Dossier - Acheter son matériel d'astronomie - S'y retrouver dans la jungle des prix et le jargon technique

[bpollet]

Bonjour, je prépare un petit article pour les membres du clubcassini de Versailles, et je voulais vous en faire profiter en primeur. Je pense que ça peut être utile à plein de débutants, ici.

 

Peut-être mériterait il d'être épinglé? je ne sais pas. Je laisse les administrateurs juger

 

En tout cas, n'hésitez pas à compléter, commenter, m'insulter...

 

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A l’approche des fêtes de noël, vous souhaitez peut être acheter de quoi observer le ciel, mais vous êtes complètement perdus dans la jungle des prix et le jargon des astronomes amateurs. Alors cet article est fait pour vous.

Il a pour but de présenter le plus objectivement possible les avantages et inconvénients des formules optiques les plus populaires, et de discuter des options de vous pouvez avoir à l'achat d'un tube optique neuf ou d'occasion et qui justifient des prix différents d'un produit à l'autre pourtant d'apparence similaires. Je marquerai en gras les mots importants que vous retrouverez.

Je traiterai également le sujet des montures car on s'y perd assez vite lorsque l'on est débutant: Equatoriale? azimutale? alt-azimutale? Dobson? Goto? Ca peut vite être compliqué et on peut rapidement être débordés et j'expliquerai sommairement leur fonctionnement et leur type d'emploi.

Si vous êtes complètement débutant et ne savez pas trop vers quoi vous orienter vous pouvez commencer par ce test:

https://www.webastro.net/Pages/choix_instrument_astronomie/

Comme je ne suis sponsorisé par personne (pourtant j’aimerai bien), j’essaierai de ne donner aucune marque. Aussi, je ne rentrerai pas dans le débat du pays de fabrication. Il a de très bons opticiens partout dans le monde, même en Chine! D'ailleurs le premier fabricant mondial de télescope et de lunettes est chinois et il tire très honorablement son épingle du jeu sur le plan qualité et finition. Mais il est évident que ces produits d’Extrême Orient restent globalement moins chers que les produits européens, (même si ces dernières années, les coûts d’importation inversent doucement la tendance).

J'aborderai les sujets suivants:

• Les montures
• Le réfracteur ou Lunette
• Le réflecteur ou télescope de Newton
• Les Catadrioptiques (Schmidt Cassegrain et Maksutov Cassegrain)

Les autres formules optiques telles que Richtey Chrétien, Cassegrain, Dall Kirkham, Rowe Ackermann ne seront pas abordées car hors scope du débutant et ce sont des tubes à mon sens tout à fait spécifiques. (Cela fera certainement l'objet d'un autre article).

Préambule:

Avant de rentrer dans le vif du sujet, voici deux rappels fondamentaux pour comprendre tout le reste:

1) un instrument est caractérisé par trois éléments:

• sa formule optique (c'est l'objet de l'article)
• son diamètre D (en mm): plus celui ci sera important, plus vous aurez de résolution sur les planètes et mieux vous verrez les objets du ciel profond. C'est LE paramètre pour celui qui veut faire du visuel.
• sa focale F (en mm): qui détermine la capacité d'un instrument à grossir l'image. Plus la focale est grande, plus la possibilité de grossir l'image est importante.

En visuel on privilégie les gros diamètres afin d'avoir des images plus lumineuses et avoir plus de résolution sur les planètes.

En astrophotographie, on caractérise l'instrument par son rapport F/D ou ouverture. Plus ce rapport est faible (4 ou 5 typiquement), plus il sera facile d'imager le ciel profond. Si le rapport est élevé (10 à 15), il sera plus facile de faire de l'imagerie planétaire.

Que ce soit pour les lentilles ou pour les miroirs, le diamètre est l'élément le plus déterminant du prix d'un instrument. On m'a dit récemment que le prix était proportionnel à la surface S de l'optique (Pour Rappel S=π*(D/2)² ). Je ne suis pas allé vérifier si c'était 100% exact, mais je crois qu'on est pas loin du compte!

2) Pour fonctionner correctement, il ne doit pas y avoir d'écart de température entre l'intérieur du tube et l'extérieur. Tout écart entraîne des problèmes, de turbulence, d'images floues, de buée...

Donc, il est important que les instruments soient mis en température, avant d'obtenir les conditions idéales à l'observation.

Les montures

La monture azimutale: 

La monture azimutale est la monture la plus simple dans sa conception qui puisse exister. Elle s'apparente à un trépied photo amélioré. Elle dispose de deux axes: horizontal et vertical. Il existe des variantes avec des flexibles qui permettent des mouvements fins, voire même des mouvements particulièrement fin contrôlés par un système de courroies. C'est un produit très intuitif et c'est pourquoi elle équipe de nombreux instruments de débutant. C'est la monture idéale pour des enfants.

Avantages:

• prix,
• facilité d'utilisation
• parfaite pour les enfants

Inconvénients:

• vibrations,
• pas de motorisation,
• impossibilité de faire de la photo

La monture Alt-azimutale ou Alt-Az ou encore la monture GOTO

C'est une monture azimutale comme ci-dessus mais motorisée avec un système GOTO. Le GOTO est une fonction informatisée de la monture qui permet après avoir pointé une, deux ou trois étoiles (étalonnage) et renseigné la date et les coordonnées géographiques du lieu d'observation de retrouver tous les objets courants du ciel profond ou planétaires en quelques appuis sur les touches d'une raquette de commande ou de son téléphone. C'est très pratique pour trouver des objets et dans certains cas, les raquettes peuvent donner des informations sur les objets que l'on observe. Les montures GOTO peuvent même proposer une fonction découverte qui permet de pointer successivement des objets du ciel opportuns à pointer au moment de l'observation. La précision de pointage de ce type de monture dépend de la qualité de l'étalonnage et de la qualité de la monture. Cela marche plutôt bien sous réserve de ne pas utiliser de trop longue focale.

