Photographie/Filtres optiques/Filtres gris neutre

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Généralités

La plupart des problèmes de prise de vues peuvent être résolus en réglant convenablement les trois paramètres de l'exposition, qui sont :

- le temps de pose,

- la sensibilité du film ou la sensibilité apparente du capteur,

- et l'ouverture du diaphragme.

Une des qualités d'un bon photographe est de savoir choisir les valeurs optimales de ces trois paramètres en fonction du but à atteindre. Cependant, l'amplitude des réglages permis par un matériel donné ne suffit pas toujours à obtenir l'exposition souhaitée ; il faut alors agir par d'autres moyens.

Nous envisageons ici le cas où il y a « trop de lumière ». L'utilisation de temps de pose inhabituellement longs permet d'obtenir des effets intéressants mais augmente considérablement l'exposition de la surface sensible. Il en va de même lorsque la recherche d'une faible profondeur de champ amène à ouvrir en grand le diaphragme, ou encore lorsque l'on cherche à photographier une source de lumière intense. L'idéal serait alors de pouvoir diminuer la sensibilité mais la limite basse de celle-ci, située généralement aux environs de 100 ISO, est très vite atteinte. Pour éviter une sur-exposition massive, la seule solution possible est de diminuer le flux de lumière qui pénètre dans l'appareil, au moyen d'un filtre optique approprié.

Définitions et données de base

L'expérience montre qu'une certaine confusion, pour ne pas dire une confusion certaine, règne dans ce domaine ; cette confusion est due, entre autres, à ce que beaucoup de photographes ont pris la fâcheuse habitude d'utiliser un jargon à la fois très imprécis et variable selon les époques, plutôt qu'un langage rigoureux en accord avec les usages des autres disciplines en général et des sciences en particulier. Il convient donc, avant d'aller plus loin, de bien définir les notions nécessaires.

Un filtre optique est une lame de matériau plus ou moins transparent que l'on place devant (ou parfois derrière) l'objectif de prise de vue. Lorsque cette lame intercepte un flux lumineux, celui-ci peut être considéré comme divisé en trois parties. La première est réfléchie et renvoyée du côté de la source lumineuse, la seconde est absorbée dans la matière même du filtre, où son énergie est transformée en chaleur, et la troisième est transmise du côté de la surface sensible ; c'est bien sûr cette dernière qui nous intéresse ici.

Un flux lumineux monochromatique, c'est-à-dire d'une seule couleur, ne comporte que des radiations de même longueur d'onde $\lambda$. Nous le représenterons par $F_{\lambda }$ ; ces trois parties s'écriront alors :

$\rho _{\lambda }F_{\lambda }$ pour la partie réfléchie,

$\alpha _{\lambda }F_{\lambda }$ pour la partie absorbée,

$\tau _{\lambda }F_{\lambda }$ pour la partie transmise.

$\rho _{\lambda }$, $\alpha _{\lambda }$ et $\tau _{\lambda }$ sont respectivement les trois coefficients de réflexion, d'absorption et de transmission d'un filtre ; on les appelle aussi réflectance, absorbance et transmittance.

Bien entendu : $\rho _{\lambda }F_{\lambda }+\alpha _{\lambda }F_{\lambda }+\tau _{\lambda }F_{\lambda }=F_{\lambda }$

ou encore : $\rho _{\lambda }+\alpha _{\lambda }+\tau _{\lambda }=1$

Pour la plupart des matériaux transparents, même pour ceux qui nous paraissent incolores, les trois coefficients $\rho _{\lambda }$, $\alpha _{\lambda }$ et $\tau _{\lambda }$ varient selon la longueur d'onde, tout au long du spectre lumineux. Ainsi, l'eau est un peu plus transparente pour le bleu que pour le rouge, ce que constatent très facilement les plongeurs ; elle absorbe bien davantage encore l'infrarouge.

Lorsqu'un filtre dont le coefficient de transmission dépend de la longueur d'onde reçoit un flux de lumière polychromatique, toutes les composantes de cette lumière ne sont pas transmises dans les mêmes proportions ; il s'ensuit que le flux émergent ne présente pas la même teinte que le flux incident. Vu par transparence en lumière blanche, ce filtre apparaît coloré.

Pour atténuer un flux lumineux sans en changer la teinte, il faut donc utiliser un filtre présentant un coefficient de transmission identique pour toutes les longueurs d'onde qui correspondent à l'étendue spectrale de ce flux. Un tel filtre est dit neutre, il n'a aucune couleur particulière et son aspect par transparence est un gris plus ou moins sombre. En pratique aucun filtre n'est parfaitement neutre pour un ensemble donné de radiations lumineuses, mais les meilleures réalisations sont tout de même assez proches du modèle théorique, dont elles ne s'écartent que de quelques % tout au long du spectre utile ; la limite généralement admise pour les filtres destinés aux usages scientifiques est de 10 %, elle est sans doute plus large pour les applications « grand public ».

