Le visuel : l’importance des oculaires

En observation visuelle, il y a l’instrument avec son diamètre, sa focale, son rapport F/D et sa formule optique. Seulement, pour pouvoir s’en servir et pouvoir en tirer une image utilisable pour notre œil (l’observation astronomique étant la grande majeure du temps, exclusivement monoculaire), il convient de pouvoir grossir l’image au foyer au moyen du dernier maillon de la chaîne instrumentale : l’oculaire. Un accessoire dont le prix sera très variable en fonction de sa qualité de fabrication (prestige de certaines marques comme TELEVUE), sa finition (existence d’une étanchéité à l’humidité comme aux poussières pour certains modèles), le diamètre de son coulant, sa focale, son champ apparent en degrés, sa formule optique et son confort (bonnette, relief d’œil,…). Du choix de l’oculaire, intrinsèquement aux caractéristiques de l’instrument sur lequel il est utilisé, découlera un grossissement, tout comme un champ visuel réel, sans compter une pupille de sortie (de 5mm à moins de 1mm). Trois caractéristiques intéressantes dressant l’essentiel de l’observation visuelle.

Comme beaucoup d’astronomes amateurs, après à peine un an et demi de pratique, j’ai motorisé dès 2001 ma monture équatoriale pour me lancer peu à peu dans l’imagerie, survolant assez rapidement ce que l’on appelle l’observation visuelle dans toute sa beauté, en limitant mon jeu d’oculaires à quatre trous de serrure, avec une panoplie de grossissements bien pauvre ; si bien que en 2020, j’avoue autant méconnaître tout des capacités visuelles de mon vieux C8 de 1999, comme de mon Dobson de 200 mm acquis en novembre 2019 et ce d’autant que depuis mars 2020, les occasions ne furent pas nombreuses pour que j’en apprenne beaucoup plus. Néanmoins, les dernières semaines durant, j’ai pris ma distance avec toutes les sources de frustrations sur le plan pratique pour constituer un nouveau jeu d’oculaires fortement élargi, de qualités très hétérogènes, visant à pouvoir tirer des enseignements nouveaux de mes deux instruments de 20 cm. A ce propos, en construisant cette nouvelle gamme, il apparu que la focale de 1200 mm est parfaitement proportionnée pour pouvoir tirer de ce Dobson, toutes les configurations monoculaires possibles en rapport de son ouverture. Chose qui s’avère beaucoup plus difficile avec un Célestron 8 dont la focale beaucoup plus longue de 2030mm et sa partielle compatibilité à cause de vignettage avec les oculaires de 50,8mm à grand champ apparent (limitation dont le réducteur/correcteur de focale de F/6.3 n’apporte pas la réponse), le prédestine de suite surtout au planétaire comme à l’imagerie. Des conclusions, sur le plan même des formules optiques, qui tendent à montrer que l’observation visuelle est une discipline à elle-seule pour laquelle, la formule optique Newton est tout particulièrement adaptée ; la formule Schmidt-Cassegrain étant finalement plutôt à destination photographique, même si on puisse observer avec.

Même quand on n’est pas un amateur qui observe souvent “utilisant des grossissements qui font peur” pour reprendre la formule de Pierre STROCK, il s’impose de suite, quelque-soit le type d’observateurs à laquelle on appartient que le bon choix du matériel oculaire compte lourd et que son application judicieuse dans la conduite d’observations, pèse presque tout autant que l’expérience dans le “métier”. Il s’agit bien aujourd’hui du peu de mes quelques premiers contacts avec ce domaine, d’être irrémédiablement guidé vers la constitution d’un arsenal d’oculaires dont je n’aurai que trop peu saisi l’intérêt du temps où faire de l’image (jusqu’en 2010) était bien plus important que d’observer ; l’oculaire étant juste utilisé pour pré-centrer approximativement mon sujet afin que celui-ci puisse se trouver sur le capteur CMOS de la caméra, souvent à cette époque de 1/4″ seulement. Mes nouvelles caméras d’explorations en 2020, ce sont rien de plus que des oculaires.