Avantages :

• prix contenu
• encombrement,
• poids,
• simple d'utilisation,
• motorisation suffisante pour l'imagerie planétaire,
• idéal pour les tubes de poids modéré

Inconvénients:

• précision du pointage,
• vibrations,
• insuffisant pour l'imagerie du ciel profond

La monture Dobson

C'est une monture azimutale adaptée à un type de télescope: le télescope de Newton qui sera abordé plus tard dans cet article. Ce qu'il faut retenir c'est son histoire qui date des années 60/70. Monsieur Dobson qui était moine se dit après avoir poli un miroir de 12" depuis un hublot de bateau de la Navy et observé la Lune avec, que tout le monde devrait voir ça. Il crée une organisation: The San Fransisco Sidewalk Astronomers: littéralement les astronomes de trottoirs de San Francisco qui se met à proposer des télescopes à moindre coûts sur des montures simplissimes juste pour le plaisir du visuel. L'idée est de pouvoir disposer de la monture la plus simple pour porter le télescope le plus gros afin de permettre à l'astronome de voir le plus de choses.

Depuis quelques années on trouve des solutions de motorisation (table équatoriale, monture Dobson GOTO), ces motorisations ont un coût important voire très important mais permettent aux Dobson de sortir de leur cadre d'utilisation traditionnel: le visuel.

Avantages:

• prix
• simplicité
• permet l'imagerie planétaire si la monture est motorisée
• permet le Visuel Assisté si la monture est motorisée

Inconvénients:

• prix de la motorisation
• poids et encombrement
• ne permet pas de faire de la photographie de ciel profond en pose longue

La monture équatoriale motorisée

C'est la reine des montures pour l'astrophotographe, mais autant le dire tout de suite son prix est important et elle n'est absolument pas justifiée pour du visuel pur (quoique très confortable). Le principe est le suivant: On aligne l'axe de la monture avec l'axe de rotation de la Terre grâce à un viseur polaire (on appelle cela la mise en station), puis on dispose de deux mouvements: La Déclinaison et l'Ascension Droite. Avec ces deux axes de rotation et des cercles gradués, on peut pointer tous les astres visibles lors d'une séance et les retrouver facilement à l'aide d'une simple carte du ciel.  Théoriquement si la mise en station est parfaite, il suffit de pointer un astre et de bouger l'axe d'ascension droite de manière régulière pour garder l'objet dans l'oculaire toute la nuit, l'autre axe ne servant presqu'à rien. La motorisation consiste donc juste à un moteur pas à pas qui tourne au rythme de la rotation de la Terre sur l'ascension droite. La motorisation de l'axe de déclinaison n'étant là que pour rattraper les erreurs de mise en station. Ces montures sont extrêmement performantes car elles peuvent être asservies sur une étoile (autoguidage) pour assurer des poses longues en astrophotographie. Le seul défaut qu'elles ont est l'erreur périodique liée à de toutes petites imprécisions de la mécanique de motorisation qui font qu'elles se décalent légèrement périodiquement. Ce défaut est aisément corrigé par l'asservissement évoqué plus haut (autoguidage).

Une chose importante à savoir: La charge maximale indiquée par le fabricant est une charge utile pour du visuel pur. Pour pratiquer l'astrophotographie avec une bonne précision de suivi, il est recommandé de diviser systématiquement par 2 cette charge. Ainsi une monture qui annonce pouvoir porter une charge de 13kg sera adaptée pour porter des systèmes photographiques de 7kg environ avec précision. N'espérez pas plus. C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles les astrophotographes s'orientent sur des tubes légers de type lunette pour l'astrophotographie. 

Le prix (et le poids) d'une monture est exponentiellement proportionnel à la charge utile en astrophotographie. Les montures équatoriales sont donc les plus chères.

Outre la motorisation, les montures équatoriales proposent aujourd'hui presque toutes le système GOTO évoqué plus haut.

Avantages:

• suivi de la rotation de la Terre
• permet les poses longues
• stable et peu de vibrations

Inconvénients:

• prix
• le poids
• l'encombrement
• alignement polaire indispensable (même si ce n'est pas compliqué)
• mouvement contre intuitif pour les enfants

Faisons une première synthèse de ce qui a été dit pour les montures en fonction de cas d'utilisation typiques.

	Visuel Planétaire	Visuel Ciel Profond	Astrophotographie Planétaire	Astrophotographie Ciel Profond	Visuel Assisté
Azimutale	**	**	*	*	*
Alt-Az	***	***	**	*	**
Dobson	**	**	*	*	*
Dobson GOTO	***	***	**	*	**
Equatoriale GOTO	***	***	***	***	***

 

La lunette ou télescope réfracteur

La lunette est un instrument de choix pour l’astronome amateur, il est simple à utiliser, ne nécessite pas de collimation, et généralement propose de courtes focales pour ceux qui veulent observer/photographier les grands champs stellaires. C'est en effet l'un des instruments préférés des astrophotographes car c'est celui qui procure les images les plus contrastées. L'inconvénient est qu'a diamètre équivalent une bonne lentille est beaucoup plus coûteuse qu'un miroir.

