Un polariseur assombrit un ciel bleu et supprime les reflets sur l’eau, le verre et le feuillage mouillé en ne laissant passer que la lumière vibrant dans un seul plan et en absorbant le reste. Du côté scène de l’objectif, un polariseur linéaire et un polariseur circulaire font le même travail : tous deux transmettent une lumière polarisée linéairement à l’élément frontal, et tous deux produisent un effet tonal identique sur une feuille de HP5+ ou de FP4+. La différence se situe entièrement à l’intérieur d’un appareil photo qui échantillonne le faisceau avant qu’il n’atteigne le film.

Une seule équation pour tout comprendre

La loi qui régit le tout est la loi de Malus : l’intensité transmise par un second polariseur orienté à un angle thêta par rapport au premier est I = I₀ cos²(thêta). Pour thêta = 0, les axes sont alignés et la transmission est maximale ; pour thêta = 90 degrés, les axes sont croisés et la transmission idéale est nulle (en pratique, les polariseurs réels laissent passer entre 10⁻⁴ et 10⁻⁶, selon leur taux d’extinction).

Ce seul terme en cos² joue sur deux tableaux à la fois. Tournez le filtre monté sur l’objectif et vous modifiez l’angle entre son axe et la lumière partiellement polarisée provenant du ciel : le ciel s’assombrit et s’éclaircit selon le cos² de cet angle. Ce même terme est à l’origine du problème à l’intérieur de l’appareil : un polariseur linéaire sur l’objectif devient le premier élément d’une paire croisée, dont le séparateur de faisceau de mesure ou d’AF est le second. En tournant le filtre, le débit vers ce capteur interne oscille avec le cos² de l’angle entre les deux — indépendamment de la luminance réelle de la scène.

Comment un SLR échantillonne le faisceau

Un SLR autofocus n’envoie pas toute la lumière vers le film. Le miroir reflex principal est partiellement argenté ; la fraction qui le traverse directement frappe un petit miroir secondaire monté derrière lui, qui renvoie le faisceau vers le module AF à détection de phase situé dans la base du boîtier. Là, des lentilles séparatrices prennent les rayons issus des bords opposés de la pupille de sortie de l’objectif et forment deux images sur un CCD linéaire. L’écart entre ces deux images encode l’erreur de mise au point : trop proches, le sujet est net en avant ; trop éloignées, il est net en arrière ; un écart de référence fixe indique la mise au point exacte.

Le revêtement diélectrique du miroir secondaire comme les optiques séparatrices réfléchissent et transmettent des quantités qui dépendent de l’état de polarisation de la lumière. Soumettez-les à une polarisation linéaire pure et les intensités relatives des deux images splitées varient avec la rotation du filtre. La comparaison de phase lit un déséquilibre d’intensité imposé par les optiques, et non la défocalisation réelle, si bien que la mise au point dérive. Le même mécanisme fausse une cellule à séparateur de faisceau : comme le dit camera-wiki, avec un polariseur linéaire adapté, « la cellule de mesure et l’autofocus ne fonctionnent pas correctement. »

La lame quart d’onde, et pourquoi elle est orientée vers l’objectif

Un polariseur circulaire est un polariseur linéaire collé à une lame quart d’onde — un retardateur lambda/4 — dont les axes rapide et lent forment un angle de 45 degrés avec l’axe de transmission du polariseur. La lumière sort du polariseur frontal avec une polarisation linéaire, puis la lame retarde l’une des deux composantes orthogonales du champ d’un quart de longueur d’onde, soit un déphasage de 90 degrés, par rapport à l’autre. Les deux composantes se recombinent en lumière polarisée circulairement.

L’intérêt de cette astuce, c’est que la lumière polarisée circulairement présente des quantités égales des deux états linéaires à tout analyseur en aval, quelle que soit la rotation du filtre. Le terme en cos² qui variait avec l’angle s’établit maintenant à une valeur constante : un séparateur de faisceau divise la lumière circulaire exactement comme il divise la lumière non polarisée, de sorte que la cellule et le module AF se comportent comme si aucun polariseur n’était sur l’objectif. La polarisation côté scène — ciel, reflets — est intacte, car ce travail est accompli par l’élément linéaire frontal. L’ordre a son importance, c’est pourquoi un CPL est directionnel : la lame doit être orientée vers l’objectif. Montez-le à l’envers et vous renvoyez de la lumière linéaire au séparateur de faisceau.

