Thermorégulation d'un miroir de télescope

[Maxime001]

Bonjour à tous,

 

Avec mon club, on est en train de réaliser une thermorégulation du miroir primaire de mon newton 254/1200.

 

Les 2 capteurs de température sont déjà en place et fonctionnels. On va maintenant installer des résistances chauffantes au dos du primaire (oui, il y à énormément d'humidité la ou est placé mon observatoire, et il m'arrive très souvent de devoir tout fermer car le primaire est plein d'humidité...)

 

Ma question est assez simple : Quelle delta de température entre la température ambiante et celle du miroir ? J'ai lu ici et la quelques degrés, mais combien me conseillez vous ?

 

Merci

[astroespo]

Bonjour,

en principe, un seul degré de plus suffit à empêcher toute condensation, et plus ça risque d'induire de la turbulence.

[olivdeso]

+1

 

un ventilateur latéral peut aider aussi, on s'en sert surtout pour souffler la couche d'air chaud et turbulent qui stagne à la surface du miroir, mais combat aussi le refroidissement par rayonnement du miroir en le maintenant proche de la température ambiante.

[JMBeraud]

Chauffer le primaire... pas peur des dégradations thermiques?

 

Habituellement on refroidit plutôt, l'air ambiant ayant tendance à être en dessous, et la turbulence instrumentale monte vite, dans votre cas ça risque d'être la Bérézina.

 

Pour la buée, une jupe ne ferait-elle pas l'affaire?

 

JMarc

[PierreDesvaux]

C'est bien la première fois que je vois un essai de chauffage du primaire... Je ne crois pas que cela soit une bonne idée, je crois même que c'est une très mauvaise...

 

Comme le dit JM, le jeu habituel, c'est de mettre le miroir à température, c'est à dire, qu'il vienne à la température ambiante. Cela permet notamment d'éviter que la couche d'air au dessus du primaire soit chauffée, et provoque alors de la turbulence.

 

Chauffer le secondaire, c'est déjà une hérésie, alors, pour le primaire...

[Alarcon yves]

Bonsoir, étant du même club astro que Maxime, je vais clarifier certain points.

Son télescope n'as pas besoin de jupe, c'est un 250/1200 à tube plein; utilisé en photo, avec un souci de buée sur le miroir primaire.

 

Après, étant plutôt un visuel, j’étais assez septique sur le coup de chauffer le miroir .

Mais après réflexion, on peut le voir autrement, Maxime ne veut pas chauffer son miroir, mais l’empêcher de descendre plus bas que la température ambiante, se qui n'est pas tout à fait la même chose .

 

On n'as aucune garantie que sa vas fonctionner, n'y que ça ne vas pas engendrer plus de problème que de solution, mais tant que l'on n'as pas essayé.

L'idéal serrais d'apporter que le minimum de calorie au miroir, juste de quoi compenser sa perte par rayonnement.

Bref, on verras bien,

 

Yves.

[astroespo]

Sinon l'est où le Maxime ?

Il n'a pas l'air pressé de voir les réponses à sa question.

[olivdeso]

C'est bien la première fois que je vois un essai de chauffage du primaire... Je ne crois pas que cela soit une bonne idée, je crois même que c'est une très mauvaise...

 

ça c'est déjà fait, mais le problème est d'avoir une bonne répartition de la température, ça va pas être simple du tout, il va y avoir des gradients, qui vont générer des tensions. Pas évident...

 

Vu que c'est un tube plein, je pense qu'il faut ventiler de toutes les façons sinon il y aura des problème de turbu interne.

- Donc fermer le tube à l'arrière en laissant juste des ouvertures pour le ou les ventilos

-mettre un baffle à 2cm au dessus du primaire à l'intérieur du tube pour rabattre le courant d'air, qui passera autour du primaire, ce qui chassera la couche d'air turbulent (à condition qu ça puisse passer un minimum autour du primaire, sinon il faudra mettre un ventilo latéral, assez lent)

 

quelques liens

 

Le chauffage par le dessous du primaire Kendrik

 

https://www.astronomics.com/kendrick-heater-12-inch-newtonian-primary-mirror_p9115.aspx

 

chauffage par la tranche et ventilation

 

http://geoastro.co.uk/primheat.htm

Modifié 3 février 2015 par olivdeso

[ursus]

ça c'est déjà fait, mais le problème est d'avoir une bonne répartition de la température, ça va pas être simple du tout, il va y avoir des gradients, qui vont générer des tensions. Pas évident...

