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Sensibilité des APN aux rayonnements IR et UV

Document Dr. Jeremy Burgess, Science Source/Photo Researchers

L'image UV de cette primerose révèle son motif central. Passer la souris sur l'image pour voir son aspect en lumière blanche. Document Jeremy Burgess.

Sensibilité aux UV (IV)

Le rayonnement UV s'étend de 400 nm à 10 nm. Il est divisé en deux bandes, le proche UV s'étendant de 350 nm à 200 nm et l'UV extrême s'étendant de 200 nm à 10 nm. Seul le proche UV est accessible aux techniques amateur.

A ne pas confondre avec les catégories de rayonnement ultraviolet ayant un impact sur la santé, notamment les fameux UV-A qui participent au bronzage dont la longueur d'onde varie de 400 nm à 320 nm (divisés en UVA courts ou WA 2 entre 340 nm et 320 nm et les WA longs ou UVA 1 entre 400 nm et 340 nm), les UV-B dont la longueur d'onde se situe entre 320 nm et 290 nm et les UV-C qui s'étendent de 290 nm à 190 nm.

De façon générale, le rayonnement UV trouve surtout des applications en astronomie, en physique, en botanique, en éthymologie, dans la recherche biomédicale, les examens cliniques, l'étude de la distribution des radicaux OH, la métrologie, l'analyse des oeuvres d'art et en criminologie, parfois associé à de la lumière fluorescente.

Les sources lumineuses UV sont également nombreuses, allant du Soleil aux lampes à haute et basse pression, en passant par certains halogènes, les tubes néons, au xénon, etc.

Les applications UV sont accessibles aux APN (compact, réflex ou bridge) avec plus ou moins d'adaptations et parfois avec des modèles d'usine simplement équipés d'une optique adaptée ou d'un simple filtre sélectif ainsi que nous allons le découvrir.

Choisir son optique

En photographie UV, le problème est différent de l'infrarouge car cette fois ce sont les verres et le revêtement multicouche des objectifs qui bloquent le rayonnement de courte longueur d'onde en-dessous de 320 nm sur les optiques modernes. Il faut donc soit recourir à des optiques sans multicouche et constituées de très peu d'éléments de lentilles (3 à 5) soit utiliser des objectifs à base de phosphate ou de quartz de fluorite 105UV afin de garantir la transmission des UV (la fluorite transmet 85 % des UV à 350 nm). Malheureusement ces optiques coûtent environ 4500$.

Le Nikon F équipé du fameux objectif UV-Nikkor de 105 mm f/4.5 S commercialisé en 1985. Cet objectif est fourni avec un filtre UR-2 bloquant les rayonnements visible et IR.

Une alternative bon marché consiste à utiliser les objectifs des agrandisseurs N/B car ils doivent permettent l'impression des papiers sensibles jusqu'à 380 nm. Toutefois leur spectre de transmission est très limité. On peut également utiliser certains vieux objectifs bien que certains sont revêtus d'un multicouche anti UV qu'il faudra supprimer.

Parmi les optiques les plus adaptées citons le célèbre UV-Nikkor de 105 mm f/4 également appelé "UV-Micro-Nikkor" commercialisé en 1985. Il existe également l'UV-Nikkor 105 mm f/4.5 S et antérieurement il existait un Nikkor de 55 mm f/4.0 UV Auto.

Le 105 mm f/4.5 est encore fabriqué pour une filiale de Nikon, la société Nikon Tochigi. Ce zoom portant la référence "Nikon Rayfact 105 mm f/4.5 PF10545MF-UV" est uniquement vendu à travers son réseau de distribution, notamment par Company Seven aux Etats-Unis.

L'objectif UV-Nikkor de 105 mm convient également pour la photographie ordinaire à condition de l'équiper d'un filtre anti UV (Hoya UV HD ou Skylight). Cette optique dispose d'une monture AI-S, c'est-à-dire qu'elle est munie d'un ergot à l'arrière de la bague de diaphragme  qui transmet la valeur d'ouverture au boîtier (en corollaire, tous les objectifs Nikon AF équipés d'une bague de diaphragme sont des AI-S.). C'est un objectif constitué de 6 éléments en quartz dont la transmission est garantie entre 220 nm et 1100 nm. Cette optique est capable de réaliser des macrophotographies jusqu'au grossissement de 1:2.

