Introduction.
Les filtres optiques et autres dispositifs associés ont été de longue date utilisés par les photographes avertis, les spécialistes de la photographie scientifique et les cameramen. Au cours des années 1970 et 1980, une véritable « filtromania » s'est emparée de l'industrie photographique et des photographes amateurs, qui se sont parfois ruinés en collectionnant toutes sortes d'objets plus ou moins colorés et plus ou moins baroques, s'imaginant que leur usage allait leur tenir lieu de génie.
Comme d'habitude en de telles circonstances, il ne suffit pas de posséder beaucoup de matériel, encore faut-il savoir l'utiliser. Gérard Champlong écrivait en 1979 dans la revue "Chasseur d'Images" (n° 14, p. 41) : "Entre les annonces publicitaires, qui tentent de vous persuader qu'il est impossible de réussir une bonne photo sans filtre et les résultats piteux obtenus quand on fait n'importe quoi n'importe comment, il arrive que le pauvre photographe en vienne à se demander s'il pourra jamais tirer quelque chose de ces petits bous de plastique ou de verre".
Le même auteur ajoute un peu plus loin : ..."n'oubliez jamais que les filtres, lorsqu'ils sont sortis des doigts de ceux qui les ont conçus, n'ont jamais été conçus pour « ajouter du beau », mais pour « enlever du laid » afin d'obtenir un résultat meilleur".
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 les effets qu'ils produisent peuvent être obtenus plus facilement par des voies informatiques, mais ce n'est pas une loi générale, loin de là ...
Le but recherché par la mise en place d'un filtre devant l'objectif est variable, il peut s'agir de protéger la surface sensible contre certains rayonnements comme l'ultra-violet, de modifier une température de couleur, d'éliminer des reflets, d'allonger le temps de pose ou encore d'obtenir des effets « créatifs ». Il faut aussi parfois corriger ou au contraire décaler le rendu des couleurs d'une image finale, car en raison de notre perception très subjective des couleurs, il arrive qu'un rendu absolument fidèle des couleurs nous paraisse faux.
Par exemple, un papier blanc éclairé par une lampe à incandescence recevra et renverra une lumière contenant trop de rouge orangé, cette dominante colorée sera enregistrée correctement par la surface sensible mais elle ne nous paraîtra pas réaliste car nous savons que ce papier est blanc.
Par ailleurs, le « rendu » des images en noir et blanc n'est pas conforme à notre vision car les films sont beaucoup plus sensibles que nos yeux à la couleur bleu, que nous percevons comme sombre mais que les films enregistrent comme si elle était claire. C'est ainsi par exemple que les cumulus de beau temps qui se détachent magnifiquement sur le ciel bleu sont réduits à l'état de traces sur les négatifs, si l'on ne prend pas les mesures adéquates. 
Même s'il a quelque peu baissé, le nombre des filtres et autres lentilles à effets reste très impressionnant, du moins sur le papier, car aucun détaillant ne peut se permettre de tenir un stock de plusieurs milliers de références, et ceci dans tous les diamètres possibles et imaginables. Seuls les modèles les plus courants sont donc immédiatement disponibles, les autres nécessitent de passer une commande.
Principe du filtrage.
L'action d'un filtre est toujours soustractive : il est totalement impossible d'augmenter l'intensité de quelque radiation que ce soit en utilisant un tel dispositif, on peut seulement atténuer la transmission de certaines couleurs, ce qui a pour effet de renforcer les autres en valeur relative.
Tout filtre élimine la couleur complémentaire de sa propre couleur. Par exemple, un filtre bleu élimine le jaune, lui-même constitué de rouge et de vert. Un filtre jaune-orangé élimine le violet, etc. Un filtre jaune élimine le bleu et laisse passer le rouge et le vert, mais si on le fait traverser par un rayonnement ne contenant ni rouge ni vert, il se comporte comme s'il était opaque ! Utilisé devant un paysage comportant un ciel bleu vif, ce même filtre aura tendance à assombrir de façon sélective le bleu du ciel, qui paraîtra parfois presque noir.