La foire des formules optiques

Comme les instruments eux-mêmes, lunettes comme télescopes, les oculaires sont de véritables instruments miniatures composés de plusieurs lentilles, d’autant plus nombreuses que ceux-ci se devront d’offrir un champ visuel apparent élevé de qualité, le plus plan possible jusqu’aux bords. La valeur sûre, le minimum requis pour de l’observation qualitative est le Plössl. Il serait invraisemblable d’opter pour une formule plus ancienne, au champ de 35-40° simplement pour une question financière, étant entendu que sur le marché du neuf, il existe désormais pléthore de très bons Plössl peu coûteux d’un champ apparent confortable d’un minimum de 50° parfaitement plan. Quelque-soit le sujet à observer, avec la formule optique Plössl, quelque-soit sa focale, pas de doute possible sur son choix, surtout avec une formule optimisée à 7 lentilles offrant un bon relief d’œil si on porte des lunettes et que l’on souhaite pouvoir les garder au bout du nez pour observer.

Pour pouvoir travailler avec un champ visuel apparent, un poil plus confortable, notamment avec un instrument non motorisé, tel un Dobson, la formule Erfle fournit un champ supérieur compris entre 65 et 70°. Pour l’histoire, cette première formule grand-champ prend naissance en 1917 et restera quelques temps, un précieux secret militaire. Idéalement, ce devrait être un minimum pour le ciel profond et même pour le lunaire voire le planétaire quand on grossit beaucoup (150x mini). Cependant, quand le grossissement résultant de l’instrument demeure faible, le champ apparent d’un Plössl demeure suffisant pour suivre l’objet, à moins de rechercher la sensation agréable d’immersion dans le ciel dont le Elfle présente la porte d’entrée.

A partir de 80° de champ apparent, il faudra attendre 1980 et l’innovation de TELEVUE. La formule optique mise au point est le fameux Nagler avec un minimum de 7 lentilles. Champ immense réellement révolutionnaire. La formule n’aura eu de cesse d’être améliorée jusqu’à aujourd’hui, en augmentant le nombre de lentilles, pour un champ parfaitement plan jusqu’au bord et un relief d’œil merveilleux. Il s’agit typiquement du genre d’oculaire dont il convient de posséder au moins un exemplaire en longue focale (30 mm pour la plupart des Dobson) afin de pouvoir transformer son télescope en chercheur ultra-lumineux, ultra-puissant, pour rechercher directement la cible tant convoitée, dès que l’approche préliminaire au chercheur a été faite.

Au dessus, on trouvera même des champs apparents de 100° voire plus avec la formule Ethos, toujours par TELEVUE. Un oculaire vaut ainsi parfois plus cher que l’instrument sur lequel il est installé. Véritable hublot sur le ciel, on n’en voit plus les limites. Il représente souvent la solution ultime pour l’observation planétaire à plus de 300x sur des instruments non motorisés ; le champ immense autorisant une très “longue” dérive de la planète dans le champ à un grossissement adapté.

Trouver aisément sa cible dans un Dobson

De mes jeunes années (bien qu’à même pas encore quarante ans, je ne puisse pas déjà me considérer comme vieux), je le crois bien, la vraie frustration, ce fut d’avoir eu bien du mal parfois à trouver les objets du ciel profond que je cherchais dans mon Célestron 8. Comme nombreux de ces pseudos observateurs, je me suis laissé séduire en 2009 par le pointage automatique chirurgical de 5′ d’arc de ma monture équatoriale mais malheureusement, bien souvent, ce dispositif nous impose une nouvelle barrière de découragement potentiel quand trouver quelques objets juste pour les observer revient à mobiliser autant de matériel que pratiquer l’astrophoto. Il ne fait pas de mystère aujourd’hui que l’explication de ces difficultés de jadis soit simple :

– L’intérêt si faible que je porte désormais à l’imagerie, tandis que le visuel prend doucement toute sa place dans ma façon d’aborder l’astronomie. Sans compter un certain plaisir de quarantenaire quant au développement de la patience.

– Le Célestron 8 comme une monture équatoriale n’offrent pas la souplesse ni l’amplitude de champ suffisant pour faciliter la trouvaille en manuel. En cause, sa conception, le Célestron 8 n’offre au mieux à son plus faible grossissement utilisable sans vignettage qu’un champ réel d’un peu moins de 1° pour la recherche. C’est trop peu, surtout quand le chercheur de 6×30 du Célestron 8 de ces époques présentait bien des incommodités à l’utilisation. Bien des objets du ciel profond furent seulement trouvés dans la douleur par l’utilisation des coordonnées AD et DEC de la monture et non, au chercheur.