La notion de « gris  » fait évidemment référence au domaine visible mais il est très facile de l'étendre par la pensée à l'infrarouge et à l'ultraviolet en imaginant un être vivant qui aurait la faculté de percevoir uniformément toute la gamme des radiations lumineuses. Pour la photographie courante il suffit que le filtre atténuateur soit gris dans tout le domaine de la lumière visible, peu importe s'il transmet beaucoup plus ou beaucoup moins les rayonnements invisibles.

Notons en passant que l'expression « gris neutre » semble constituer un pléonasme. En fait il en va des gris comme des blancs, qui peuvent offrir diverses nuances telles que le « blanc cassé », le « blanc ivoire », le « blanc lin », le « blanc neigeux », etc. Les prothésistes dentaires utilisent des nuanciers pour déterminer quel « blanc » correspond le mieux à la denture naturelle de leur patient. Les différences sont subtiles mais réelles et il en va de même pour les gris, dont les décorateurs savent bien qu'ils sont parfois difficiles à assortir entre eux. Préciser « gris neutre » pour un filtre (ou pour une charte imprimée) fait donc référence à une atténuation aussi constante que possible dans tout le domaine spectral considéré.

Ce domaine est plus ou moins étendu selon les besoins : outre les applications artistiques de la photographie, il ne faut pas oublier les applications scientifiques. Par exemple, les filtres « Techspec » fabriqués par Edmund Optics comportent plusieurs gammes :

- de 190 à 1 700 nm, de l'ultraviolet au proche infrarouge en passant par l'ensemble du domaine visible,

- de 250 à 700 nm, du très proche ultraviolet au visible,

- de 700 à 1 100 nm, dans le proche infrarouge,

- etc.

Dans un domaine où l'exigence de précision est bien moindre, on peut citer les filtres destinés aux masques protecteurs utilisés par les soudeurs. Il s'agit ici de permettre à l'opérateur de voir ce qui se passe dans la zone où éclate l'arc électrique, donc d'atténuer très fortement une lumière violente. En photographiant à travers de tels filtres on voit généralement apparaître une dominante colorée plus ou moins forte, la restitution exacte des couleurs est ici de peu d'importance et la teinte du verre peut être un gris très approximatif sans que cela nuise au travail. En revanche ce verre doit être aussi opaque que possible au rayonnement ultraviolet émis par l'arc, un rayonnement invisible mais particulièrement nocif pour les yeux.

Caractéristiques d'un filtre gris neutre

• Le coefficient de transmission est un nombre décimal compris théoriquement entre 1 (transmission complète) et 0 (opacité complète). Un coefficient de 0,001, par exemple, correspond à un filtre qui transmet seulement un millième de la lumière qu'il reçoit. Cette notion facile à comprendre est cependant d'un usage peu pratique pour les opérations courantes. On peut l'utiliser un peu plus commodément sous forme de pourcentage : 0,001 correspond par exemple à 0,1 %.

• le facteur-filtre, appelé parfois improprement « opacité » dans certains ouvrages, est l'inverse du coefficient de transmission. Il correspond au facteur par lequel il faut multiplier l'exposition de base, celle que l'on aurait sans le filtre, pour retrouver le même niveau d'exposition. Un facteur-filtre de 4, par exemple, invite à multiplier la durée de la pose ou la sensibilité par 4, ou encore à ouvrir le diaphragme de 2 divisions entières. Il correspond à un coefficient de transmission de 1/4, soit 0,25, ou encore 25 %.

• la densité optique correspond à une échelle logarithmique qui rend mieux compte de la perception sensorielle des radiations lumineuses et des amplitudes importantes de variation des grandeurs. Il s'agit plus précisément du logarithme du facteur-filtre. Nous invitons le lecteur à se reporter au chapitre qui la définit, nous contentant ici d'en reprendre les aspects les plus simples :

- un filtre qui laisse passer toute la lumière qu'il reçoit présente, dans l'échelle des densités, la valeur 0 (zéro), ce qui est logique puisqu'il ne provoque aucune perte par réflexion ou absorption.

- un filtre qui laisse passer un dixième de la lumière qu'il reçoit possède une densité de 1, s'il laisse passer un centième de la lumière, sa densité vaut 2, pour un millième elle vaut 3, pour un dix-millième 4, et ainsi de suite.

• Certains filtres gris neutre, en particulier ceux qui sont utilisés pour les prises de vues cinématographiques, portent un simple numéro : N° 1, N° 2 ou N° 3 qui correspond directement aux réglages du diaphragme : avec un filtre N° 3, par exemple, on ouvre de 3 valeurs (de 11 à 4 par exemple) pour retrouver la bonne exposition. Nous verrons plus loin à quoi de tels filtres peuvent servir.

coefficient de transmission	1	0,5	0,25	0,125	0,1	0,01	0,0025	0,001	0,0001
facteur-filtre	1	2	4	8	10	100	400	1 000	10 000
densité optique	0	0,3	0,6	0,9	1	2	2,6	3	4
filtres numérotés pour le cinéma		n° 1	n° 2	n° 3

Un filtre dont le facteur-filtre est 4 laisse donc passer 1/4 de la lumière, tandis qu'un filtre de densité 4 en laisse passer seulement 1/10 000e, ce qui, on en conviendra, n'est pas exactement la même chose. Un facteur-filtre de 4 correspond au passage de 2 graduations du diaphragme et une densité de 4 à un peu plus de 13 graduations... Donc, attention au vocabulaire et à la signification exacte de ce que vous lisez sur la monture du filtre !