On peut également utiliser des optiques Nikon de la série E à 4 ou 5 éléments de lentilles sans revêtement anti-reflet ou dont on a retiré le revêtement UV de la lentille frontale au moyen d'une crème abrasive : les Nikon 28 mm f/2.8 E, 35 mm f/2.5 E et 100 mm f/2.8 E conviennent à ce rayonnement. Plus récemment, l'objectif EL-Nikkor 63 mm f/3.5 présentant une transmission jusque 350 nm est également une alternative mais peu performante.

Parmi les optiques concurrentes, citons l'objectif UV-VIS-IR de 60 mm f/4 proposé par Coastal Optics (Jenoptik). Cet objectif est transparent entre 310 nm et 1100 nm (il présente encore une faible transmission jusque 275 nm). Cette société propose également une optique UV-VIS de 105 mm f/4.5 transparente entre 250 nm et 650 nm. Ces optiques sont proposées à 4495$.

La botanique et l'entomologie sont des domaines de prédilection pour les applications UV. A gauche, l'aspect d'une fleur en lumière visible, à droite en UV. Notons que si l'auteur avait utilisé un flash UV, la dominante bleue aurait disparu et la fleur aurait été plus colorée. Documents John R.Meyer.

Enfin, en cherchant dans les catalogues étrangers en ligne, notamment russes, on peut trouver des optiques simples de 50 mm à monture M42. Elles sont parfois d'assez mauvaise qualité pour la photographie traditionnelle mais suffisantes pour la photographie UV. Il existe également quelques fabricants d'optiques UV.

Concernant les APN, depuis 2005 Fujifilm a sorti trois appareils réflex sensibles du proche UV (380 nm) jusqu'à l'IR (1000 nm) : les modèles Fujifilm FinePix S3 Pro UVIR, Fujifilm IS-1 et Fujifim IS Pro. Leur prix débute à 2599$ pour le boîtier et 4999$ équipé d'un objectif Zeiss de 50 mm f/2 mm Macro, ainsi que l'explique l'article publié par DPReview en juillet 2007.

Applications UV

Notons  qu'un verre de silice ou de quartz non traité est transparent jusqu'à 160 nm tandis que les verres contenant de l'oxyde de bore sont transparents jusqu'à 172 nm et ceux contenant du pentoxyde de phosphore sont transparents jusqu'à 145 nm. Cette bande spectrale des UV proches trouve de nombreuses applications scientifiques et industrielles : biotechnologie, médecine, criminologie, minéralogie, radiométrie, inspection, etc.

Les filtres UV

Dans le domaine de la photographie où la plupart d'entre nous dépendons des spécifications des objectifs et des APN disponibles dans le commerce (seuls quelques scientifiques peuvent faire fabriquer leurs optiques sur mesure), pour limiter le spectre accessible aux seuls UV proches et couper tout rayonnement visible et IR, l'objectif doit être recouvert d'un filtre UV Andrea-U ou Baader-U qui ne présente aucun fuite IR. Ces deux filtres sont fabriqués à partir de verres optiques allemands.

En effet, la plupart des filtres UV, pour citer le Kodak Wratten 18A, Schott UG-1, B+W 403, Hoya U-360 ou X-Nite 330 sont partiellement transparents au rayonnement IR. Le filtre Kodak Wratten 18A par exemple est transparent entre 300 et 400 nm mais également entre 700 et 800 nm avec un pic de 10 % vers 730 nm ainsi que l'explique ce document du MIT. C'est pour cette raison qu'il est parfois classé parmi les filtres infrarouges. Même chose pour le filtre X-Nite 330 qui présente un pic de 8 % à 720 nm. 

Transmission des filtres BG 5,11, 24a,18 et 38. Document Optical-Filters.

Il est donc impératif d'utiliser un filtre coupant non seulement la lumière visible mais également tout rayonnement IR. A défaut d'utiliser un filtre IR bloquant ("hot mirror") en plus du filtre UV, cela équivaut à photographier en UV avec un capteur IR ! Etant donné que le processeur d'image va capturer tous ces rayonnements, il produira une image aux couleurs très étranges mais présentant finalement une très faible sensibilité aux UV et une grande perte de contraste.