– Le Newton, en configuration azimutale, à condition d’en rester dans des diamètres comme des focales raisonnables (1500 mm max) est un instrument qui présente une accessibilité à l’oculaire bien meilleure que sur un Célestron 8, notamment pour piquer pas loin du zénith. Le Newton est idéal car la plupart du temps, on peut observer confortablement assis, chose presque toujours impossible derrière un Célestron 8 et contrairement à ce dernier, le miroir secondaire comme le porte-oculaire accepte des oculaires 50,8mm, sans vignettage, ce qui garanti des grossissements plus faibles avec un champ panoramique de recherche doublé de 2°. De plus, la plupart des instruments sont désormais tous équipés d’un redoutable bon chercheur droit 9×50 lumineux, au champ apparent confortable et réel de 5° bien commode, avec une mire précise afin de taper rapidement au plus juste dans la périphérie immédiate de l’objet convoité. Trouver au Dobson devient assez facile.

– Trouver un objet relève d’avoir une bonne base de départ sur le versant documentaire. Pour un objet du ciel profond fixe, ceci est une réalité mais ceci se révèle encore plus vrai quand il s’agit de dénicher un objet temporaire, mobile, telle une comète dont la magnitude des éphémérides colle rarement à la réalité et dont l’aspect visuel constitue toujours une surprise. Quand j’ai débuté l’astronomie, il y a vingt ans, il fallait bien souvent se débrouiller avec des solutions gratuites avec un internet encore lent pour télécharger de gros volumes de données et des impressions de champs autour de la position supposée de la comète qui prenaient l’humidité de la nuit. Il y a encore dix ans, l’offre était pauvre, surtout sur les smartphones mais maintenant, certains logiciels mobiles sont de véritables atlas du ciel permettant avec spontanéité de partir à la conquête avec son télescope de n’importe quel objet grâce à une simulation ultra-précise du champ du chercheur ou du télescope en fonction de l’oculaire utilisé. Des perspectives jouant beaucoup sur la motivation d’observer. Autant d’aides visuelles qui rendent presque totalement caduque l’intérêt du GOTO.

Comme je le disais plus haut, depuis le début des années 80, les oculaires ont été marqués par la révolution des très grands champs apparents grâce à TELEVUE. Aujourd’hui, même chez SKYWATCHER, il est possible pour pas très cher de trouver des références d’oculaires en longues focales en 50,8mm pour un champ apparent total avoisinant la formule Nagler autour de 80°. Si ce type d’oculaire bon marché est utilisé sur un instrument au moins ouvert à f/d 6, le champ sera au minima les 2/3 utilisable (la planéité sur les bords ne rivalisant pas avec un véritable Nagler). Cependant, sa conception sera amplement suffisante pour son usage : trouver aisément un objet manuellement avec une carte. La recherche comme la trouvaille seront considérablement facilitées si l’instrument lui-même devient chercheur, en visant la correspondance avec 5mm de pupille de sortie et idéalement, un champ réel d’au moins 2° (diamètre de quatre pleines lunes). Pour exemple sur un Dobson de 203mm f/6, un ultra-grand-angle de 30mm remplit parfaitement cet usage en assurant le champ visuel réel cité précédemment.

Adapter sans cesse ses grossissements et ses champs visuels réels

La recherche de l’objet et sa trouvaille étant close, commence son observation à proprement parler.

En stellaire comme en planétaire, observer se borne à des paramètres justifiant la constitution d’un large étalage progressif de grossissements du plus faible au plus fort possible avec l’ouverture utilisée. Selon l’état de l’atmosphère (stabilité et transparence), la qualité du ciel (niveau de la pollution lumineuse comme celui du fond du ciel), le contraste général comme la luminosité surfacique de l’objet, sans oublier son étendue angulaire, il sera d’autant plus aisé d’optimiser une observation de sa cible si le choix des grossissements est important ; beaucoup d’observateurs rapportant souvent l’importance de trouver le ratio le plus juste entre la minimisation d’un fond du ciel jugé trop lumineux, la magnitude de l’objet et la luminosité utile de l’instrument afin que l’objet puisse être au mieux révélé comme résolu pour être étudié. En planétaire également, pour lequel le fond du ciel n’a par contre aucune importance, un étalage de grossissements les plus progressifs possibles entre le grossissement résolvant de 1x le diamètre de l’instrument et le grossissement maxi d’un peu plus de 2x le diamètre, se révélera fort utile car toutes les planètes ne réagissent pas identiquement face à des grossissements puissants. Certaines accepteront que l’on puisse “pousser” aux limites extrêmes des possibilités du diamètre alors que d’autres accepteront à peine plus que le grossissement résolvant pour être confortablement étudiées (le cas de Jupiter est intraitable).

