FILTRE, physique

Dispositif arrêtant une partie des radiations ou des particules incidentes. Le critère de sélection est généralement la fréquence ν, éventuellement l'énergie, la vitesse, la masse, la direction de propagation ou toute autre caractéristique de l'objet incident. Selon une terminologie utilisée surtout pour les filtres de fréquences, on distingue : les filtres passe-bas (transmission pour ν < ν₀, arrêt pour ν > ν₀), les filtres passe-haut (transmission pour ν > ν₀, arrêt pour ν < ν₀), les filtres passe-bande (transmission pour ν₁ < ν < ν₂, arrêt pour ν < ν₁ et ν > ν₂), les filtres coupe-bande ou filtres-bouchons (transmission pour ν < ν₁ et ν > ν₂, arrêt pour ν₁ < ν < ν₂). Les valeurs ν₀, ν₁ et ν₂ sont les fréquences de coupure et Dν ≡ ν₂ — ν₁ est la largeur de bande. En pratique, ni la transmission ni l'arrêt ne sont totaux, les fréquences de coupure n'étant définies qu'avec une certaine imprécision.

Filtres électriques. Les selfs d'inductance L) ou les condensateurs (de capacité C) sont les filtres très grossiers qui arrêtent respectivement les hautes fréquences et les basses fréquences. Les combinaisons L-C (circuits oscillants) représentent des filtres perfectionnés : le circuit « résonnant » (montage en série de L, C) ou le circuit « antirésonnant » (montage en parallèle de L, C) sont respectivement des filtres passe-bande et coupe-bande pour le courant qui les traverse, la bande étant centrée sur la fréquence de résonance ν₀ = 1/2p √ LC et ayant une largeur Δν ~ ν₀/Q, où Q ≡ 2π ν₀L/R = 1/2π ν₀RC est le facteur de qualité du circuit et R la résistance de la self. On augmente l'effet de filtrage en couplant les circuits résonnants par l'intermédiaire de selfs et de condensateurs, mais on ne peut descendre au-dessous de Δν/ν_m = 0,01, où ν_m = (ν₁ + ν₂)/2, qu'en utilisant comme élément de couplage un cristal piézoélectrique ou magnétostrictif (filtre à cristal).

Filtre acoustique. Dans la propagation des ondes sonores, l'insertion d'une cavité résonnante le long d'un conducteur (tube) acoustique est l'analogue d'une capacité (elle transmet le courant sonore de haute fréquence et les ondes de pression de basse fréquence). Une dérivation latérale ouverte a l'effet inverse, correspondant à une inductance. Ces propriétés, traduisant le « parallélisme électro-acoustique », permettent la réalisation de filtres acoustiques analogues aux circuits oscillants et, plus généralement, aux quadripôles. Ainsi, un tube sonore, présentant des variations de section le long de son axe, transmet uniquement les sons graves.

Filtre optique. Le filtrage est possible en interposant sur le trajet des rayons une plaque de gélatine, de verre ou de liquide (enchâssée dans une cuve à parois transparentes), contenant des substances absorbantes pour les fréquences non désirées. L'énergie électromagnétique absorbée peut être réémise (diffusée) dans d'autres directions, mais le plus souvent elle est dissipée en chaleur. On peut aussi employer des filtres interférentiels.

Filtre d'énergie. La déviation des particules chargées dans un champ électrique radial est plus ou moins grande selon leur énergie cinétique. On peut par cette méthode séparer les particules d'énergies différentes et obtenir des faisceaux monocinétiques, utilisés, par exemple, dans les spectrographes de masse, qui filtrent ainsi les particules d'après les valeurs de leurs masses.

— Viorel SERGIESCO