec E décrit généralement une ellipse. On parle donc de polarisation elliptique. Mais cette ellipse peut s'aplatir pour donner une polarisation rectiligne.

Dans le cas général, la lumière n'est pas composée d'un seul type de polarisation. C'est pourquoi on se sert de filtres permettant de sélectionner une polarisation particulière. Les plus courants sont les polariseurs : ils permettent de ne laisser passer que de la lumière polarisée rectilignement.

Pour manipuler cette polarisation on peut alors utiliser des matériaux biréfringents comme le quartz ou le spath d'Islande.

L'anaglyphe[modifier | modifier le code]

L'anaglyphe est constitué de deux images superposées (images homologues) de couleurs complémentaires. Les deux images sont décalées à la prise de vue. La restitution du relief est donnée en plaçant un filtre de l’une de ces deux couleurs complémentaires devant un œil et un filtre de l’autre couleur devant l’autre œil : ainsi, chaque œil ne perçoit que les éléments de l'image visibles à travers le filtre correspondant.

Références[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Chris Weston, Filtres optiques et numériques pour la photo : techniques, savoir-faire et défis créatifs, Paris, Dunod,‎ 2010, 192 p. (ISBN 9782100543403, OCLC 708358917)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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