Pour couper le rayonnement IR, il faut combiner l'un des cinq filtres UV précités avec n'importe quel autre filtre IR bloquant : un filtre Schott UG-11x (ou UG-11) qui bloque toute la lumière entre 400-650 nm et ne transmet que 1 % de rayonnement IR (et 90 % d'UV), un filtre IR bloquant Schott BG-38 ou BG-40 IR respectivement transparents entre 310-700 nm et 305-800 nm, un filtre dichroïque X-Nite BP1 ou même un filtre de compensation cyan CC20C qui va absorber la couleur rouge (transmission de 63 %, densité de 0.20).

Bien que pratiquement tous les APN disposent d'un filtre IR bloquant, certains, tel le Nikon D2H sont encore trop sensibles au rayonnement IR. Même chose pour de nombreux APN compacts. A leur intention, les fabricants proposent un filtre "hot mirror" distinct qui réfléchit l'excédant de rayonnement proche infrarouge. Son utilisation donnera des images plus nettes et plus contrastées (ne confondez pas cet accessoire avec le "hot mirror" de remplacement proposé par Life Pixel ou Baader qui fait justement le contraire comme expliqué page précédente).

Modes d'expositions et couleurs

En photographie UV, deux modes d'expositions sont également possible : en noir et blanc ou en couleur, la sélection s'effectuant via le menu de l'APN ou lors du traitement d'image.

Comme en infrarouge, du fait de la différence de focalisation avec la lumière visible il faut compenser la mise au point (certains APN le permettent via le menu). Il faut également compenser l'exposition car le filtre transparent aux UV est noir à la lumière. La photographie en UV impose généralement une correction importante d'exposition qui varie entre +6 EV et +15 EV. Donc en moyenne, vous allez décupler votre temps de pose. Evidemment le trépied est recommandé, d'autant plus pour la macrophotographie.

Cette plus longue durée d'exposition s'explique par le fait que le nombre de photons UV est largement inférieur à celui de la lumière blanche. En complément, les lentilles comme les capteurs (émulsions ou électroniques) accusent une perte de performance en-dessous de 400 nm comme le montre ces spectres.

Ci-dessus les images UV d'une Taraxacum officinale et d'une Potentilla erecta (cette dernière éclairée sous flash SB140 muni d'un filtre SW5-UV) comparées ci-dessous à leur aspect en lumière visible. Images prises par Bjørn Rørslett avec un Nikon F5, objectif UV-Nikkor 105 mm f/4.5 sur film Fuji RTP à 64 ISO.

Si on se base sur les performances de l'objectif UV-Nikkor de 105 mm, la correction d'exposition varie entre +4 EV et +6.5 EV, similaire à celle d'un film argentique. +4 EV correspond à un temps d'exposition 16 fois plus long, +6.5 EV c'est presque 100 fois plus long ! La pénalité est moins sévère, +1 EV à +2 EV seulement, si on ajoute un filtre "hot mirror" qui va rejeter l'excès de rayonnement infrarouge.

En revanche, le problème sera accenté sur les optiques à base de cristaux de fluorite où la correction peut être trois fois supérieure.

Lorsque le sujet n'est pas suffisamment éclairé par la lumière UV, l'image prend une coloration bleue nuit. Comme en macrophotographie on peut y remédier en utilisant une lumière UV d'appoint, soit un spot soit un flash équipé d'un filtre UV.

Il n'existe pratiquement plus de flash adapté à ce rayonnement. Sur le marché d'occasion on peut éventuellement trouver le Nikon Speedlight SB14 ou SB-140 adapté aux UV et à l'IR. Il doit être complété par un adaptateur SW-5UV émettant de la "lumière noire" (ou un adaptateur SW-5IR pour l'infrarouge). A défaut il faudra adapter un filtre UV sur un flash ordinaire, éventuellement complété par un régulateur de lumière (Nikon SU-2 ou SU-3).

Pour les couleurs, en UV tous les objets inertes, morts ou ne rayonnant pas en UV paraissent bleus ou noirs car ils ne sensibilisent pas le capteur. Même chose si vous utilisez une optique qui bloque les UV : l'image sera très sombre et sans détail. En revanche, si l'optique laisse passer les UV, sous filtre CC20C le feuillage devient rose-magenta. Quant aux fleurs, lorsqu'elles sont vivantes leur couleur oscille généralement entre le blanc, le rouge et le rose comme le révèle cette collection d'images préparée par Bjørn Rørslett.

