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Article publié dans l'Astronomie de juillet-août 2004, revu et mis à jour

Mes quatre filtres IR : de gauche à droite Murnaghan IR-C (700 nm), Schüler Ix (780 nm), Murnaghan 1 micron... et le Wratten 47 !

Faire des images dans l’infrarouge nécessite de bloquer la lumière visible et l’ultraviolet pour ne laisser passer que l’IR, à l’aide d’un filtre. On peut utilement rappeler ici que l’expression « filtre IR » doit désigner un filtre qui ne laisse passer que l’infrarouge. Les filtres transparents utilisés pour bloquer l’infrarouge doivent être désignés comme filtres anti-IR. Le verre d’un filtre IR, qui transmet une longueur d’onde inaccessible à l’œeil humain, est très logiquement noir quand nous le regardons, mais il est transparent pour un capteur CCD. La quasi-totalité des filtres IR sont des filtres qui ont un début de transmission, mais pas de fin ; la transmission ne diminue plus ensuite comme dans le cas des filtres à bande passante (on les appelle des "longpass"). Ceci sert à augmenter au maximum la quantité de lumière reçue.

Voici des images de quelques filtres prises avec la ToUcam Pro, avec et sans rejet de l'infrarouge...

Ici à droite sont présentés des filtres avec leurs couleurs telles que l'oeil les perçoit : un filtre rouge (LP630 Schüler), deux filtres bleus (W47 et filtre P Schüler), et trois filtres IR qui logiquement apparaissent noirs et opaques : nous ne voyons pas cette longueur d'onde. Le filtre P est ici un filtre témoin ; il est le seul qui ne transmet pas l'infrarouge.

ToUcam avec filtre IRcut

Et maintenant les mêmes filtres, mais la webcam est utilisée sans filtre de rejet anti-IR. La transparence de presque tous ces filtres dans le proche infrarouge est bien mise en évidence ; seul le 1 micron (IR1000) reste noir, mais c'est uniquement parce que le temps de pose utilisé est beaucoup trop court pour mettre en évidence le peu de lumière qui passe au travers. Par contre, comme prévu, le filtre P n'a pas changé de couleur, il est toujours bleu. Le W47 lui au contraire est méconnaissable...

ToUcam sans filtre IRcut

De véritables filtres IR de qualité, prévus pour la CCD, comme ceux visibles sur ces images, peuvent désormais facilement se trouver dans le commerce, sur des sites web spécialisés. Leur prix revient à environ 50-70 euros, soit un montant comparable à celui de n’importe quel bon filtre. Ils sont normalement pourvus d’un filetage et peuvent se visser sur les adaptateurs des webcams. Voilà quelques utilisations qui peuvent être faites des différends types de transmission :

Jupiter avec le IR-C (700 nm) Murnaghan le 9 mai 2004 - newton 180 mm

Les filtres qui transmettent dès le tout début du proche infrarouge sont très utiles car ils transmettent un maximum de lumière. Malheureusement ils sont un peu plus difficiles à trouver que d’autres. Ce sont des filtres bienvenus pour les planètes gazeuses qui ne sont pas très lumineuses (par unité de surface). Dans la mesure où il y a un petit risque de perte de définition par rapport à la lumière visible (effet généralement plus que contrebalancé par le gain en stabilité d'image !) ces filtres sont aussi ceux qui permettent d'obtenir la meilleure résolution dans l'infrarouge.

On trouve assez souvent aussi un filtre correspondant à la transmission infrarouge telle que définie dans les jeux de filtres Johnson (UBVRI). Ce sont les seuls filtres IR amateurs qui sont à bande passante. Leur maximum de transmission intervient entre 700 et 800, puis diminue ensuite graduellement pour se terminer vers 1000 nm. Ce sont des filtres valables et assez lumineux, même s’il y aura une petite perte de lumière dans les longueurs d’onde les plus longues. Ils sont utiles pour la photométrie mais pour l'imagerie planétaire, il vaut mieux trouver un IR700 ou équivalent.