Le cas des comètes est un sujet à part entière où l’étalage le plus régulier des grossissements se révélera également très intéressant voire tout bonnement indispensable si l’observateur se doit de réaliser les estimations de magnitude de la coma les plus précises et son degré de condensation le plus objectif, sans oublier la nécessité parfois d’utiliser des grossissements “planétaires” au minimum de 200x pour rechercher des structures intéressantes dans le dégazage de la tête de la comète. Il ne fait plus de mystère depuis longtemps qu’il existe de forts risques de produire des données visuelles erronées sur une comète, si on ne prend pas garde à l’influence de l’instrument comme du grossissement utilisé dans la réalisation de mesures comme de dessins, qu’ils soient sur l’éclat comme sur les proportions angulaires de la candidate. Utiliser plusieurs grossissements savamment différenciés permettront de modérer nos appréciations autour d’une mesure crédible.

Beaucoup d’observateurs ne le font pas mais pour peu que les observations visuelles doivent prendre la forme de quelques velléités scientifiques, il convient de parfaitement connaître ses oculaires au-delà du simple grossissement qu’ils puissent produire avec l’instrument utilisé. Notamment avec un instrument non motorisé, il semble presque indispensable d’en déterminer également pour chacun l’angle de champ réel sur le ciel, la pupille de sortie résultante et la durée approximative en secondes de la traversée de l’objet dans le champ réel embrasé par l’oculaire. Autant d’informations qui permettront d’enrichir un dessin, notamment sur la notion d’échelle ou pour faciliter l’identification de bien des étoiles dans un champ visuel donné par rapport à une carte papier ou mieux encore, par rapport à un planétarium portatif informatisé capable de simuler le champ de l’instrument en temps réel. Sans doute ici, ferons-nous la différence entre deux œuvres, deux façons d’aborder l’observation, deux observateurs. Moi même, dans mes jeunes années, je n’aurai prêté que peu d’attention à ces critères alors qu’il s’agit à mon sens d’une base “sine qua non” pour vraiment connaître tous les critères de son instrumentation et pouvoir de ce fait en accompagner d’autant mieux le développement dans le choix éventuel de nouveaux oculaires.

Mieux connaître et exploiter ses oculaires

La pupille de sortie

Rien ne sert avec un instrument d’obtenir une pupille de sortie supérieure à 6 mm (valeur de la pupille de sortie habituellement retenue dans les calculs pour définir le grossissement minimal utilisable avec un instrument) car la période de notre existence où nos yeux sont capables d’exploiter une pupille de sortie de 7-8mm est courte soient l’enfance, l’adolescence et seulement les quelques premières années de notre vie d’adulte. Par sécurité, si nous avons moins de 50 ans, il est sage de ne pas dépasser une pupille de sortie de 5,5 mm pour le grossissement le plus faible qui sera utilisé avec l’instrument. Au-delà de 50 ans, il peut être sage de se baser plutôt sur 4 mm. Travailler avec une pupille de sortie instrumentale nettement supérieure aux capacités maximales neurologiques admissibles de dilatation de la pupille de l’œil de l’observateur, ne lui sera d’aucun profit. Des observateurs experts avanceraient même la certitude que le flux lumineux excédentaire en sortie d’instrument conduirait à une perte de contraste manifeste dans l’image, à la manière du phénomène qui se produit quand un instrument souffre d’un défaut de collimation et qu’un fragment de photons utiles n’atteint pas le capteur (en l’occurrence ici, l’œil de l’observateur). En observation visuelle astronomique, l’apprentissage du “métier” contraint à ne rien négliger, précisément ici en aucun cas le choix de l’oculaire qui se devra d’être judicieux car ayant pour charge de permettre d’optimiser les performances de votre instrument dès son plus faible grossissement en fonction de vos propres capacités d’observateur.