Tout d'abord, la façon de désigner ces filtres a changé au fil du temps. Jusque vers 2005 on ne trouve guère dans la littérature que l'expression « filtres gris neutre », sans « s » à neutre puisque ce mot qualifie le gris et non le filtre. Depuis une dizaine d'années les modes et les données commerciales ont changé, les photographes parlent désormais de « densité neutre », ce qui constitue un double non-sens. Une densité optique est un nombre et ce que l'on adjoint à l'objectif n'est pas un nombre mais une feuille de verre ou de plastique. Ensuite, un nombre ne peut pas être neutre, ni coloré... Nous sommes en 2014 ; gageons que d'ici quelques années, lorsque la mode des poses longues sera passée, le vocabulaire évoluera à nouveau, peut-être dans le bon sens. L'expression « filtre à densité neutre », inspirée de l'anglais et utilisée par certains fabricants sérieux, est tout de même un peu moins fautive.

Mais il y a plus grave. Que veut dire par exemple l'inscription « ND 400 » que l'on peut lire sur la monture de tel ou tel filtre ? Pour « ND » pas de problème, il s'agit de l'abréviation de neutral density ; en revanche « 400 » ne correspond nullement à une densité optique, laquelle serait à peu près celle d'une tôle de blindage, mais à un facteur-filtre indiquant qu'au lieu de poser 1 s sans filtre il faut compter 400 s, soit 6 min et 40 s, pour retrouver la même exposition. Ce n'est pas par hasard que nous évoquions, au début de ce chapitre, une confusion certaine.

Les termes anglais sont souvent moins précis que leurs homologues français et leur sens est généralement plus large. Ils ne sont utilisables pour l'expression et le raisonnement qu'accompagnés de tout un arsenal de particules et autres petits mots tels que up, down, by, away..., sans guère d'équivalents dans notre langue, et qui en restreignent et précisent le sens. C'est pourquoi la traduction littérale d'un texte anglais, que ce soit dans le domaine de la photographie ou dans un autre, est si rarement satisfaisante...

Le langage soutenu nécessaire à la pérennité d'un livre impose finalement de s'en tenir à des expressions indémodables telles que « filtre gris neutre », comme nous le faisons systématiquement dans le présent ouvrage.

Association de filtres gris neutres

Il est toujours préférable d'utiliser un seul filtre plutôt que d'en associer deux ou trois car la dégradation des images augmente très vite avec le nombre de dioptres rencontrés par la lumière sur son trajet, mais ce n'est pas toujours possible lorsque l'on se trouve sur le terrain.

Dans le cas d'une association, il faut retenir que les densités optiques s'ajoutent, tandis que les facteur-filtre se multiplient.

Par exemple, un filtre de densité 1 divise le flux incident par 10, un filtre de densité 2 le divise par 100, en les superposant le résultat sera une division par 1 000, ce qui correspond à une densité de 3 :

• avec les densités optiques : $1+2=3$

ou plus généralement $D=d_{1}+d_{2}+d_{3}...+d_{n}$

• avec les facteurs-filtre : $10\times 100=1000$

ou plus généralement $FF=ff_{1}\times ff_{2}\times ff_{3}...\times ff_{n}$

Divers types de filtres gris neutre

Il existe plusieurs méthodes permettant d'obtenir des filtres gris neutre, ce qui n'est pas sans conséquence pour les applications pratiques.

Filtres absorbants

Ces filtres sont généralement fabriqués en verre, en plastique ou en gélatine (Wratten série 96).

Les verres gris neutres sont teintés dans la masse par adjonction à la pâte de divers oxydes minéraux de fer, de calcium, de cobalt, d'erbium, etc. Chacun de ces produits fournit un spectre d'absorption spécifique et s'il était ajouté seul à la pâte brute, cela donnerait un verre coloré. En combinant en bonnes proportions les effets de ces produits mélangés, on peut obtenir une transmission de la lumière assez proche du gris neutre idéal. De tels verres sont utilisés pour diverses applications dans les domaines de l'optique et de la photographie, mais aussi à d'autres fins techniques. Ce sont eux qui constituent par exemple les verres de soudure ou encore les glaces teintées des véhicules. Les verres de soudure n° 10 peuvent donner d'assez bons résultats en photographie, à condition de disposer d'échantillons dont les faces présentent une bonne planéité et un bon parallélisme.