La lunette est composée d’un élément de verre (lentille) que la lumière traverse et qui “focalise” le faisceau lumineux jusqu’à l’oculaire, au point focal.

Avantages:

• simplicité d'utilisation
• peu de réglages
• images très contrastées
• poids contenu
• idéal pour l'imagerie du ciel profond grand ou très grand champs (doublets ou lunettes apochromatiques)
• peut servir à l'observation de la nature si on s'équipe d'un redresseur terrestre

Inconvénients:

• prix élevés donc diamètre réduit (doublet et lunettes apochromatiques)
• faible focale ne permettant pas d'aborder la photographie planétaire dans les meilleures conditions

La lunette “simple”:

Les lois de l’optique et de la diffraction indiquent que le foyer d’une lentille en verre est différent en fonction de la longueur d’onde de la lumière. En d’autres termes, pour un faisceau de lumière blanche qui rentre par la lunette, la composante rouge ne se focalise pas au même endroit que la composante verte ou bleue. Les opticiens appellent ce phénomène l'aberration chromatique.

Les premiers prix sont souvent des verres simples et pour de courtes focales c’est un problème puisque l’on n’arrive pas à obtenir une image parfaitement nette dans le rouge et dans le bleu en même temps. Pour de longues focales (F/D 10) le problème est moins gênant car moins prononcé. Historiquement on trouvait donc sur le marché des lunettes rapport F/D proche de 10, aujourd'hui c'est un peu moins vrai et ce chiffre a tendance à ce rapprocher de 7 ou 8.

Le doublet, lunette ED

Pour compenser l’aberration chromatique, les opticiens ont inventé des formules à deux lentilles dont une est une lentille Extra low Dispersion (ED). Cette lentille, difficile à fabriquer, est coûteuse et peut être de différents types (nous ne rentrerons pas dans le détail mais c'est ici qu'on retrouve le FPL51, FPL53 ou encore FPL55). L’utilisation de ce verre, que l’on appelle verre de Crown (1) associé à un verre plus fin, le verre de Flint (2), permet de diminuer drastiquement les effets de l’aberration chromatique. Généralement seule la composante verte/bleue reste mal corrigée. C'est un instrument idéal pour aborder l'astrophotographie grand champs car relativement peut coûteux et la correction chromatique est suffisante pour commencer à obtenir de belles images.

Le doublet fluorite

Le doublet fluorite est un doublet comme les autres, c’est juste qu’il utilise un verre de Crown avec la plus faible dispersion chromatique possible. Ce verre n’en est pas un en réalité, il s’agit d’un cristal particulièrement difficile à travailler: La fluorite (ou fluorine) qui est composée de fluorure de calcium CaF2. Les fabricants n'utilisent pas le cristal naturel mais ils l'élèvent (oui on dit comme ça) de manière industrielle pour le travailler. Les verres au fluorite sont un peu plus fragiles que les verres "ordinaires" et sont notamment sensibles aux chocs thermiques.

On trouve dans cette catégorie principalement des lunettes de fabrication japonaise (il y a plusieurs marques). Mais l'excellente qualité de fabrication japonaise associée et l'élément coûteux qu’est la fluorite en font des lunettes très chères, mais presque totalement exemptes d’aberration chromatique.

Le triplet, ou lunette apochromatique ou APO

Heureusement il existe une solution moins coûteuse que l’emploi de la fluorine pour réduire l’aberration chromatique: L’emploi de trois lentilles dans ce qu’on appelle le triplet ou lunette apochromatique. Il n’est pas rare qu’entre les 3 lentilles faites de matériaux différents on trouve des liquides avec des propriétés optiques particulières dans le but de ramener le foyer de toutes les longueurs d’onde au même endroit. Il en résulte des images très nettes.

Ce sont les lunettes les plus chères, mais qui procurent avec les doublets fluorites les meilleures images. Toutefois elles sont plus lourdes que les doublets fluorites à cause de l’emploi de 3 éléments de verre.

Les variantes: quadruplet et quintuplet

Le chromatisme n’est pas le seul défaut des lunettes. Les lunettes souffrent d’un autre mal: le champ n’est plan que sur une portion de l’axe optique, les astronomes appellent cela la courbure de champs. Alors que cela ne pose pratiquement pas de problème à l’observateur visuel, le photographe peut se retrouver, s’il utilise un grand capteur, avec des étoiles étirées dans les coins. Pour corriger cela, il est possible d’utiliser un correcteur de champs qui est lui-même un doublet. Sur un quadruplet, le correcteur de champs est directement intégré dans le porte oculaire d’un doublet. Il y a alors 4 lentilles au total (Quadruplet). Pour un quintuplet, il est intégré dans le porte oculaire d’un triplet.

Évidemment cela a un coût certain. Ces solutions sont essentiellement dédiées aux astrophotographes qui peuvent choisir d’équiper à posteriori leur doublet ou triplet, mais qui se trouvent alors à devoir régler avec un très grande précision la distance du capteur de leur APN/caméra à l'arrière du correcteur pour obtenir l’image souhaitée, c'est le réglage du Back Focus. Sur un quadruplet ou un quintuplet, cette distance est préréglée et optimisée.

