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Le système agrandisseur en astronomie Choix du type de système "grossissant" pour l'observation et l'imagerie astronomique

En astronomie, on emploie pour observer les objets des instruments au diamètre fixe et à la focale également fixe contrairement au domaine de la photographie traditionnelle où on peut à loisir changer d'objectif en fonction du sujet à immortaliser. Cette particularité de l'instrumentation astronomique exige de faire appel à des accessoires spécifiques pour obtenir plus de latitude sur l'agrandissement ou/et le champ couvert par celle-ci.

Quatre dispositifs optiques existent :

  • Le réducteur de focale
  • L'oculaire
  • La lentille de barlow
  • Le tirage

Comme bon nombre d'astronomes amateurs, ma trousse à outils contient ces quatre dispositifs. En fonction du type de système "grossissant" employé, les résultats sont sensiblement très différents. Pour l'imagerie planétaire, hormis la Lune, on emploie souvent de très longues focales (fréquemment au-dessus des 4 mètres) car le disque de la cible demeure souvent trop petit pour enregistrer une image 'lisible" de la planète convoitée. Lorsque les priorités s'inversent et qu'elles sont plutôt au champ et à la luminosité, il apparaît au contraire utile de réduire la focale de l'instrumentation.


Le réducteur de focale

Dans le cas d'objets très étendus comme les amas d'étoiles ou la Lune, ou dans le cas d'objets faibles telles que les nébuleuses ou les galaxies, il est souvent utile de réduire la focale pour soit gagner en champ, soit gagner en luminosité, que ce soit en visuel ou en imagerie. Un instrument ouvert à F/D = 6,5 est presque quatre fois plus lumineux que le même, ouvert à F/D = 10. L'accessoire utilisé pour réduire la focale d'un instrument s'appelle un réducteur de focale.

Il en existe de nombreux sur le marché. Dans la plupart des cas, l'usage d'un réducteur de focale s'accompagne d'un vignettage du bord du champ et d'une déformation des étoiles (allongement) sur les bords que l'on appelle la coma, si celui-ci n'est pas corrigé pour l'imagerie.

Pour l'imagerie, on équipe obligatoirement le réducteur de focale d'un correcteur de champ. C'est une partie optique supplémentaire qui complète l'installation ou alors, il est directement implanté dans le réducteur de focale permettant de réduire considérablement les déformations en bord de champ de la coma.

Il peut être utilisé à des fins photographiques ou visuelles. Le vignettage est quasi-inexistant, même avec un oculaire de 40 mm. Je l'emploie souvent pour l'observation du ciel profond et des comètes, car l'instrument est alors très lumineux. Photographiquement, je l'emploie surtout en imagerie CCD lunaire. Le champ d'un capteur CCD étant fortement réduit par rapport à un film argentique, à cause de sa très petite taille, la Lune ne rentre jamais en entier. Pour un soucis de champ, dans le cadre de la réalisation d'une image CCD d'une lune entière par « mosaiquage », le réducteur de focale apparaît d'un grand secours.

Toutefois, le capteur CCD peut saturer par excès de lumière dans le cas de la Lune. Pour éviter ce phénomène désagréable, on peut monter un filtre polarisant entre le télescope et le capteur CCD pour réduire très fortement l'éclat et augmenter le contraste général de l'image.


L'oculaire
Parmi les systèmes optiques permettant d'apporter énormément de latitude à un télescope ou une lunette, l'oculaire est le premier d'entre-eux et surtout le plus connu compte-tenu de son usage très majoritairement visuel. En fonction de la focale de l'oculaire, on peut obtenir divers grossissements correspondants à divers facteurs d'agrandissements et/ou divers valeurs de champs angulaires couverts sur le ciel par une instrumentation donnée en fonction de sa focale fixe.
Illustration issue de WIKIPEDIA

1

Image réelle

2

Diaphragme de champ

3

Relief d'oeil

4

Image sortante (pupille de sortie)

Pour l'imagerie, l'utilisation d'un oculaire est plus discutable car seuls des oculaires spécifiques dits "de projection" très coûteux sont réellement performants en imagerie astronomique. Ces oculaires "de projection" ont connu leur âge d'or du temps de l'argentique car la surface importante du film imposait que l'oculaire soit capable d'offrir une parfaite planéité du champ, de plus dépourvue de vignettage, sur l'ensemble de l'image projetée. Avec l'arrivée de la CCD et ses petits capteurs, il est plus facile d'utiliser un oculaire comme système grossissant car le capteur récupère en général que la zone centrale de l'oculaire où l'image est la meilleure.