 

Vu que c'est un tube plein, je pense qu'il faut ventiler de toutes les façons sinon il y aura des problème de turbu interne.

- Donc fermer le tube à l'arrière en laissant juste des ouvertures pour le ou les ventilos

-mettre un baffle à 2cm au dessus du primaire à l'intérieur du tube pour rabattre le courant d'air, qui passera autour du primaire, ce qui chassera la couche d'air turbulent (à condition qu ça puisse passer un minimum autour du primaire, sinon il faudra mettre un ventilo latéral, assez lent)

 

J'avais fait cela sur un SW pou répartir la chaleur: Un fil résistif collé avec un ruban en alu.

Pratiquement, je suis au minimum du potentiostat. L'idée est, évidement, de maintenir le miroir juste au dessus de la température de rosée.

[PierreDesvaux]

A mon sens, on n'aura peut-être plus de buée, mais pas certain de la qualité de l'image ensuite...

 

Le plus simple: ventiler, ventiler, ventiler...

[ursus]

oui bien sur mais ventiler ne te permettra pas d'aller contre la physique du truc. Quand la température de ton miroir est en dessous de la température de rosée, tu auras de la buée. Ventilation ou pas.

C'est lié à l'humidité de l'air ambiant. Cela dépends de l'époque de l'année, de la météo et de l'endroit d’où tu observes. Aucun problème au plateau de beille 1800m. Plein chez moi à 5 km de la Garonne.

 

Du coup, tu as le choix:

- Ventiler et replier quand la température du miroir est trop basse. La sortie peut se résumer (d’expérience) à 30 min / un heure sans prendre en compte la mise en température.

- Ventiler pour mettre en température puis puis mettre un poil de chauffage pour maintenir ton miroir un poil au dessus de la température de rosée. La sortie dure ainsi toute le nuit.

au choix donc... sachant que la première solution est toujours possible avec la deuxiéme solution.

[PierreDesvaux]

Je me demande: comment un miroir fait-il pour descendre à une température inférieure à celle de l'air ambiant ? A priori, quand il arrive à la température de l'air ambiant, il y reste, non ?

[ursus]

Je me demande: comment un miroir fait-il pour descendre à une température inférieure à celle de l'air ambiant ? A priori, quand il arrive à la température de l'air ambiant, il y reste, non ?

 

je me suis posé longtemps cette question. Ton miroir arrive à la température de l'air ambiant si tu ne prends prends en compte les pertes thermiques par convection/conduction via l'air.

Pratiquement, tu as en plus des pertes thermiques par irradiation. Ton miroir chauffe le ciel par émission des infrarouges. Résultats la température descends plus bas que la température de l'air ambiant...qui finalement "chauffe" alors ton miroir par conduction. La température du miroir descends 1 ou 2°C en dessous de la température de l'air.

C'est pas grand chose mais ça suffit pour condenser l'eau de l'air sur le miroir. C'est ces 1 ou 2° qu'il faut compenser.

J'avais trouvé un lien qui expliquait bien cela et il y a avais un logiciel pour le simuler.

Modifié 3 février 2015 par ursus

[PierreDesvaux]

Il me semble que l'on devrait avoir plutôt un équilibre entre miroir et air ambiant, j'avoue que je ne comprends toujours pas comment le miroir peut descendre plus bas.

 

Par contre, on peut supposer qu'il y a des flux d'air un peu plus chaud qui passent de manière ponctuelle, et de ce fait, font que la buée se forme. Dans ce cas, ventiler me semblerait la chose adéquate, afin d'éliminer ces courants plus chauds ponctuels.

[Alarcon yves]

Je me demande: comment un miroir fait-il pour descendre à une température inférieure à celle de l'air ambiant ? A priori, quand il arrive à la température de l'air ambiant, il y reste, non ?