L'élimination des lumières indésirables se fait le plus souvent par absorption, l'énergie correspondante étant transformée en chaleur dans la matière même du filtre. Il peut en résulter un échauffement important si la puissance transportée par le faisceau lumineux est forte. Dans le cas des filtres dichroïques que nous verrons plus loin, la lumière indésirable est réfléchie, ce qui évite tout problème thermique.
Le graphique ci-contre montre le spectre d'absorption d'un colorant dit "rouge Congo", qui est aussi un indicateur de pH, rouge en milieu basique et bleu en milieu acide. Ce produit (toxique) est utilisé en mycologie pour colorer sélectivement les préparations microscopiques. On voit bien que son absorption est quasi nulle entre 600 et 750 nm environ, c'est-à-dire que les radiations orangées et rouges ne sont pratiquement pas arrêtées. En revanche l'absorption est maximale pour une longueur d'onde de 500 nm, qui correspond au vert. Du côté des longueurs d'onde un peu plus courtes, l'absorption décroît, le violet est un peu transmis, ce qui donne une teinte carminée aux solutions basiques.
Des courbes de ce style peuvent être fournies par les fabricants de filtres, elles permettent de se faire une idée précise de ce qui est transmis et de ce qui ne l'est pas.
Facteur-filtre.
Définition et mode d'emploi.
Ce nombre, encore appelé « coefficient de filtre », est généralement gravé sur la monture. Un filtre absorbant une partie de la lumière qui atteint la surface sensible, celle-ci se trouve moins éclairée et il faut allonger le temps de pose ou augmenter l'ouverture du diaphragme pour retrouver une exposition correcte. 
Ainsi, l'usage d'un filtre portant la mention x4 conduira à multiplier par 4 le temps de pose (en passant par exemple de 1/500 s à 1/125 s), ou à ouvrir le diaphragme de deux crans (en passant par exemple de 8 à 4, via 5,6), ou toute autre combinaison équivalente.
Il faut noter que ce facteur est toujours plus ou moins approximatif. Certains films noir et blanc, par exemple, sont nettement plus sensibles que d'autres aux radiations rouges. Les portraitistes les apprécient car ils permettent d'atténuer quelque peu les défauts de la peau dès la prise de vue. Un filtre absorbant de façon importante le rouge aura donc un effet différent, selon qu'on l'utilisera avec un type de film ou un autre.
Par ailleurs, il existe aussi des filtres pour lesquels aucun facteur de prolongation n'est mentionné, car ils agissent sur des radiations qui normalement n'ont pas à être enregistrées sur la surface sensible. C'est le cas, par exemple, pour les filtres UV ou autres « skylight » qui sont chargés d'absorber l'ultraviolet.
Association de filtres.
Attention ! Lorsque l'on associe plusieurs filtres de couleurs différentes, la transmission spectrale de l'ensemble est égale au produit des transmissions spectrales des filtres pris isolément, pour chaque longueur d'onde. Il en résulte que le facteur-filtre résultant ne peut être obtenu en faisant le produit des facteurs-filtre des composants de l'association que si l'un des filtres présente une absorption uniforme des couleurs (filtre gris neutre ou polariseur).
Par exemple, en associant un filtre jaune de coefficient 2 et un polariseur de coefficient 2,5, le facteur-filtre résultant sera bien de 2 x 2,5 = 5. En revanche, en associant un filtre bleu intense absorbant le vert et le rouge et un filtre jaune intense absorbant le bleu, on ne laissera théoriquement plus passer aucune lumière.
Deux filtres polariseurs superposés constituent une sorte de « robinet à lumière ». S'ils présentent la même orientation, le coefficient de filtre est voisin de celui d'un seul polariseur mais si l'un des filtres tourne par rapport à l'autre, l'opacité de l'ensemble croît jusqu'à atteindre, du moins théoriquement, l'extinction totale. On a donc l'équivalent d'un filtre gris neutre de densité variable ; cependant, c'est lorsque les polariseurs sont croisés que leurs défauts d'uniformité apparaissent le plus et il il vaut s'abstenir d'utiliser cette position pour les prises de vues.