Pour information, les verres photochromiques minéraux développés par la société Corning à partir de 1960 contiennent une petite proportion d'halogénure d'argent (chlorure, bromure ou iodure). Ces sels sont sensibles à la lumière ultraviolette qui les décompose en halogène et en argent, provoquant ainsi le noircissement ; celui-ci est réversible et le verre redevient transparent en l'absence d'ultraviolet. Il est intéressant de remarquer que les produits sensibles sont les mêmes que ceux qui sont utilisés pour la photographie argentique. Des verres organiques photochromiques sont commercialisées depuis les années 1980 par American Optical et d'autres sociétés telles que Transitions Optical. Les matériaux de base habituels en lunetterie (MR7, MR8, MR10, polycarbonates ou autres) sont habituellement recouverts d'une dépôt superficiel d'oxazines ; ce sont des molécules dont les liaisons se cassent sous l'effet de l'ultraviolet, ce qui provoque une diminution du coefficient de transmission et un assombrissement. Lorsque le rayonnement ultraviolet disparaît, les liaisons se reforment et le revêtement retrouve sa clarté primitive.

Certains verres organiques permettent d'obtenir des filtres gris mais la réalisation est difficile car le nombre de molécules absorbantes supportant à la fois d'être mélangées et de se dissoudre dans la matériau de base est relativement limité.

Les gélatines grises semblent de plus en plus difficiles à trouver dans le commerce sous forme « libre ». Elles ne comportent pas de pigments gris qui créeraient de la diffusion, mais des produits solubles mélangés dont l'action conjuguée permet d'obtenir une teinte grise se rapprochant au mieux de la neutralité idéale. Lorsqu'elles sont utilisées pour la photographie courante, c'est presque toujours sous forme de « sandwich » entre deux plaques de verres qui en assurent la protection. La neutralité de certains de ces filtres peut se détériorer avec le temps, certains colorants se décomposent lentement à la lumière ou s'ils sont exposés à des atmosphères contenant des produits susceptibles de réagir avec eux. Les gélatines Kodak Wratten de la série 96 ont une épaisseur de 0,1 mm, la tolérance sur leur densité est de 10 %, elle n'est contrôlée que dans le domaine visible.

Les filtres absorbants ne posent pas de problème particulier aux photographes généralistes soigneux mais ils ne sont pas forcément appropriés à tous les usages. En particulier, dans le cas de rayonnements de forte puissance, ils tendent à s'échauffer par suite de la transformation en chaleur de l'énergie lumineuse qu'ils reçoivent. Dans certains cas, il faut limiter le plus possible le rayonnement réfléchi, ce que l'on réalise par des traitements anti-reflets interférentiels qui permettent d'obtenir une proportion de lumière réfléchie inférieure à 2 % sur l'ensemble du spectre visible.

Filtres réfléchissants

Au lieu d'absorber le rayonnement dans la matière même d'un filtre, il est souvent préférable de le renvoyer du côté où se trouve la source lumineuse ; on évite ainsi, en particulier, les problèmes d'échauffement dus à l'absorption de rayonnements de forte intensité. Ce résultat est obtenu grâce à des couches métalliques très minces déposées sur une lame de verre qu'elles transforment en miroir partiellement transparent. Le revêtement de la lame peut être réalisé notamment par dépôt sous vide ou par voie humide. Une bonne neutralité chromatique s'obtient par un mélange en proportions judicieuses des métaux déposés ; on peut encore effectuer des corrections en déposant les couches métalliques sur des verres convenablement teintés ; on s'approche alors très près de la neutralité idéale.

On métallise également les verres organiques et diverses matières plastiques, ce qui permet de réaliser des lunettes de protection solaires, des films atténuant la pénétration de la lumière dans les bâtiments, etc.

Les couches métalliques superficielles sont extrêmement fragiles et on les utilise de préférence nues pour les usages scientifiques, il s'ensuit que ces filtres sont surtout destinés aux usages de laboratoire. Pour les autres usages il convient évidemment de les protéger de la corrosion et des atteintes mécaniques.

Filtres polarisants

Article détaillé : Photographie/Filtres optiques/Filtres polarisants.

Un filtre polarisant parfait qui reçoit un flux de lumière non polarisée restitue un flux de lumière polarisée deux fois moins intense que le flux incident et comme son action est alors indépendante de la longueur d'onde de la lumière, il se comporte comme un filtre gris neutre. Cependant, tel n'est pas son principal intérêt, car avec une densité de 0,3 ou si l'on préfère un facteur-filtre de 2, l’atténuation qu'il provoque est très limitée.

En raison de quelques pertes de lumière par réflexion et par absorption, la densité réelle des filtres polarisants du commerce est légèrement supérieure à la valeur théorique mais cela n'a généralement aucune conséquence pratique ; en revanche ces filtres ne sont pas toujours parfaitement neutres. Une méthode de vérification rapide et efficace pour tester un filtre polarisant consiste à le poser sur un papier blanc et à soumettre l'ensemble à la lumière du jour ; comme celle-ci traverse deux fois le filtre, ses défauts chromatiques éventuels sont accentués et si une dominante colorée, généralement bleuâtre ou verdâtre, est ainsi mise en évidence, mieux vaut ne pas l'acheter.