Vénus avec le le IR780 Schüler Astro-imaging (Ix) le 16 septembre 2004 révèle quelques détails sur son pôle nord (en bas) - newton 180 mm

Les filtres transmettant à partir de 780, 830 ou même 850 nm sont les plus communs. Ils assurent une meilleure séparation d’avec la lumière visible, un meilleur effet de contraste et de pénétration atmosphérique, et une image un peu plus stable encore qu’avec un IR 700. En contrepartie ils transmettent moins de lumière et sont donc plus difficiles d’utilisation (surtout avec des webcams). On les utilisera plutôt sur des planètes brillantes comme Vénus, Mercure, Mars (ou la Lune).

Mars le 31 août 2003 toujours avec le IR78 - newton 180 mm

Face nocturne de Vénus à 1 micron (filtre Murnaghan) le 16 mai 2004 - C14

Enfin il faut signaler l’existence de filtres ne transmettant qu’à partir d’1 micron de longueur d’onde environ. La quantité de lumière captée par la CCD est extrêmement faible et ces filtres sont réservés à des usages très spécifiques (comme Vénus). Sur cette dernière planète, un filtre IR1000 peut révéler des détails assez faibles dans la basse atmosphère, mais peut surtout autoriser la détection de l'émission thermique de sa surface, du côté non éclairé par le Soleil.

L’achat de « vrais » filtres IR n’est pas la seule solution. Il existe d’autres solutions qui font un peu plus « bricolage », mais qui marchent parfaitement.

Tout d’abord, la palme du rapport qualité/prix revient incontestablement à la « diapo noire » qui transmet parfaitement l’infrarouge. La transmission semble équivalente à celle d’un filtre IR 780 ou 800, donc peut-être un petit peu « sombre ».

Ensuite, certains filtres interférentiels étroits, destinés à l’observation visuelle, transmettent l’infrarouge – ce qui n’est pas un problème pour l’œeil évidemment. Certains amateurs ont ainsi utilisé avec profit le filtre OIII sur Mars en 2003. Ceux qui possèdent un OIII peuvent parfaitement s’en servir en CCD comme filtre IR, mais il faudra de préférence lui associer un filtre rouge Wratten (25 ou 23A) pour bloquer la lumière verte provenant de la bande OIII. La transmission IR résultante semble très large et donc intéressante.

Une autre excellente solution, équivalente à la « solution OIII » consiste à mettre à profit les fuites dans l’infrarouge de certains filtres colorés Wratten, assez bien répandus chez les amateurs. Presque tous ces filtres transmettent l’IR en plus de leur bande passante généralement située dans le visible, le truc est de les associer entre eux pour bloquer cette transmission visible afin que seul passe l’infrarouge. La meilleure combinaison semble être obtenue en associant un filtre rouge au W47 (bleu violet) qui présente une forte fuite dans l’infrarouge. Un filtre 25 ou 23A vissé sur le W47 fera très bien l’affaire. La transmission IR obtenue est très large, dans le style 720-1100 nm. Cette combinaison sera idéale pour l’amateur qui possède ces filtres chez lui, ou l’un des deux, sans savoir ce qu’il peut en tirer ; mais pas forcément pour qui ne possède aucun des deux filtres nécessaires : le prix de revient serait alors plus ou moins équivalent à celui d’un vrai filtre IR du commerce.

Comme indiqué sur l'image de gauche, on visse sur le W47 n'importe quel filtre rouge "longpass" qui transmet également l'infrarouge. A droite, la même image avec la webcam sans filtre IRcut qui montre la transparence de l'ensemble dans ces longueurs d'onde. Cette technique fonctionne parfaitement avec, par exemple, les filtres suivants : W21 (orange), W23A (orange-rouge), W25 (rouge). Un filtre jaune comme le W12 devrait donner de bons résultats, mais il ne bloquera pas totalement la lumière bleue du W47.

Jupiter et Saturne le 16 décembre 2003 dans une transmission IR obtenue grâce au filtre W47, utilisé en série avec le Baader RG610 afin de bloquer la transmission violette - C14