En pratique, le problème de l'association de plusieurs filtres n'est pas seulement de nature photométrique car il faut tenir compte des défauts optiques, des images parasites, etc. qui dégradent fortement les images formées par l'objectif. En principe, il ne faut associer deux ou plusieurs filtres qu'en cas de nécessité absolue, comme solution de dépannage, et dans ce cas, il convient d'utiliser seulement des filtres de haute qualité optique, dotés d'un traitement multicouches efficace.
Filtres et comportement des posemètres.
En principe, les appareils munis d'un système intégré permettant la mesure de la lumière derrière le filtre devraient tenir compte automatiquement de la modification du faisceau lumineux et donc corriger l'exposition en conséquence. En pratique la réaction des posemètres à des lumières de composition très inhabituelle n'est pas toujours très fiable, en particulier avec les filtres de coupure rouges ; en effet, on ne peut pas demander à ces posemètres de tenir compte des comportements très différents des divers films du commerce. La présence de filtres dégradés peut également perturber le fonctionnement de bien des systèmes de mesure.
Avec les appareils argentiques compacts dont la cellule n'effectue pas la mesure derrière le filtre, il n'est guère possible d'opérer si l'automatisme n'est pas débrayable, sauf si la présence d'un correcteur d'exposition (ou d'un réglage manuel de la sensibilité) permet de prendre en compte le coefficient de filtre. Ne pas oublier de revenir au réglage de base en même temps que l'on retire le filtre !
L'usage généralisé des appareils numériques a grandement simplifié le problème : beaucoup de filtres sont devenus inutiles puisque leur effet peut être reconstitué de façon réversible lors du post-traitement des photographies et, par ailleurs, on n'a plus besoin de changer de film puisque l'on utilise toujours le même capteur, dont les caractéristiques ne changent jamais.
Diverses catégories de filtres selon l'usage.
Les filtres ou les associations de filtres permettent d'obtenir des photographies plus séduisantes, plus fortes, aussi bien avec les appareils argentiques qu'avec les appareils numériques. Parfois, il faut faire appel à eux pour résoudre des problèmes techniques de prise de vues insolubles autrement. Les filtres colorés présentent des transmissions spectrales extrêmement variées, tandis que les filtres gris et les polariseurs permettent d'assombrir les images de façon générale ou sélective selon les cas. Certains filtres présentent deux plages colorées différentes ou encore une densité variable avec une transition plus ou moins brutale.
Montage des filtres.
Les filtres sont le plus souvent placés devant l'objectif ; ils sont alors fixés sur celui-ci par un filetage ou plus rarement par une baïonnette ou un simple emboîtement. La plupart des appareils compacts numériques sont dépourvus de tout système de montage de filtres, dans ce cas il est toujours possible, même si ce n'est pas très pratique, de tenir le filtre à la main.
Dans certains cas particuliers, comme celui des objectifs très grand angulaires, le montage d'un filtre devant l'objectif est impossible car la lentille frontale est trop proéminente et dépasse largement de la monture. Ces objectifs sont alors munis d'un système de montage de filtres par l'arrière, grâce à un filetage, un emboîtement ou dans certains cas un tiroir spécialement conçu à cet effet. Beaucoup d'objectifs de longue focale possèdent, en plus du filetage avant, un tiroir arrière. Il va sans dire que le montage d'un filtre orientable, polariseur ou dégradé, n'est pas très facile.
Il faut mettre en garde les utilisateurs de filtres contre deux problèmes :
Matériaux pour filtres à usage photographique.
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.
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 produits 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 et photométriques sont excellentes, ce qui fait que les filtres en gélatine sont utilisés couramment pour toutes les applications de précision. Par ailleurs, leur coût est en général relativement modique.