Lorsqu'un filtre polarisant reçoit non plus un flux de lumière non polarisée, mais un flux de lumière partiellement ou totalement polarisée, son comportement devient beaucoup plus complexe. En effet, si l'on se sert d'un tel filtre pour éliminer ou atténuer des reflets, la couleur apparente de certains objets peut changer. Par exemple, la lumière renvoyée par un toit de tuiles ou par les feuilles des arbres est souvent très délavée par les reflets du ciel bleu. En atténuant ces reflets, les tuiles paraissent plus rouges et les feuilles des arbres, plus vertes. La suppression de l'excès de bleu augmente la proportion relative de jaune dans les zones concernées et de ce fait, le filtre ne peut plus être considéré comme neutre.

Les choses deviennent beaucoup plus intéressantes si l'on superpose deux filtres polarisants pouvant tourner l'un par rapport à l'autre. Si ces filtres ont tous deux la même direction de polarisation, alors ils se comportent comme un filtre polarisant unique. Si au contraire les directions de polarisation deviennent perpendiculaires l'une à l'autre, plus aucune lumière ne peut passer, du moins en théorie.

• 

Le passage du maximum de transmission au minimum est progressif, de sorte que nous avons là une sorte de « robinet à lumière ». Toutefois les filtres polarisants doubles, en raison de leurs imperfections, ne permettent pas d'atteindre l'extinction totale mais « seulement » une densité de l'ordre de 2,6 ou, si l'on préfère, un facteur-filtre d'environ 400.

Attention cependant, avec la plupart des modèles il vaut mieux ne pas utiliser l'atténuation maximale qui met en valeur, si l'on peut dire, des défauts liés au mode de fabrication des films polarisants. En général, au lieu de provoquer un assombrissement uniforme, les filtres polarisants doubles réglés sur la densité maximale font apparaître un motif sombre prenant la forme d'une croix plus ou moins régulière délimitant quatre zones plus claires à la périphérie. Il faut alors se contenter d'une atténuation lumineuse plus faible que celle annoncée ; seuls des essais peuvent montrer où se situe la limite exacte, qui dépend en premier lieu de la qualité du filtre utilisé. Ces irrégularités dépendent aussi du degré de polarisation de la lumière incidente, en particulier lorsque le ciel bleu occupe une partie importante dans la composition de l'image, et de l'angle de champ embrassé par l'objectif.

Remarquons également que si la lumière provenant de certaines zones du sujet est polarisée, l'action d'un polariseur double cesse d'être uniforme sur l'ensemble du champ couvert. On s'en aperçoit facilement en observant directement le sujet à travers le filtre, tout en faisant tourner celui-ci globalement, c'est-à-dire sans changer l'orientation des deux filtres élémentaires l'un par rapport à l'autre. Là où la lumière n'est pas polarisée, l'aspect ne change pas pendant la rotation tandis que là là où elle est polarisée, la luminosité et/ou la teinte varient pendant la rotation. L'effet d'un polariseur double dépend essentiellement de la position angulaire relative des deux filtres élémentaires qui le constituent mais aussi dans certains cas, ce que l'on sait moins, de l'orientation de l'ensemble du dispositif.

Les familles de filtres gris neutres

On trouve assez facilement dans le commerce spécialisé deux grandes familles de filtres gris neutre répondant à des besoins différents : les premiers présentent des densités relativement faibles (ND2, ND4, ND8, ND16) et les seconds des densités beaucoup plus fortes (ND400, ND1000). Toutes les associations de filtres sont possibles mais... pas forcément intéressantes.

valeurs caractéristiques des principaux modèles de filtres

référence du filtre ou de l'association de filtres	ND2	ND4	ND8	ND16	ND16 + ND8	ND400	ND1000	ND400 + ND16	ND1000 + ND16	ND1000 + ND400
densité optique	0,3	0,6	0,9	1,2	2,1	2,6	3	3,8	4,2	5,6
facteur-filtre	2	4	8	16	128	400	1 000	6 400	16 000	400 000
nombre de « crans de diaphragme »	1	2	3	4	7	8 2/3	10	12 2/3	14	18 2/3

Nota pour les mathématiciens : le nombre de « crans de diaphragme » n'est autre que le logarithme à base 2 du facteur-filtre.

Filtres de faible densité

Ces filtres sont principalement utilisés pour obtenir une faible profondeur de champ tout en conservant les possibilités habituelles des appareils : la visée reflex reste possible, les systèmes autofocus des appareils disposent encore d'une quantité suffisante de lumière pour fonctionner correctement. La perte de lumière est facilement compensée par une plus grande ouverture du diaphragme, ce qui est précisément le but recherché. On sait en effet que la profondeur de champ est d'autant plus faible que le diaphragme est plus ouvert. Par ailleurs, on recherche souvent à utiliser les objectifs à leur plus grande ouverture, ce qui améliore la qualité du flou d'arrière-plan (le fameux « bokeh ») en substituant une ouverture parfaitement ronde à l'ouverture toujours plus ou moins polygonale du diaphragme.