L'image ci-dessous montre l'emplacement dans le porte oculaire de l'élément correcteur de champs qui est un petit doublet en lui même

Le carbone

Lorsqu'on observe, il est fréquent que la température change au cours de la nuit. La plupart des tubes sont en aluminium. Ce matériau a un coefficient de dilatation important. Donc lorsque la température change de plus de 5°C, la mise au point change aussi. Pour un observateur visuel, cela n’a pas beaucoup d’importance, mais pour un astrophotographe qui vise la même cible toute une nuit sans toucher sa mise au point, les photos prises en fin de séance risquent bien de ne plus être au point du tout. Il est possible actuellement de corriger ce problème avec des moteurs de mise au point qui détectent les changements de température et corrigent tout seul la mise au point, mais l’une des solutions les plus efficaces reste encore d’utiliser le carbone en lieu et place de l'aluminium pour le corps du tube. Le carbone a un coefficient de dilatation beaucoup plus faible que l’aluminium (10 fois plus faible environ) et les corrections à apporter à la mise au point sont négligeables.

Les autres intérêts du carbone sont la rigidité (si le tube est long) et la légèreté permettant de soulager la monture. Évidemment le carbone coûte bien plus cher que l’aluminium.

La mise au point

Un autre point important est la mise au point et le porte oculaire en particulier. Il est souvent proposé des mises au point démultipliées au 1:10 ou 1:7 qui permettent de trouver avec plus de précision le point focal de l’instrument. Bien que destiné plutôt aux astrophotographes, je dois admettre que c’est quand même bien pratique aussi en visuel pur. Outre la démultiplication un bon porte oculaire permet aussi de maintenir de lourdes charges sans bouger, tout en pointant au zénith et disposent d'un mécanisme de verrouillage qui ne modifient pas la mise au point. Un porte oculaire peut être constitué d’un rail à crémaillère ou bien d’un dispositif Crayford. Le second est constitué d’une plaque qui roule sur des rouleaux, et est beaucoup plus agréable, précis et souple à utiliser.

Enfin d'autres options existent comme la possibilité de visser un filtre, ou de l’insérer dans le chemin optique, de faire tourner le porte oculaire autour de l’axe optique (bien pratique pour le cadrage). 

Outre le mécanisme de mise au point, on trouve des portes oculaires au coulant 31,75mm (1,25”) dédiés à porter des oculaires de même taille exclusivement et des portes oculaires au format 50,80mm (2”) avec une bague de réduction pour pouvoir utiliser des oculaires 1,25” et 2”. Ces derniers sont également intéressants en photographie car permettent généralement d’avoir des champs plus larges (sous réserve d’utiliser le capteur ad’hoc). La plupart des fournisseurs proposent actuellement des portes oculaires 2” de série, voire même plus gros, à part quelques marques notamment japonaises qui équipent leur lunette avec des portes oculaires de série en 31,75mm.

C’est donc ainsi que l’on peut trouver des lunettes de 80mm à 100€ seulement ou à 1500€, voire plus. A cela peuvent s’ajouter des accessoires additionnels (collier, chercheur, masque de Bathinov, oculaires, renvois coudés) qui en fonction de leur qualité viendront également gonfler la note.

Le télescope de newton

Le Newton est un autre télescope de choix, il est peu coûteux par rapport à une lunette et propose des diamètres plus importants. C’est un télescope globalement plus polyvalent que la lunette, parfaitement utilisable par un débutant, mais qui nécessite d'être collimaté régulièrement. Les néophytes s'en font souvent une montagne mais la collimation est une opération très simple qui peut se faire de nuit sur une étoile ou de jour avec un laser de collimation et qui consiste à aligner tous les éléments sur l'axe optique à l'aide de 3 vis sur le miroir secondaire et de 3 ou 6 vis sur le miroir secondaire (Il existe de très bons tutoriaux pour cette opération). On peut l’utiliser sur une monture équatoriale ou sur une monture de type Dobson, l'intérêt étant alors d'acheter un plus gros diamètre pour le même prix. Il faut toutefois bien choisir son tube afin de pouvoir profiter au maximum de son instrument. Le télescope de Newton est constitué d’un miroir primaire de forme sphérique ou parabolique qui capte la lumière et qui fait son diamètre. Cet élément réflecteur focalise le flux lumineux en direction d’un miroir secondaire plan, incliné vers le porte oculaire. Comme le tube est ouvert, sa mise en température est plus rapide que sur une lunette ou un Schmidt Cassegrain.

L'un des seuls défaut optique est la coma qui déforme les images dans les coins. Ce n'est pas vraiment gênant en visuel, mais ça l'est en astrophotographie. C'est pourquoi l'emploi d'un correcteur de coma qui se place sur le porte oculaire est indispensable en astrophotographie.

Avantages:

• prix
• diamètre important
• polyvalence
• mise en température rapide

Inconvénients:

• collimation
• encombrement
• poids
• coma

La forme du miroir

Les miroirs les plus faciles à fabriquer, et donc les moins chers, sont les miroirs sphériques. Seulement le problème des miroirs sphériques c’est qu'ils ne concentrent pas la lumière en un point focal unique Pour des instruments de petits diamètres (jusqu'à 130mm) c’est parfaitement acceptable puisque la parabole ou la sphère sont confondus. Toutefois pour les diamètres supérieurs à 130mm les miroirs sphériques ne procurent pas de bonnes images. Il faut utiliser des miroirs paraboliques, plus compliqués à polir. Plus le diamètre est grand, plus la parabolisation est importante et plus elle est difficile à obtenir. Ce qui explique en partie le coût des miroirs de gros diamètres.