Il existe plus couramment en imagerie, la prise de vue en afocale dans laquelle l'oculaire occupe une place centrale. Cette prise de vue consiste à utiliser un appareil photo (compact ou bridge) équipé d'un objectif non démontable et de récupérer l'image de l'objet agrandi par le télescope ou la lunette. Seul l'usage d'un oculaire rend possible ce type de prise de vue car il s'agit justement d'un accessoire conçu comme une loupe très perfectionnée pour fournir une image à l'infini. L'image se formant à l'infini, celle-ci devient très aisément récupérable par le plus modeste des appareils photo.

Néanmoins, en dehors de ce cas très particulier très bien connu des astronomes amateurs, avec la chute du prix des CCD depuis 2008 et l'accroissement de la surface des capteurs dont ils sont pourvus, je ne peux que conseiller en l'absence d'objectif non démontable, deux autres dispositifs beaucoup plus sûrs pour la formation de l'image sur le capteur de votre caméra astronomique : La lentille de Barlow et le tirage.


La lentille de barlow

Il existe un accessoire agrandisseur dont je privilégie véritablement l'usage en imagerie : La lentille de Barlow. Du nom de son inventeur, le mathématicien et physicien britannique Peter Barlow (1776-1862), cette lentille divergente voit le jour en 1834. Elle permet de multiplier la distance focale de n'importe quel instrument d'optique par un facteur variable en fonction du modèle de lentille utilisée. Aujourd'hui, sur le marché, on rencontre de nombreux types de lentilles de Barlow au facteur basique de 2x jusqu'au facteur 5x pour les plus performantes, en passant par les déclinaisons intermédiaires (3x et 4x). La lentille de Barlow possède de nombreux avantages en imagerie dont le principal est d'assurer une parfaite planéité d'image quelque-soit la surface du détecteur utilisé (film argentique, capteur CCD).

Toutefois, toutes les lentilles de Barlow ne se valent pas. Il convient de privilégier les doublets achromatiques, voire les triplets apochromatiques comme la lentille de Barlow née d'un partenariat entre BAADER PLANETARIUM et CARL-ZEISS. Cette lentille de Barlow possède un avantage de poids : Elle autorise des variations de son facteur de grossissement par la technique du tirage.

L'apparition d'une ou plusieurs lentilles ED dans la composition de certaines lentilles de Barlow modernes procure un réel gain de qualité d'image lors de l'accroissement artificiel de la focale d'un instrument astronomique.

L'utilisation de doublets achromatiques ou/et de triplets apochromatiques garantissent un parfait contrôle de possibles aberrations chromatiques et les nouveaux traitements anti-reflets ont permis de réduire considérablement la dégradation de la qualité et de la luminosité des images. En photographie traditionnelle, le dérivé de la lentille de Barlow s'appelle un doubleur ; il s'agit d'un accessoire constitué de 4 lentilles s'intercalant entre un objectif lumineux et le boitier. Ce doubleur est équipé de connexions électroniques permettant de conserver une liaison entre l'objectif et le boitier, notamment pour maintenir l'autofocus en état de marche malgré l'accroissement artificiel de la focale de base de l'objectif photo utilisé. Les facteurs d'un doubleur s'échelonnent couramment entre 1,4x et 2x.


Le tirage

Pas besoin spécialement d'ajouter des lentilles pour obtenir un agrandissement de la cible en sortie d'un instrument d'optique. Il existe un phénomène simple que vous avez pu constater dès votre plus tendre enfance dans le berceau. Ce phénomène est observable avec un projecteur vidéo lorsque vous manipulez l'écran de projection pour faire varier sa distance par rapport à lui. Plus vous éloignez l'écran du projecteur et plus la taille de l'image augmente, il s'agit tout simplement du tirage.

En astrophotographie, le projecteur vidéo est l'équivalence de l'image sortant de la lentille de Barlow à l'arrière de l'instrument et se projetant sur le capteur CCD. Le capteur CCD est l'équivalence de l'écran de projection. De ce fait, on observe le phénomène identique : Plus le tirage (distance émetteur-récepteur) augmente et plus l'objet photographié est agrandi.

La combinaison d'une très bonne instrumentation (tube + lentille de Barlow) avec du tirage permet l'obtention de facteurs d'agrandissements très élevés. Il s'agit d'une combinaison très prisée par les astrophotographes des planètes du système solaire pour son excellent rapport luminosité/qualité d'image.


Calculateur de focales pour l'astronome amateur par Steven MOYARD

Steven MOYARD est un analyste-programmeur habitant à Orléans. En 2007, il utilisa ses compétences pour développer une application de calculs pour astronome amateur, recommandée par de nombreux magazines d'astronomie. Il m'apparut important de saluer justement son travail très brillant dans le cadre de cet exposé en récupérant toute la source de son immense calculateur pour l'intégrer dans mon site.

En cliquant sur la symbolique à gauche ci-contre, vous accéderez au calculateur. Bonne utilisation !

Vous pouvez également télécharger le calculateur sur votre ordinateur pour vous en servir en toute indépendance.


Arnaud FIOCRET © 2003 (2012)

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