Enfin, en plongée sous-marine certains coraux deviennent fluorescents sous une lumière UV. Mais ces animaux étant vivants, comme en aquarium il ne faut pas abuser de la lumière UV (surtout UV-B et UV-C); son énergie est capable de briser les brins d'ADN et donc à long terme de tuer le corail.

A voir : Votre peau sous les UV

Canon DSLR UV Camera Conversion, LifePixel

Effets indésirables

La lumière UV ne focalisant pas dans le même plan focal que la lumière visible, les images risquent de présenter certains reflets et une perte de contraste. La seule manière d'augmenter le contraste est de réduire la fenêtre spectrale au seul spectre compris entre 200-390 nm.

L'UV-Nikkor de 105 mm f/4.5.

Plus qu'en infrarouge, la photographie UV exige qu'aucune lumière parasite ne pénètre par le viseur et n'affecte la cellule du posemètre. Le volet optionnel à placer sur l'oculaire est donc le bienvenu. En effet, si les photons UV sont beaucoup moins nombreux que les photons visibles, ils transportent en revanche beaucoup plus d'énergie. Comparés aux photons visibles, il suffit d'à peine 50 % de photos UV pour saturer le capteur et risquer d'obtenir une image surexposée.

Ainsi que nous l'avons dit, ne vous fiez pas non plus aux données des histogrammes de vos images affichés sur l'écran de l'APN puisque le capteur va mal évaluer le nombre de photons. Ainsi, le canal vert indique généralement une sous-exposition de plusieurs EV alors qu'en réalité l'image UV est correctement exposée (en théorie seuls les photosites bleus furent exposés).

L'idéal est d'expérimenter et de travailler en format RAW. La méthode est encore simplifiée si vous utilisez un APN de dernière génération équipé d'un mode "live view" permettant de voir l'image finale sur le moniteur avant la prise de vue.

Enfin, si en pleine lumière en général le temps d'exposition reste instantané, il n'est pas exclu que vous deviez augmenter la sensibilité. Si votre APN dispose d'une fonction de réduction de bruit (NR), activez-la. Quant à la macro, dès que vous approchez du rapport 1:1, comme d'habitude il est conseillé d'utiliser une lumière d'appoint, cette fois un flash UV.

En guise de conclusion

Le rendu des images IR ou UV est bien sûr totalement artificiel, et à des fins scientifiques seules les sociétés spécialisées dans la télédétection (Spot image, NOAA, etc.) disposant d'une base de références (des sujets calibrés) pourront vous dire pourquoi sous tel éclairage tel végétal est plus clair ou plus sombre qu'un autre.

La photographie en proche IR est nettement plus accessible aux amateurs que la photographie UV. Connaissant les effets contrariants de la Loi de Moore et combien les prix des articles électroniques chute en quelques années, si vous êtes amateur et souhaitez épargnez un peu d'argent, je vous suggère d'utiliser un APN d'occasion déjà couvertit pour la photographie IR.

Etant donné qu'il n'y a pas beaucoup d'acheteurs, souvent les vendeurs doivent sacrifier le prix de vente. Aussi, vous pouvez trouver d'occasion des APN compacts à ~200 € et des boîtiers d'APN reflex à ~500 €, défiltrage et filtre compris.

La photographie en proche IR donne d'excellents résultats en N/B car mise à part la composition, l'essentiel du traitement d'image se résume à la correction de la luminance. En couleurs, vous obtiendrez les meilleurs résultats en utilisant un filtre IR laissant passer un peu de lumière visible (demi-bande passante à 630 ou 665 nm) car cela permettra de modifier facilement les couleurs sur ordinateur, traitement qui sera plus limité si le filtre est opaque à la lumière.

On ne peut pas en dire autant de la photographie UV qui exige avant toute chose une optique transparente aux UV et pour bien faire un flash UV. Si vous trouvez ces accessoires et pouvez vous les payer, vous être très chanceux.

Un nouveau monde s'offre à vous !