Au-delà de la forme générale, les miroirs industriels sont parfois “sous-parabolisés” ou “sur-parabolisés”, avec des bords rabattus ou de grosses bosses...Ces anomalies ne sont pas visibles à l'œil nu, mais visibles lorsqu'on réalise un test de Foucault. Certains vendeurs contrôlent ces miroirs avant de les expédier chez le client et fournissent un rapport de test. Cela a un coût certain, mais c’est important puisque c’est la garantie que votre miroir est de bonne qualité. 

Rassurez-vous toutefois, les miroirs industriels ont aujourd’hui un processus de fabrication et de polissage bien maîtrisé et il est particulièrement rare aujourd’hui de trouver des miroirs avec de grosses anomalies.

L’état de surface

Nous venons d’évoquer la forme générale du miroir, abordons à présent son état de surface. Comprenons: La façon dont le miroir est lisse. Cela se passe à présent au niveau microscopique. 

Lord Rayleigh a dit qu’une image de diffraction était obtenue si et seulement si l’objectif d’une lunette ou d’un télescope produit des sphères d’onde lumineuse espacées au maximum de Lambda/4.

Lambda étant la longueur d’onde de la lumière incidente. 560nm pour la couleur jaune par exemple.

L’image de diffraction garantit la résolution de votre instrument.

Ce critère n’est pas le même pour le rouge que pour le bleu. Pour comprendre ce critère, j’utilise un petit schéma tiré de l’excellent site de Serge Bertorello http://serge.bertorello.free.fr/.

La figure ci-dessus illustre le front d’onde traversant un objectif ayant un défaut de Lambda/4. On voit clairement que le front d’onde résultant est altéré, mais pas suffisamment pour empêcher l’image de diffraction de se produire. 

Si le défaut sur la lentille avait été plus important que Lambda/4, l’image de diffraction de l’étoile serait altérée.

Seulement voilà: Si on prend la longueur d’onde du jaune (valeur communément admise pour ce critère), la valeur est de 560nm. Ce qui revient à dire que le plus petit défaut doit être inférieur à 140nm. Autant dire que c’est infime.

Et puis ce critère est valable pour le jaune, mais le bleu profond a une longueur d’onde de 450nm. Le critère tombe donc à 112nm. Un télescope aura donc des performances moindres dans le bleu que dans le jaune.

Lorsque l’on achète un miroir industriel, ce dernier est garantit "diffraction limited”, ce qui signifie que son fabricant garantit que l’image de diffraction est obtenue. C’est un critère assez relatif finalement puisque votre miroir peut aussi bien être à lambda/4 que lambda/16. Mais c'est un minimum.

Pour obtenir de meilleures images, il est recommandé d'acquérir des miroirs avec une meilleure finition de leur état de surface. Vous l’avez compris. 140 nm c’est très très peu (800 fois plus fin qu’un cheveu), donc obtenir mieux que cela revient bien évidemment plus cher. Mais c’est important. Certains fabricants proposent l’option, d’autres non et c’est pourquoi les amateurs avertis se tournent vers des artisans pour l’obtention d’un miroir de qualité. L’image ci-dessous tirée du site d’un fabricant de télescope illustre la différence sur Saturne entre des miroirs polis à Lambda/4, Lambda/6,  Lambda/8 et  Lambda/10. Personnellement, je trouve cette illustration du constructeur un peu exagérée, mais l’idée est là quand même.

Le traitement de surface et réflectivité

Dans un télescope de newton, il y a deux miroirs. La réflectivité courante d’un miroir industriel est d’environ 93%. Ceci signifie que 93% de la lumière qui atteint le miroir est réfléchie, le reste est perdu. Or sur un télescope de newton, nous avons 2 miroirs. Donc la réflectivité totale (on peut parler de rendement) est de 86%. Sur des miroirs industriels on perd donc 14% de la lumière. Ce n’est pas rien!

Certaines optiques sont traitées et aluminées avec des réflectivités à 96%, voire 99% dans de rares cas. 96% est une réflectivité courante pour des miroirs artisanaux ou industriels de bonne qualité. Le rendement passe alors à 92%. C’est nettement mieux, mais c’est plus cher. Évidemment.

Ensuite, il faut savoir que l’aluminure a une durée de vie allant de 10 à 30 ans. Certains traitements de surface permettent de garder une aluminure avec un taux de réflectivité optimal plus longtemps. On trouve le traitement au SiO2 qui est un standard même industriel, mais aussi ZrO2, ou des traitements hydrophobes rendant les miroirs moins sensibles à la corrosion.

Le barillet

Un miroir c’est lourd, et plus le diamètre est important, plus il sera lourd. Ce miroir sera posé dans le fond du télescope dans une cellule qui permet grâce à un système de vis de le collimater. On appelle cette cellule, le barillet. Le télescope repose dans cette cellule sur trois points de contact. C’est un barillet à 3 points. Pour des miroirs de moins de 200mm qui ont une épaisseur de 30mm environ, cela ne pose “pas trop” de problème. Pour les miroirs plus grands, malheureusement pour des raisons évidentes de poids, l’épaisseur n’est pas forcément plus grande. Le miroir peut alors plier littéralement sous son propre poids, à l’échelle microscopique tout de même. Mais souvenez vous plus haut lorsque nous évoquions l’état de surface et les 140nm pour atteindre le Lambda/4. Eh bien sachez que malheureusement pour des miroirs de plus de 300mm s’ils font 30mm d’épaisseur, ces miroirs se plient dans des proportions proches des 35nm. Il est inutile donc d’avoir un miroir poli à Lambda/20 si on dispose d’un tel barillet! 