En connaissant la pupille de sortie résultante avec chacun de ses oculaires en fonction d’un instrument donné, l’observateur acquerra avec l’expérience des connaissances intéressantes qui lui feront remarquer par exemple qu’une valeur précise de pupille de sortie sera pratiquement la même que celle qui lui conduira à mieux percevoir une catégorie d’objets bien précise. Fort de ce savoir, l’observateur habile sera dès lors capable sur n’importe quel instrument de se reporter sur l’oculaire de sa collection susceptible de lui faire approcher cette valeur de pupille de sortie préférentielle. Constatation laissant émerger de ce fait, la démonstration que le choix courant d’un oculaire par des débutants, influencé par la seule détermination du grossissement résultant de l’instrumentation, est une notion bien restreinte de toute la richesse de l’observation visuelle.

Formule de calcul de la pupille de sortie : Diamètre de l’instrument (mm)/Grossissement = D/G

L’angle de champ réel

L’angle de champ réel fournit par un oculaire est une donnée importante pour pouvoir fixer une échelle précise à un dessin, sélectionner le bon oculaire en fonction de la surface angulaire du sujet, orienter une identification facilitée de points de repère dans la périphérie immédiate de l’objet principal de l’observation ou pour simplement l’aide au pointage d’un objet à partir d’une carte (au format papier ou mieux : interactive sur un planétarium). Il est étrange que beaucoup d’astronomes négligent d’établir un tableau récapitulatif de champs réels de leurs oculaires alors qu’il s’agit d’une donnée tout aussi importante que la pupille de sortie, avant le grossissement résultant avec leur(s) instrument(s). Ce champ réel prend toute son importance dans le choix d’un oculaire car selon s’il s’agit d’un classique Plössl de 50° de champ apparent ou un Nagler de 82°, à grossissement égal, le Nagler couvrira un champ réel plus large, ce qui n’est finalement pas anecdotique car selon les grossissements atteints, on pourra se suffire d’un champ apparent classique tandis que dans d’autres circonstances, on pourra juger d’un champ apparent plus important à sa convenance (confort personnel, financière,…).

Formule de calcul du champ réel : Champ apparent/Grossissement= Cha/G

Le temps de visibilité d’un objet dans le champ

Ce paramètre n’a absolument aucune importance pour les observateurs dont l’instrument est motorisé car les effets de la rotation terrestre n’ont plus court dans l’oculaire : le sujet est maintenu (presque !) indéfiniment dans le champ. En revanche, quand on utilise un instrument manuel sur monture azimutale comme un Dobson ou un instrument de toute formule optique installé par exemple sur une robuste rotule d’un trépied photo haut de gamme de charge utile conséquente, le temps de visibilité d’un objet qui dérive “lentement” dans le champ d’un oculaire peut représenter une valeur intéressante, si ce n’est pour prendre conscience de la faisabilité (ou non) d’utilisation de grossissements très forts avec ce type d’équipement et par delà même pouvoir estimer le grossissement maximum réellement utilisable en suivi manuel selon sa dextérité propre.

Pour l’observateur moyen, avec le champ apparent standard de 50° d’un oculaire Plössl, le grossissement au grand maximum utilisable est généralement d’environ 250x avec un instrument non motorisé. S’en tenir à 200x est la solution de confort. Les observateurs particulièrement expérimentés parviennent à observer utilement derrière un instrument dénué de suivi jusque autour de 350-400x. Quelques très rares vedettes de l’observation planétaire en visuel parviennent sans problème à pousser leur instrumentation manuelle dans des grossissements incroyables soit 700x, parfois 1000x. Ils en conviennent eux-mêmes que arrivés à ces valeurs, l’observation puisse prendre des allures subliminales mais il n’en est pas moins véridique qu’ils parviennent à les utiliser ! Tout est une question de patience, d’entraînement mais aussi pour ce micro-cosmos sans égal d’observateurs, il est aussi question de prédispositions oculaires exceptionnelles chez eux à être capables de rendre utiles de tels grossissements sur une cible perpétuellement en mouvement. Tout ne s’apprend pas toujours au royaume des véritables talents.

Formule de calcul du temps de visibilité (en secondes) : Champ réel (en degrés)x 3600/15 = (Chr x 3600)/15