Filtres de forte densité

Ils sont utilisés pour la photographie directe de sources lumineuses intenses ou pour obtenir des temps de pose importants.

Dans le premier cas, les modes de prise de vue sont proches de la photographie courante, à quelques précautions près. Dans le second, contrairement aux cas précédents, ces filtres très sombres ne permettent plus la visée reflex et ils empêchent le fonctionnement des systèmes automatiques de mise au point. Sauf exceptions, la perte de lumière n'est plus compensée par l'ouverture du diaphragme mais par l'allongement du temps de pose, qui peut aller de plusieurs secondes à plusieurs minutes. Il est alors impératif d'utiliser un trépied ou tout autre support très stable ; le photographe doit procéder aux réglages appropriés avant de mettre le filtre en place, ce qui demande un certain apprentissage.

Filtres dégradés gris

Ces filtres présentent des densités variables dans la direction d'un diamètre ou radialement. La densité maximale est assez faible pour permettre la prise de vues à main levée. On les utilise pour compenser partiellement des différences de luminosité entre différentes zones des images, ou encore pour obtenir des effets spéciaux de vignettage ou autres.

L'obtention d'une faible profondeur de champ

Pour obtenir un arrière-plan flou favorable à une bonne présentation du modèle, il existe plusieurs solutions : éloigner le modèle du fond, utiliser une focale relativement longue, et surtout diminuer la profondeur de champ en ouvrant le diaphragme. Cette dernière solution est facilitée, lorsque la lumière est très intense, par l'utilisation d'un filtre gris neutre pas trop sombre. Beaucoup de photographes ignorent hélas cette méthode, alors que les cinéastes l'utilisent très fréquemment pour restreindre la zone de netteté et concentrer les regards des spectateurs sur l'essentiel. Pour que cela fonctionne bien, il faut évidemment utiliser un objectif très lumineux et de bonne qualité dès la pleine ouverture.

• 
  Ouvrir trop le diaphragme conduit évidemment à la surexposition. Les paramètres d'une pose correcte peuvent être restitués par l'interposition d'un filtre gris neutre convenablement choisi
• 
  Que représente cette photo ? Une jeune femme, ou une voiture ? Apparemment le photographe n'a pas su, ou pas pu, choisir entre les deux
• 
  Le cadrage serré et le flou d'arrière-plan mettent en valeur la jeune fille, malgré des conditions d'éclairage difficiles : le plein soleil est rarement favorable à l'obtention de beaux portraits
• 
  Un filtre de densité neutre assez élevée a contribué à rendre l'arrière-plan un peu flou, mettant mieux en valeur le modèle

La photographie des sujets très lumineux

Parfois, la scène que l'on veut photographier est trop lumineuse pour que l'on puisse en obtenir directement une image bien exposée, même en fermant à fond le diaphragme de l'appareil, en réduisant la sensibilité à la plus petite valeur possible et en augmentant la vitesse au maximum. C'est le cas, par exemple, si l'on souhaite photographier une ampoule électrique en fonctionnement, un arc électrique lors d'une opération de soudage ou encore les taches du Soleil.

Face à de telles sources de lumière, les appareils photographiques sont tout autant éblouis que nos yeux. En outre, ceux qui sont munis d'obturateurs plan-focaux et dépourvus de visée reflex (Leica M par exemple) ne doivent jamais être orientés directement vers un arc électrique ni surtout vers le soleil, car la concentration des rayons lumineux par l'objectif risque alors de brûler et de percer les rideaux.

Les photographies ci-dessous n'auraient jamais pu être réalisées sans l'interposition d'un filtre gris très dense devant l'objectif, probablement de densité 3 ou 4. De tels filtres protègent également nos yeux au moment de la visée.

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  sans filtre, les zones éclairées par l'arc électrique sont violemment sur-exposées, mais c'est un effet qui peut être voulu
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  lampe à vapeur de mercure
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  photographie d'une lampe à arc

L'obtention de temps de pose très longs

Les temps de pose très longs permettent d'obtenir de très beaux effets de flou sur les éléments mobiles d'une scène, tandis que les éléments fixes demeurent parfaitement nets. De telles prises de vues sont très faciles à obtenir au crépuscule ou en pleine nuit mais presque impossibles en plein jour sans accessoires particuliers : en effet, le niveau de lumière est alors presque toujours trop élevé, de sorte que même en réglant la sensibilité sur la valeur minimale et en fermant le diaphragme à fond, on n'arrive pas à obtenir des temps de pose suffisamment longs.