Voici un exemple d’un barillet 3 points.

Quelle solution? Multiplier le nombre de points de contact du miroir dans son barillet en les positionnant astucieusement sous le miroir (pas sur les bords). En procédant ainsi, on diminue l’effet du poids du miroir sur sa déformation. Un classique dans le commerce c’est le barillet neuf points:

On peut même pousser plus loin en utilisant 18 points de contact:

Il existe un logiciel qui permet de dimensionner un barillet en fonction de la taille, l’épaisseur et le matériau d’un miroir. Ce logiciel s’appelle PLOP et simule la déformation du miroir et la quantifie. L’idée n’est pas de l’utiliser pour savoir quel télescope acheter, mais juste de vous illustrer la différence entre plusieurs types de barillets grâce à un simulation trouvée dans une discussion du forum https://www.webastro.net

Les valeurs sont données en mm et il est intéressant de regarder la valeur du P/V (Peak to Valley). C’est l’écart maximal entre le creux et le sommet de la déformation.

Pour le barillet 3 points, on est à 2.85x10e-5mm soit 28.5nm ce qui correspond à lambda/16. C’est déjà bien. Mais si le miroir est poli à Lambda/20 c’est insuffisant! Un barillet 6 points sera nettement plus adapté. Notez aussi comment finalement le barillet 9 points semble moins bien faire le travail que le barillet 6 points… Bref, tout est histoire de conception. Mais un bon barillet est important pour celui qui souhaite tirer le meilleur de son miroir.

Le ventilateur de mise en température

Sous le barillet on trouve parfois un petit ventilateur qui aide à la mise en température du télescope. Il est dit qu’il permet de diminuer de moitié le temps de mise en température. Je suis sceptique. Pour qu’il soit efficace, il faut que la circulation d’air soit possible. Généralement c’est un faible surcoût, et si le télescope que l’on achète dispose d’un barillet neuf points, il y a de fortes chances pour que le ventilateur soit livré avec.

Le carbone

Comme pour une lunette, il est possible d’obtenir un corps en carbone. A mon sens c’est encore plus important que pour une lunette.

Les raisons sont les mêmes, mais le tube étant drastiquement plus long, la dilatation totale d’un tube aluminium sera plus grande éloignant alors le primaire du secondaire et changeant la mise au point au cours d’une nuit froide. 

Le tube carbone sera également plus léger, ce qui est mieux pour la monture et plus rigide permettant d’assurer que quelque soit sa position il ne ploie pas sous le poids de l’oculaire ce qui modifierait la collimation et les réglages. C’est assez cher par contre (comme toujours).

La mise au point et le porte oculaire

On retrouve les mêmes arguments que pour une lunette. Le choix d’un porte oculaire se fait sur les oculaires qu’il peut accepter (1,25” ou 2”), sur le mécanisme (à crémaillère ou Crayford) sur le poids qu’il peut soutenir, sur la présence ou non d’une démultiplication, etc…

D’autres éléments peuvent entrer en compte (les anneaux, une araignée en carbone, une platine de fixation Losmandy ou Vixen…)

Comme pour les lunettes, on y ajoutera des accessoires (oculaires, laser de collimation, bande chauffante pour secondaire, vis de réglage du secondaire moletées…) qui feront qu’un télescope de newton de 200/800 peut aussi bien coûter 650€ que 1500€ voire plus.

Le Catadrioptique

La définition selon wikipedia du mot objectif catadrioptique est que c'est un objectif qui utilise à la fois des lentilles et des miroirs. On combine donc le meilleur des deux mondes (simplicité d'emploi, faible encombrement, polyvalence) avec le pire des deux mondes (pauvre performance dans le bleu, poids). Ils permettent en revanche d'atteindre de très longues focales ce qui les rends particulièrement intéressants pour l'observation et l'imagerie lunaire ou planétaire. Il existe de nombreuse formules optiques mais je n'en présenterai que deux qui sont les plus couramment utilisées et les plus démocratisées.

Le Schmidt Cassegrain (SCT)

Les rayons traversent une lame en verre que l'on appelle lame de Schmidt, et atteignent un miroir sphérique (voir dans la section du newton la différence entre le miroir sphérique et parabolique), sont reflétés vers l'avant du tube jusqu'au miroir secondaire convexe et de forme sphérique aussi. L'association des ces deux miroirs, multiplie la focale totale de l'instrument. Comme le miroir primaire est sphérique il est important de corriger en amont, c'est le rôle de la lame de Schmidt qui a une forme très singulière. L'image ci-dessous illustre bien son rôle. 

Les principaux inconvénients de ces tubes sont la durée de mise en température, comme le tube est fermé, il peut être difficile d'évacuer l'air chaud (il existe des systèmes avec des ventilateurs), et la buée plus ou moins liée d'ailleurs au premier problème. Ces tubes prennent très rapidement la buée dans des conditions d'humidité moyenne. C'est pourquoi il est indispensable d'associé au moins un pare buée souple voire une bande chauffante.

Ces tubes très populaires grâce à leur bonne portabilité et polyvalence souffrent de quelques défaut optiques dont la coma (comme le newton) et d'un champ qui n'est pas parfaitement plan.