Quand les polariseurs circulaires sont apparus, et pourquoi

Cette solution existe en raison d’un changement spécifique dans la conception des appareils photo. Tant qu’un boîtier mesurait avec une cellule sans séparateur de faisceau ou qu’on utilisait une cellule externe, un polariseur linéaire convenait parfaitement. Le problème est apparu avec les séparateurs de faisceau AF et les boîtiers TTL, à commencer par le Minolta Maxxum/Dynax 7000 en février 1985, le premier SLR doté d’un système autofocus entièrement intégré et d’un avancement motorisé du film. Au fur et à mesure que les miroirs secondaires sensibles à la polarisation et les optiques AF/mesure se sont répandus sur le marché, le polariseur circulaire est devenu la recommandation par défaut. Sur un boîtier entièrement manuel et mécanique avec mesure à la main, un polariseur linéaire reste parfaitement utilisable, et il est généralement moins cher avec une transmission légèrement supérieure.

Ce qu’il coûte en lumière, avec un exemple chiffré

Le filtre n’est pas gratuit, mais le folklore habituel de « un à trois diaphs (stops) » est trop vague et la limite haute est erronée. Il fait un double comptage : l’assombrissement lié à l’angle d’un ciel déjà polarisé est un effet de scène que vous avez choisi, pas l’atténuation de base du filtre. Les données des fabricants sont bien plus serrées. Heliopan annonce un facteur de filtre d’environ 2,3 à 2,8, soit environ +1,3 diaph (stop) ; les polariseurs circulaires Kaesemann de B+W se situent dans la même plage, et le Kaesemann HTC (High Transmission Coating) atteint environ 99,5 % de transmittance par composante polarisée, annoncé à environ 1,5 diaph (stop).

Avec la mesure TTL et un CPL sur l’objectif, vous n’appliquez rien à la main : la cellule lit le même faisceau atténué que voit le film. Avec une cellule externe, vous appliquez le facteur vous-même. Supposons que vous mesuriez une demi-teinte de zone V sur FP4+ et que votre lecture incidente donne EV 14, que vous régleriez à f/11 à 1/125 s. Adaptez un Kaesemann et ouvrez de +1,5 diaph (stop) : soit environ f/6,7 à 1/125 s (à mi-chemin entre f/8 et f/5.6), soit maintenir f/11 et descendre à 1/45 s. Il y a un détail que la cellule ne peut pas voir à votre place. L’effet d’un polariseur sur le ciel est maximal lorsque l’appareil pointe à 90 degrés du soleil et s’annule lorsqu’il pointe vers lui ou directement à l’opposé ; le facteur effectif augmente donc à mesure que vous tournez vers l’effet maximal sur un ciel dégagé à 90 degrés du soleil. Dans le doute, brackettez d’un diaph (stop) de chaque côté.

Ça vaut vraiment le coup sur du film noir et blanc ?

Pour l’effet phare — assombrir un ciel bleu — un polariseur est généralement le mauvais outil en noir et blanc. Les filtres de contraste colorés font mieux et avec plus de précision, car ils agissent sur la couleur et non sur l’angle : un Wratten 25 rouge, un 15 jaune-orangé foncé, ou un 12 minus-bleu assombrissent le ciel de façon prévisible quelle que soit la direction de l’appareil. Ansel Adams a eu recours à un Wratten 29 rouge foncé, et non à un polariseur, pour le ciel presque noir de Monolith, the Face of Half Dome (1927). Un polariseur assombrit n’importe quel ciel bleu indépendamment du filtre de contraste également utilisé, mais sa vraie valeur en noir et blanc est de supprimer les reflets non métalliques sur l’eau, le verre et les feuilles mouillées — des reflets qu’aucun filtre coloré ne peut éliminer. C’est là que vaut la peine de dépenser son diaph et demi.

Sources : HyperPhysics (Georgia State University) sur la lame quart d’onde ; Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations sur la loi de Malus ; camera-wiki.org et Lensrentals sur l’AF à détection de phase et les séparateurs de faisceau ; Heliopan et Schneider-Kreuznach/B+W pour les facteurs de filtres ; Wikipedia et mikeeckman.com sur le Minolta Maxxum 7000 ; Ansel Adams, The Negative.