Bonjour, et non il ne reste pas à température, quand on pointe le télescope vers le ciel, on reçoit le rayonnement du vide qui est proche du 0 absolue, ce qui finit par faire descendre la température du miroir en dessous de la température ambiante, ce qui crée de la buée sur le miroir, le phénomène est d'autant plus rapide que l'on pointe au zénith, car moins de couche d’atmosphère le rayonnement est le plus fort.

Quand on fait du visuel, on pointe une cible au zénith, puis on choisis une cible plus basse pour 'reposer' le miroir, et ainsi de suite , en faisant attention on peut tenir la nuit.

Mais en photo, on reste plusieurs heures sur la même cible et elle est souvent trés haute dans le ciel, d'où le problème.

Pourquoi vous devez gratter les vitres des voitures qui couchent dehors, à votre avis .

Yves.

Modifié 3 février 2015 par Alarcon yves

[ursus]

Tu as trois modes de pertes d'énergie de ton miroir:

par convection ou convection: la quantité d’énergie que le miroir perd est proportionnel à la différence de température entre le miroir et l'air

 

par rayonnement: La quantité d’énergie que le miroir perds est proportionnel à la à la température du miroir à la puissance 4.

 

Le miroir reçoit de l’énergie par irradiation du ciel, du sol. Le ciel étant très froid, il envoie peu d'énergie au miroir. Du coup, les échanges par irradiation sont des pertes d'énergie pour le miroir qui sont fonction de T puissance 4.

 

Quand le miroir atteint la température de l'air, les pertes par convection/conduction sont nulles (et te conduis à penser que la température du miroir est égale à celle de l'air) mais il reste les pertes thermiques par rayonnement. La température du miroir diminue encore.

A ce moment là, l'air est plus chaud que le miroir: Il chauffe le miroir et compense les pertes thermiques par rayonnement: La température du miroir se stabilise à un température plus basse que celle de l'air.

 

 

Edit: ça y est! Le logiciel que je cherchais est là

but in english

Modifié 3 février 2015 par ursus

[christiand]

Bonsoir

 

J'appends des choses sur ce fil mais je ne comprends pas tout... ... : comment de la buée peut elle se condenser sur le primaire d'un newton de 254mm, situé au fond du tube plein ? Le tube ne se comporte t il pas comme un long pare buée ?

Sur le secondaire on peut le comprendre, puisqu'il est situé en haut du tube.

 

Avec les Celestron que je connais bien il suffit de mettre un parebuée de 30 ou 40 cm pour éviter la condensation sur la lame dans la majorité des cas, je dis bien dans la majorité des cas.

 

 

A noter que certains amateurs équipent leur parebuée d'une petite résistance, dans ce cas, pourquoi ne pas enrouler une résistance autour du newton ?

 

Christian

[ursus]

on peut se demander comment fonctionne un pare buée.

J'y vois plusieurs rôles.

- ralentir l'arrivée de la vapeur d'eau en supposant que l'air du tube est relativement sec car venant de l’intérieur. Cependant, les ouvertures sont grandes et l'air extérieur peu circuler sans trop de problème. Cela doit avoir un rôle mais petit

- Limiter les échanges de chaleur par radiation ou plutôt avoir une source de chaleur par radiation pus importante que le ciel.

 

Tube newton=parebuée? Oui sans doute. Ils sont souvent faits en alu, un métal qui échange très bien la chaleur alors que les pare buées sont souvent fait en plastiques ou mousse plastiques expansées. Ce sont plutôt des isolants thermiques. Ils doivent avoir un rôle dans les échanges thermiques et ralentissent l'apparition de la buée.

 

Une petite résistance sur le pare-buée apporte un peu d'énergie sans doute suffisante pour avoir le 1° au dessus de la température de rosée. Cela doit marcher aussi pour le tube newton. Mais un tube chaud généra de la convection naturelle de l'air dans le tube (défavorable optiquement) mais comme pour le chauffage du miroir cela doit être une question de dose. A essayer.

 

J'ai floqué l’intérieur de mon tube pour limiter les réflexions parasites. J'ai eu alors moins de pb de buée à l’intérieur. La couche de tissus doit isoler un peu plus le tube. Des constatations empiriques ponctuelles. Il faudrait faire une études complètes pour conclure.