Les deux principaux fabricants de ces tubes ont des solutions pour ces deux problèmes: l'insertion tout les quadruplets et quintuplets évoqués plus haut d'un élément correcteurs qui aplanit le champs et supprime la coma. C'est absolument redoutable mais c'est très cher.

Il existe comme pour les newton et les lunettes des variantes avec un corps en carbone qui apportent les même avantages, mais qui gonflent les prix.

L'un des autres problèmes du Schmidt Cassegrain est la taille du miroir secondaire qui engendre une obstruction du tube d'environ 34%, ce qui est conséquent. Un optique obstruée ne réduit pas énormément les performances en ciel profond car la surface perdue est faible, mais diminue de manière assez conséquente le contraste, notamment sur les planètes. Cette aberration s'appelle le sphérochromatisme.

En outre, La collimation est particulièrement importante pour ces télescopes et est malheureusement trop souvent négligée. Elle s'effectue grâce à trois vis sur le miroir secondaire. A cause de la sphéricité de celui-ci l'opération bien que pas vraiment compliquée doit être plus précise que sur un newton. Alors que le huitième de tour est suffisant sur le télescope de Newton, ici on doit être deux fois plus précis. 

Enfin pour la mise au point, il est nécessaire d'agir sur un vis sans fin à l'extérieur du tube qui fait coulisser l'ensemble de miroir primaire vers l'avant ou vers l'arrière. A cause du jeu de construction, le déplacement n'est pas parfaitement linéaire et peut changer légèrement et le cadrage de l'objet dans l'oculaire et très légèrement la collimation. C'est le Shifting.

Avantages:

• compacité
• polyvalence
• performant en planétaire
• performant en Astrophotographie du ciel profond (pour les versions améliorées avec le correcteur intégré)

Inconvénients:

• prix (surtout les pour les versions améliorées)
• la coma (si non amélioré)
• la courbure de champs (si non amélioré)
• l'obstruction importante qui génère du sphérochromatisme et une perte de contraste
• collimation plus délicate que sur un Newton
• Shifting

Le Maksutov Cassegrain (Mak)

Le Maksutov Cassegrain, ou Mak pour les intimes est très similaire au Schmidt Cassegrain. Sa différence fondamentale est lié à la lame de fermeture qui n'en est pas une. Il s'agit d'un ménisque de Maksutov. Ce ménisque est sphérique, tout comme le miroir primaire et le miroir secondaire qui est tout simplement une aluminisation d'une partie interne du ménisque. Comme tous les éléments sont sphériques, tout est industrialisable facilement et dans une bonne qualité, surtout le ménisque qui bien que plus lourd qu'une lame de Schmidt est beaucoup moins cher. Il en résulte des instruments de bonne à très bonne qualité (y compris de manière industrielle). 

Les Maksutov Cassegrain sont plus longs à mettre en température (le ménisque est assez épais), mais il ne produit presque pas de shifting et propose généralement des focales plus élevées que les Schmidt Cassegrain. Il ne souffre ni de coma, ni de chromatisme. Ca en fait l'un des meilleurs instruments pour l'observation et l'imagerie planétaire. En plus, le miroir secondaire étant directement déposé sur le ménisque. Ce télescope ne nécessite presqu'aucune collimation. Enfin l'obstruction étant plus faible, l'image sera plus contrasté que sur un Schmidt Cassegrain.

Avantages:

• prix
• qualité optique
• performance en planétaire
• pas de collimation
• moins de sphérochromatisme qu'un SCT

Inconvénients:

• poids
• durée de la mise en température
• sa longue focale le rend peu adapté à l'imagerie du ciel profond

Conclusion

Sans avoir été exhaustif, j’espère que ce document vous permet d’y voir un peu plus clair sur les différentes formules optiques et de comprendre un peu mieux le jargon des astronomes. Normalement vous devriez comprendre à présent pourquoi une lunette apochromatique est idéale pour l'astrophotographie grand champs, qu'un Dobson est idéal pour du visuel. Comprendre aussi pourquoi certains ne jurent que par des miroirs artisanaux et que pour l'imagerie planétaire l'idéal est un gros Maksutov.

Je me jette dans l'exercice du tableau comparatif, mais attention pour cet exercice je pars du principe que l'on dispose d'un budget de 2000€ environ(c'est purement indicatif). Je donne alors une indication du diamètre accessible pour ce prix et une note sur 5 étoiles. 

	visuel planétaire	visuel ciel profond	imagerie planétaire	imagerie ciel profond	visuel assisté
lunette sur monture azimutale (150mm)	***	***	*	*	*
doublet sur monture équatoriale (100mm)	**	**	**	****	***
lunette apochromatique sur monture équatoriale (80mm)	*	**	**	*****	*****
Newton sur monture équatoriale (200mm)	***	***	***	****	*****
Dobson (350mm)	*****	*****	*	*	*
Dobson artisan (200mm)	****	****	*	*	*
Dobson Goto (250mm)	****	****	****	**	****
Schmidt Cassegrain sur équatoriale (200mm)	***	***	***	***	**
Masutov sur Alt-Az (180mm)	****	**	****	*	*
Maksutov sur Equatoriale (180mm)	****	**	****	*	*

 

Vous constatez à présent qu'il n'existe aucun instrument parfait, mais plutôt des instruments pour chaque domaine. Enfin si nous n'avions pas eu de budget max, nous aurions pu évaluer un newton d'artisan de 300mm très allégé sur une monture équatoriale, un gros triplet de 150mm, ou encore un Makstov de 250mm. Mais il faut savoir se limiter. Si vous pratiquez l’astronomie en dilettante ce n’est pas la peine d’opter pour un télescope de newton en carbone avec un miroir d’artisan. Honnêtement les télescopes industriels sont déjà très très bien! De même si vous souhaitez opter pour une lunette et ne faire que du visuel, vous n’avez pas besoin d’un triplet! Un doublet suffira largement et vous permettra d'opter pour un plus grand diamètre. Gardez aussi votre argent pour les accessoires. De bons oculaires sont au moins aussi importants qu’un bon instrument!