Divers types de montures et de porte-filtres sont utilisés pour manipuler les filtres en gélatine et pour les monter sur les appareils auxquels ils sont destinés.
Les filtres en gélatine ont cependant plusieurs inconvénients. Ils sont instables dans le temps et, comme on l'imagine aisément, ils sont fragiles, craignent les rayures, la poussière, et redoutent par dessus tout l'humidité. On peut donc les recommander pour le travail en studio mais à l'extérieur, une certaine prudence est nécessaire.
Dans le langage des photographes et des cinéastes, qu'il nous arrivera d'employer, le mot gélatine désigne un filtre en gélatine colorée.
Filtres en acétate ou autres résines synthétiques.
Ils sont nettement moins coûteux 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. Autrement dit, il vaut mieux les fixer sur les sources de lumière que sur les objectifs, ce qui ne pose généralement aucun problème en studio. 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.
Les filtres Cokin sont réalisés en verre organique de type CR39 (du nom du brevet états-unien "Colombia Registry n° 39"). Il s'agit d'un polymère thermodurcissable, le poly(diéthylène glycol bisallylcarbonate), qui fut inventé avant 1940 mais dont les applications pratiques n'ont vu le jour que grâce à la mise au point d'un procédé spécialement approprié par la société française Lor Telegig, sous le nom d'Orma1000. Cette société, rebaptisée Silor, a fusionné par la suite avec la société Essel (Société des Lunetiers) pour donner la marque Essilor bien connue aujourd'hui des binoclards de tout poil.
Le polymère CR39 est connu sous les noms commerciaux "Essilor-Orma", "Hoya CR39", "Orgam", "OR15", "Unor15", "Asphor15", "Perfalit", etc. Il est très léger (densité 1,32), relativement réfringent (indice 1,5) et surtout très peu dispersif, avec une constringence, ou nombre d'Abbe, de 58, la meilleure que l'on connaisse à ce jour. Malgré son âge, ce « verre » est actuellement celui qui a le meilleur rapport qualité/prix, on n'a pas trouvé mieux pour l'instant et il constitue donc une manière de référence. Il est de plus très résistant à la casse, mais il craint les rayures ; heureusement, des traitements appropriés (mais relativement chers) permettent de le durcir en surface.
Si les filtres colorés en matière plastique sont peu usités, en revanche les matières plastiques sont largement utilisées pour obtenir des systèmes optiques additionnels de type réseaux, multiprismes, etc. qui sont fabriqués par moulage et non par taillage.
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 certains écrans inactiniques de 20 x 25 cm utilisés pour l'éclairage de sécurité des laboratoires.
Filtres en verre.
Il faut distinguer ici les filtres qui comportent une gélatine montée en sandwich entre deux plaques de verre et les filtres en verre optique teinté dans la masse.
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 traitements 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 traitements anti-reflets.
La qualité d'un filtre en verre massif vient aussi du soin apporté à son polissage, lequel 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.
Filtres dichroïques.
Les filtres dichroïques, ou interférentiels, sont constitués d'une lame de verre optique surfacée avec le plus grand soin, sur laquelle on a déposé par évaporation sous vide une ou plusieurs couches très fines de diverses substances, métalliques ou autres.
Ces filtres fonctionnent par réflexion, contrairement aux verres colorés qui absorbent la lumière. Les interférences lumineuses qui se produisent dans les couches, selon le principe des cavités Fabry-Pérot, ne concernent que les rayonnements appartenant à une gamme de longueurs d'onde bien définie. De ce fait, ils permettent de sélectionner une partie du spectre lumineux très précise, ce sont des filtres sélectifs.
Une autre propriété intéressante, liée au fait que la lumière indésirable est renvoyée et non pas absorbée, permet à ses filtres de ne pas s'échauffer lorsqu'ils sont atteints par des flux lumineux intenses.
Bien entendu, tout se paie d'une façon ou d'une autre dans la vie, ici en particulier, ces filtres sont très coûteux !
Stabilité des filtres 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.
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.