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  La Savoureuse à Lepuix. Réalisée au filtre ND400.
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Les meilleurs résultats sont obtenus avec des filtres de forte densité, ND400 ou ND1000, avec lesquels on atteint sans problème les temps de pose de plusieurs secondes ou de plusieurs minutes nécessaires pour réussir ce genre de prise de vues. Faut-il préciser que l'usage d'un trépied très rigide s'impose, sauf bien sûr si l'appareil peut ou doit être parfaitement immobilisé d'une autre manière, comme c'est le cas pour la photographie prise depuis la voiture.

Détermination du temps de pose avec les filtres gris neutre usuels
utilisés seuls ou en association

Tps de pose (s) sans filtre (ou avec un filtre polarisant uniquement)	Tps de pose (s) avec un ND8	Tps de pose (s) avec un ND16	Tps de pose (s) avec un ND8+ND16	Tps de pose (s) avec un ND400	Tps de pose (s) avec un ND1000	Tps de pose (s) avec un ND400+ND8	Tps de pose (s) avec un ND400+ND16	Tps de pose (s) avec un ND1000 + un ND16	Tps de pose (s) avec un ND400+ND16+ND8	Tps de pose avec un ND1000 + un ND16 + un ND8	Tps de pose (min) avec un ND1000 + un ND400
1/1000	1/125	1/60	1/8	1/2,5	1	3	6	16	51	2 min 8 s	6 min 40 s
1/800	1/100	1/50	1/6	1/2	1,3	4	8	20	1 min 4 s	2 min 40 s	8 min 20 s
1/640	1/80	1/40	1/5	1/1,6	1,6	5	10	25	1 min 20 s	3 min 20 s	10 min 25 s
1/500	1/60	1/30	1/4	1/1,25	2	6	12	32	1 min 42 s	4 min 16 s	13 min 20 s
1/400	1/50	1/25	1/3	1	2,5	8	16	40	2 min 8 s	5 min 20 s	16 min 40 s
1/320	1/40	1/20	1/2,5	1,25	3	10	20	50	2 min 40 s	6 min 40 s	20 min 50 s
1/250	1/30	1/15	1/2	1,6	4	13	25	1 min 4 s	3 min 24 s	8 min 32 s	26 min 40 s
1/200	1/25	1/13	1/1,6	2	5	16	32	1 min 20 s	4 min 16 s	10 min 40 s	33 min 20 s
1/160	1/20	1/10	1/1,3	2,5	6	20	40	1 min 40 s	5 min 20 s	13 min 20 s	41 min 40 s
1/125	1/15	1/8	1	3,2	8	25	50	2 min 8 s	6 min 50 s	17 min 4 s	53 min 20 s
1/100	1/12	1/6	1,3	4	10	32	1 min 4 s	2 min 40 s	8 min 32 s	21 min 20 s	1 h 6 min 40 s
1/80	1/10	1/5	1,6	5	13	40	1 min 20 s	3 min 20 s	10 min 40 s	26 min 40 s
1/60	1/8	1/4	2	7	17	50	1 min 46 s	4 min 26 s	14 min 13 s	35 min 33 s
1/50	1/6	1/3	2,5	8	20	1 min 4 s	2 min 8 s	5 min 20 s	17 min 4 s	42 min 40 s
1/40	1/5	1/2,5	3	10	25	1 min 20 s	2 min 40 s	6 min 40 s	21 min 20 s	53 min 20 s
1/30	1/4	1/2	4	13	33	1 min 40 s	3 min 33 s	8 min 53 s	28 min 26 s
1/25	1/3	1/1,6	5	16	40	2 min 8 s	4 min 16 s	10 min 40 s	34 min 8 s
1/20	1/2,5	1/1,3	6	20	50	2 min 40 s	5 min 20 s	13 min 20 s	42 min 40 s
1/15	1/2	1	9	27	1 min 7 s	3 min 20 s	7 min 6 s	17 min 46 s	56 min 53 s
1/13	1/1,6	1,2	10	31	1 min 17 s	4 min 26 s	8 min 12 s	20 min 30 s
1/10	1/1,3	1,6	13	40	1 min 40 s	5 min 20 s	10 min 40 s	26 min 40 s
1/8	1	2	16	50	2 min 4 s	6 min 40 s	13 min 20 s	33 min 20 s
1/6	1,3	2,7	20	1 min 7 s	2 min 46 s	8 min 53 s	17 min 47 s	44 min 26 s
1/5	1,6	3	26	1 min 20 s	3 min 20 s	10 min 40 s	21 min 20 s	53 min 20 s
1/4	2	4	32	1 min 40 s	4 min 10 s	13 min 20 s	26 min 40 s	1 h 6 min 40 s
1/3	2,7	5	43	2 min 13 s	5 min 33 s	17 min 46 s	35 min 33 s
1/2,5	3,2	6	51	2 min 40 s	6 min 40 s	20 min 30 s	42 min 40 s
1/2	4	8	1 min 4 s	3 min 20 s	8 min 20 s	26 min 40 s	53 min 20 s
1/1,6	5	10	1 min 20 s	4 min 10 s	10 min 25 s	33 min 20 s
1/1,3	6	12	1 min 38 s	5 min 8 s	12 min 49 s	44 min 26 s