Je terminerai en disant qu'il existe d'autres formules dédiées à des domaines précis: le Dall Kirham par exemple qui est probablement le meilleur en imagerie planétaire, ou le Richtey Chrétien qui est idéal pour l'imagerie en ciel profond de petits objets et encore d'autres dédiés à l'observation et l'imagerie du Soleil. Bref l'astronomie c'est un vaste sujet...

Pour allez plus loin...

Le débutant peut s'arreter ici s'il le souhaite puisque le reste n'est que discussion ouverte, théorie.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les différentes formules optiques, je ne peux que vous recommander cette lecture (en anglais) qui est excellente: https://www.handprint.com/ASTRO/ae2.html

et celle-ci en français: http://astrosurf.com/laurent/magnitude.htm qui bien que purement théorique donne de très bonnes notions de la qualité optique des instruments. On y trouve notamment un tableau en fin d'article que j'aime beaucoup et qui classe les instruments en fonction de leur performance en ciel profond et en planétaire. Je me permets de le reprendre ici pour en discuter un peu avec vous quitte à lancer un pavé dans la marre.

Dans les colonnes en blanc on trouve des règles de calculs qui se basent sur la formule optique (nombre d'élements reflecteur, nombre de lentilles, obstruction) ainsi que des postulats sur la qualité optique, le taux de transmission dans le verre et la réflectivité. Dans les colonnes de droite, on retrouve des magnitudes limites calculées qui sont bien différentes de celles données par le contructeur (première colonne blanche à gauche). Enfin la colonne la plus à droite donne une grandeur qui pourrait correspondre à un diamètre équivalent si l'optique était parfaite (une sorte de diamètre utile).

Si on classe ce tableau de différentes manières on obtient un classement par performance en ciel profond:

En gros, l'analyse de ce tableau montre que l'on ne peut que confirmer la supériorité du diamètre par rapport à la formule optique pour les performances en ciel profond (à part quelques exceptions).

Ou un classement par performance en planétaire:

Par contre, on a quelques surprises sur ce tableau...

Bien sur ces tableaux ne sont que purement théorique et ne tiennent pas compte de tout, mais une première lecture, montrent que finalement les newtons sont excellents et meilleurs que les SCT en planétaire grâce à un moindre nombre d'élements dans le chemin optique et un obstruction moindre. On voit sans surprise que les APO sont les meilleures en presque tout, mais que leur seule limite est le diamètre. Bref, à titre purement personnel cela confirme mon choix d'un newton 250/F5 par rapport à un C11 pour de l'imagerie planétaire.

 

Bertrand POLLET

Modifié 25 novembre 2022 par bpollet

[polorider]

Et ben sacré boulot, merci pour le partage. Comme tu dis ça peut servir 

Je m'interroge un peu sur le premier tableau 

il y a une heure, bpollet a dit :

très bon tableau tiré du site d’Optique Unterlinden.

Il nous donne tout un panel de formule optique et en plein milieu, comme un cheveu sur la soupe, il nous parle de "Dobson" qui n'est pas une formule optique mais un type de monture   Comprends pas... Quel rapport avec les formules optiques? Je vais voir ça avec OU 

  

[bpollet]

il y a 13 minutes, polorider a dit :

Dobson" qui n'est pas une formule optique mais un type de monture  

Oui je suis bien d'accord avec toi...

[Alhajoth]

Beau boulot, effectivement.

 

Je voudrais également faire une présentation sur les différentes formules optiques, mais je bute sur les illustrations.
impossible de trouver une source avec un schéma pour chaque type de tube...

[bpollet]

Après tu me dis. Si on peut faire un post commun utile à la communauté avec en 1) la présentation des formules optiques et en 2) la présentation des options ça peut être intéressant... Ce serait très complémentaire

[bpollet]

@Alhajoth@polorider@franck04000@Elgood@Kovas@keymlinux@manu69@macfly51

Merci pour vos retours.

 

Grâce à vous, j'ai complètement revu l'article, il à présent BEAUCOUP plus complet. voir post d'origine

 

Vous pouvez le retrouver avec une meilleure mise en page ici:

https://clubcassini.fr/pour-demarrer-lastro/debuter-lastronomie/acheter-son-materiel-d-astronomie-sy-retrouver-dans-la-jungle-des-prix-et-le-jargon-technique-des-astronomes

 

@Modération je ne sais pas pas si c'est la meilleure place ici, sur le forum débutant, et je crains qu'il ne se perde vite dans les méandres du forum.

 

Bertrand

Modifié 25 novembre 2022 par bpollet

[bou-fon]

vraiment top

 

beau boulot 

[bpollet]

oupps doublon désolé

Modifié 25 novembre 2022 par bpollet