[gliese]

Il y a des phénomenes d'échanges de chaleurs tout aussi étonnant que ceux deja mentionnés ci dessus dans 2 reponses données par Ursus.

 

L'échange de chaleur par radiation ( la 3eme façon d'échanger de la chaleur , avec aussi la convection = mouvement d'air qui transporte la chaleur , et la conduction = échange de chaleur par contact ) est déroutante mais importante .  Certains telescopes ont des supports de secondaires en alu poli , non peint en noir , car tous les metaux polis , ont une faible émissivité de chaleur . Donc l'arraignee du secondaire rayonne moins de chaleur , et donc moins de turbulences de l'air autour , et donc rectitude des rayons stellaires mieux épargnés dès l'entree dans le tube . Mais reflexions de lumieres parasites augmentées .

 

1ere question      : Pourquoi malgré cette remarque , les grands telescopes ont, pour  la plupart , des supports peint en noir mat , dans les conditions de noirceurs qu'ils ont ?

 

Si on peint en noir mat l'arraignee du secondaire , l'émissivité passe de 0,05 (environ pour metal poli )  a 0,95 (environ)  càd celle du noir de fumée/suie et presque 1 , celle d'un corps noir , et alors on a un rayonnement de chaleur max (mais a mon avis , vue la masse totale du support, pas trop forte ....?) et donc de la turbulence ajoutée par le secondaire

 

Pour le primaire , l'aluminure agit (a mon avis , par simple comparaison) , comme du metal poli , et l'emissivité est voisine de 0,05 (= ordre de grandeur ) .... Donc ça limite les pertes de chaleur par rayonnement thermique ,par cette surface métalisée polie , et évite donc de descendre encore plus bas en temperature , par rapport a celle de l'air ambiant  ( = on a souvent une diff de temp de 1 a 2 degrés , entre l'air ambiant , et le miroir primaire , qui perd plus en degré donc , par radiation vers le ciel dégagé).

 

idée et question 2  :  Si on "aluminise" aussi  les bords, mais surtout le fond du miroir primaire , il va beaucoup diminuer ses pertes thermiques par rayonnements  , et donc moins baisser en temperature , et on aura peut etre plus autant d'écart de degrés entre le primaire et l'air   . (2 degrés d'écart est semble t il , un max , car alors turbulences deviennent trop importantes ).  Donnée : L'émissivité du verre est de 0,90 (environ)  donc importante perte du verre par rayonnement thermique (mais faible conduction du verre = 1 w/m2/K  environ , contre 400 pour le cuivre ou l'argent , et 0,05 pour la laine de verre )  

 

C'est assez subtil et complexe tout cela 

 

3) Peut etre que les observatoire climatisent leur primaire et secondaire pour etre a la meme temperature que l'air ? et ce serait une solution pour les telescopes de luxe d'amateur  ??? et les photos HD

 

NB  interressant du quotidien  : Un moteur electrique a carcasse metallique chauffe a 70 degres par exemple , avec la grande majorité du flux thermique en convection et un minimum en radiation ......... Si on le peint en noir (ou une peinture foncée , car l'écart entre les 2 émissivités est peu) , alors le moteur est a 50 degres , et la radiation devient forte . Aussi : un radiateur de chauffage central peint rayonne plus qu'en metal brut ,  et bcp bcp plus que si vous l'astiquer au Miror et a la pate  a polir  🙂

 

Oui Ursus , en floquant ton interieur de tube metallique ,  pour le rendre moins reflectif , tu l'as aussi isolé .... Et donc le tube metallique est plus long a descendre en temperature ,  et l'interieur du tube conserve de l'air un peu plus chaud , donc de l'air qui peut supporter un peu plus d'humidité en suspension , donc une condensation et un dépot de rosée retardées 

 

Le pare buée agit , surtout qu' il est tout le temps fait de  matiere émissive (carton , plastique etc ) , comme un léger réchauffeur d'air , et aussi agit mécaniquement , quand le tube n'est pas proche de la verticale , comme un obstacle convectif , a l'air froid tombant dessus

 

le sujet étant beaucoup plus "materiel astronomique" que "astro photo"  , et le post date de 2015 , je crée donc une nouvelle discussion dans materiel astro