Utilisation de filtres dégradés gris

Beaucoup de sujets comportent naturellement des contrastes trop importants pour que l'on puisse en rendre correctement tous les détails à la fois dans les zones claires et dans les zones sombres. Ce qui était vrai pour les prises de vues sur des films négatifs ou sur des diapositives l'est un peu moins maintenant, du moins pour ceux qui utilisent systématiquement le mode « RAW », mais de ce point de vue les techniques numériques n'ont pas résolu tous les problèmes et les capteurs continuent de se comporter à peu près comme le faisaient les films, c'est-à-dire qu'ils éprouvent quelques difficultés à enregistrer correctement à la fois les basses et les hautes lumières.

Différentes sortes de filtres dégradés gris

Les filtres dégradés se présentent sous différentes formes : les uns sont insérés dans une monture circulaire tournante, ce qui permet de les orienter, d'autres sont constitués de plaques carrées en matière plastique pouvant coulisser dans une monture tournante, comme celles que propose la société Cokin. On peut aussi, comme le montre la seconde image, utiliser simultanément deux filtres dégradés pour obtenir un effet de bande.

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  filtre dégradé gris Hama
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  deux filtres Cokin dans le même porte-film
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  filtre Cokin monté sur un appareil

Les filtres dégradés se distinguent aussi par l'écart de densité entre la zone claire et la zone foncée ainsi que par la progressivité plus ou moins grande du passage de l'une à l'autre. Une transition brutale permet d'obtenir des effets variables en modifiant le réglage du diaphragme. Avec une petite ouverture, la transition reste brutale au niveau de l'image formée par l'objectif, tandis qu'à grande ouverture elle est considérablement adoucie. Les filtres à transition douce donnent au contraire un effet qui dépend beaucoup moins de l'ouverture et il faut les préférer lorsque l'on utilise un objectif peu lumineux.

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Mode d'emploi

Il est toujours possible d'assombrir ou d'éclaircir certaines zones d'une photographie, que ce soit sous l'agrandisseur ou par traitement informatique. Cependant, dans un cas comme dans l'autre, cette opération est grandement facilitée si l'on a pris soin de resserrer un peu les contrastes dès la prise de vue, car cela permet de retrouver sur les tirages ou à l'écran des détails qui autrement auraient été perdus.

La situation la plus typique qui devrait conduire tous les photographes à sortir leur dégradé gris est représentée par les nombreux paysages comportant à la fois un ciel très lumineux avec quelques nuages et une « terre » beaucoup plus sombre, voire très sombres lorsqu'une forêt de sapins se trouve dans le champ.

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Avec un peu de chance, la démarcation entre les zones les plus claires et les plus sombres du paysage est plus ou moins rectiligne, ce qui facilite beaucoup la mise en position du filtre, à la fois en rotation mais aussi en translation si l'on dispose d'un montage coulissant. Avec les appareils qui signalent les zones sur-exposées au moment de la prise de vue, l'amélioration est évidente, même si la méthode n'est pas miraculeuse. On voit bien ci-dessous que l'étendue des zones sur-exposées, signalées en rouge, est réduite par le filtre. L'amélioration est considérable, même si ces zones ne sont pas totalement supprimées.

Naturellement, plus le dégradé est sombre, plus le contraste baisse au moment de la prise de vue, plus le ciel est riche en détails mais aussi, plus il prend un aspect dramatique et irréaliste. Sur une diapositive, trop c'est trop, on ne peut plus corriger. En revanche, il est toujours possible sur une image numérique de retravailler le ciel en atténuant son contraste et en augmentant sa luminosité. On garde ainsi un maximum de détails dans les nuages tout en redonnant au cliché un aspect plus réaliste.

L'utilisation de filtres dégradés gris en mode automatique réserve parfois quelques surprises désagréables, car l'assombrissement de l'image incite l'appareil à augmenter l'exposition, ce qui peut dégrader le rendu de certaines zones de l'image. Il est conseillé de « bracketer » et/ou de surveiller l'histogramme de chaque prise de vue.

Voici maintenant trois paysages qui ont été photographiés à travers un filtre dégradé gris. L'effet est relativement discret et efficace sur les deux premiers, tandis que sur le troisième le filtre mal positionné a créé une zone trop sombre, heureusement facile à corriger, dans la partie gauche.

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Filtres optiques Notions générales sur les filtres (AB) Filtres gris neutre (A) Filtres polarisants (A) Filtres de contraste (A) Filtres dégradés, bicolores, etc. (A) Filtres modifiant la température de couleur (AB) filtres correcteurs de couleur, filtres compensateurs de couleur, filtres de conversion. Filtres correcteurs divers (A) Filtres IR (A) Filtres UV (A) Tableau des filtres Wratten (A) Filtres et lentilles à effets, trames, diffuseurs, etc. (A)