Pour plus d'informations

Théorie et explications

La photographie numérique (sur ce site)

Photographie Infrarouge-Tutoriels & Vidéos (groupe FB, Carol Deflandre)

The IR Sticky, Nikongear

The UV Sticky, Nikongear

DPanswers (liste d'optiques avec/sans hotspot)

Infrared basics, Jen Roesner

FAQ Infrared Photography, CoCam

Naturfotograf, Bjørn Rørslett

Photography of the Invisible World, Klaus Schmitt

The Luminous landscape, Michael Reichmann

Infrared Photography, Peter iNova, DPReview

Near Infrared Digital Photography, Eric Cheng

Digital Infrared Photography, Dirk Frantzen

Illumination, Exposure, and Sensitivity, Micron

DPFWIW (IR)

Datacolor (LensCal)

Mire de test d'autofocus (version US originale)

Focus test chart (PDF)

Micro-ajustement de l'AF

Autofocus calibration solutions

Galeries d'images IR

Infrared World (sur ce site)

Infrarouge-infrared, Carol Deflandre

Turns Around, YouTube

IR Landscape at 665 nm - Nikon D90, YouTube

Modified Canon 1000D for Full Spectrum, YouTube

Nikon D90 infrared video test, YouTube

The Beauty of Infrared, J.Andrzej Wrotniak

Digital Infrared Photography, John Powell (R72)

Infrared imaging, Michael A. Stecker (W88A)

Keinaths Photohomepage (B+W 093, R72)

Allon Kira (R72)

Infrared Galleries, Jim Kramer (720 nm)

Jim Chen (R72)

Michael's gallery (R72, 665 nm)

Mark Hilliard

SmashingTips (compilation d'images IR)

Sanders Photos, Gerald Sanders

Infrarot (anglais), Dirk Frantzen

Digital Infrared, Robert Williams

John MacLean, (Ekta IR)

Images, filtres et conversion UV

Applications UVscientifiques et industrielles

Fluorescence UV (minéraux)

Fluorescence UV (sous-marine)

Votre peau sous les UV, YouTube

Canon DSLR UV Camera Conversion, LifePixel

Baader (Badder-U filter)

Fujifilm IS Pro (UV et IR, DPReview, Jul.07)

Naturfotograf, Bjørn Rørslett (IR, Ekta et UV)

Macrolenses.de (UV)

Coastal Optics (Jenoptik, UV)

Company Seven (zoom Nikon UV)

Hypercamera, France (filtres IR, anti-UV, etc)

IHS Globalspec (CCD UV IHS 360)

Peca (UV, IR)

UVR Defense Tech (filtre Andrea-U)

Forum Photo IR

Infrared Planet (groupe FB multilingue), Carol Deflandre)

Infrared Photography (groupe public Facebook)

Conversion des APN

EOS for Astro (F)

ACS (GB)

DSLR Astro Mod (GB)

Astronomik (D), pour Canon

Atelier Jacques Guyon (Can.)

Gary Honis (USA)

Hap Griffin (USA)

Kalori Vision (USA)

LifePixel (USA)

MaxMax - LDP LLC (USA)

Conversion du Canon EOS 350 D, Christain Buil

Traitement d'images

Review of Imaging software (sur ce site)

Infrared conversion, D.Larson

How I process the 665 for color, Michael

Infrared processing choices, Michael

Khromagery, David Burren

Fichier Actions pour Photoshop (inversion B/R)

How To Post Process Your Infrared Digital Photos, Shotaddict

Fabricants de filtres et web marchands

Adorama

Amazon (fr)

Apolobamba (Hoya, etc)

Astronomik (clip filter pour Canon)

B+W / Schneider Optics (filtres IR, polarisant Käsemann, etc)

BH Photo Video

Digit-Photo

Foto Huppert (B+W/Schott)

Hoya Optics

Kodak Wratten 

Lecuit (Heliopan, accessoires de studio)

MaxMax (X-Nite)

Olympus

Omega Optical

Optic Makario, All. (filtres IR EFO)

Optical Filters (Hoya, Schott, etc)

Robert Cairns Company (Schott sur mesure)

Schott

Tiffen

Rolyn Optics

The Macrolens Collection database (UV)

UQG Optics (Hoya, Schott, etc)

Index "IR Filters pass", GlobalSpec

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