© Ciel Extrême, 1998
LA SAGA DES FILTRES
à dérouler vers le bas

 © Yann POTHIER, 2000.
  article paru dans Ciel Extrême n°9-11-12-13


I - comment ça marche ?


L'idée de filtrer la lumière (et donc d'en prélever une partie) peut paraître contradictoire à celui qui conçoit l'observation du ciel profond comme une soif inextinguible de lumière et une quête infinie de photons... Pourtant, depuis toujours les astronomes professionnels utilisent des filtres pour analyser la lumière qu'ils reçoivent et donc les amateurs ont progressivement appris à les utiliser en ce qui concerne le Soleil, la Lune et les surfaces planétaires. Ainsi, il était logique qu'on en vienne à envisager l'utilisation de filtres pour l'observation visuelle du ciel profond: et quelle évolution depuis! Nombres d'observations jugées impensables auparavant sont désormais possibles grâce à l'usage de petites rondelles de verre teinté: nous allons voir sur plusieurs articles comment et pourquoi...

Dès qu'il s'agit de lumière et encore plus de couleur, on en vient tôt ou tard à parler de filtre. Le principe reste assez simple et est bien illustré par les schémas ci-dessous. En fait, le filtre retient une partie de la lumière en quantité et/ou en qualité.

Les filtres gris ou neutres transforment la quantité de lumière, c'est-à-dire qu'ils atténuent par leur opacité la lumière blanche qu'ils laissent passer selon leur spécificité propre. Par exemple, on peut considérer que sur le schéma ci-dessous, le filtre en question ne laisse passer que 50% de la lumière. Ces filtres servent principalement pour l'observation solaire ou lunaire et ainsi n'intéressent pas l'observateur du ciel profond.


Principe général du filtrage neutre.


Une autre manière d'atténuer la lumière consiste à employer deux filtres polarisants, l'un derrière l'autre et d'utiliser leur vectorisation de la lumière pour, en jouant sur leurs orientations réciproques, choisir une quantité de lumière donnée...


Filtres colorés: il en existe toute une gamme dont nous verrons que certains peuvent servir dans l'observation visuelle du ciel profond.


Les filtres couleurs ou colorés dénaturent la "qualité" de la lumière, c'est-à-dire qu'ils filtrent certaines couleurs pour n'en laisser passer que d'autres. Par exemple, un filtre vert (à la couleur verte) absorbe le rouge et le bleu, mais laisse passer le vert. Ces filtres présentent un intérêt limité en Ciel Profond car l'observateur perçoit rarement des couleurs, mais nous découvrirons prochainement qu'ils peuvent néanmoins servir.


Exemple du fonctionnement d'un filtre coloré.


Voici quelques années déjà que les filtres interférentiels ont fait leur apparition sur le marché astronomique et ils sont très en vogue chez les observateurs expérimentés. Il faut cependant se rappeler que l'usage des filtres dans les années 70 se limitait aux filtres Kodak colorés dans l'observation planétaire. Actuellement, on ne conçoit plus une observation de nébuleuse gazeuse sans l'aide de ces précieux auxiliaires observationnels qui coûtent autant qu'un bon oculaire.

Le crédit de la relance de leur utilisation revient en grande partie à WOODS et MARLING. Del WOODS de Daystar Corp. a fabriqué le premier filtre à rejet de pollution lumineuse vers 1970 et Jack MARLING de la firme Lumicon (USA) a commencé à produire des filtres de bonne qualité sur une grande échelle et populariser leur utilisation à partir de 1979.

Un filtre interférentiel (type FABRY-PÉROT, les concepteurs) est constitué de ce qui apparaît être du verre teinté, mais qui est en fait une succession de couches diélectrique aux indices de réfraction différents posées sur une fine plaque de verre. Ces films aux indices de réfraction différents et épais de quelques milliers d'angströems sont conçus pour arrêter certaines longueurs d'onde et sont plus ou moins sélectifs, c'est-à-dire que le domaine du spectre qu'ils laissent passer est plus ou moins grand.


Filtres à large bande de chez Meade® on retrouve le "petit" pour oculaire ø31.75mm, le "grand" pour oculaire ø50.8mm et l'autre "grand" destiné à être vissé directement derrière un "Schmidt-Cassegrain". Ce dernier est d'un intérêt pratique discutable puisque l'enlever est une opération compliquée et qu'il faut bien se résoudre à le laisser en place même si l'objet observé ne s'y prète pas (un galaxie pour un filtre à nébuleuse par exemple): c'est pourquoi il est à déconseillé.


Le principe de ces filtres visuels est simple: certains objets astronomiques (les nébuleuses gazeuses et planétaires notamment) rayonnent dans des régions bien particulières et assez localisées du spectre lumineux (raies d'émission), certaines nébuleuses sont plutôt vertes et d'autres plutôt rouges. Le filtre à nébuleuse est étudié pour ne laisser passer que les rayonnements des nébuleuses, alors que les rayonnements parasites, comme ceux (faibles) du fond de ciel ou ceux (forts) de la pollution lumineuse, sont repoussés.

Pratiquement, lors d'une observation de nébuleuse sans filtre, elle peut éventuellement apparaître très faible car ses rayons se mélangent aux rayons parasites de multiples sources (haute atmosphère fluorescente, cirrus, éclairage urbain, etc....). Avec le filtre, la nébuleuse apparaît "plus brillante" car le fond de ciel est bien noir. Attention, le filtre ne rend pas la nébuleuse plus brillante dans l'absolu puisqu'il absorbe en fait 0.1 à 0.2 magnitude, il augmente simplement le contraste de la nébuleuse par rapport au fond de ciel, lequel diminue beaucoup (de 4 à 8 magnitudes !): c'est une simple augmentation du contraste...


Principe théorique et illustration observationnelle de l'utilisation d'un filtre interférentiel.


Attention toutefois à ne pas idéaliser ces filtres: l'augmentation de contraste qu'ils occasionnent est minime pour le néophyte ou même pour l'averti qui les utilise pour la première fois. Ce n'est qu'avec une utilisation soutenue et cohérente que l'on commence à en apprécier les effets. Comme pour tous les dispositifs instrumentaux, les filtres ne sont valables que s'ils sont utilisés par un observateur compétent et objectif, au fait de leurs performances réelles. L'on veillera donc à rester neutre avant une première observation filtrée: apprécier l'effet des filtres (faibles mais réels) est une habituation progressive...


Principe du vissage du filtre dans le pas de vis de l'oculaire, opération parfois périlleuse dans l'obscurité... (pas de vis du filtre en rouge).


Les filtres se fixent par vissage juste devant l'oculaire. Ils existent parfois au ø24.5mm, mais sont surtout répandus en ø31.75mm et en ø50.8mm (2"). Les possesseurs de "Schmidt-Cassegrain" peuvent également choisir dans les grandes marques (Meade, Celestron, Lumicon) un modèle qui se fixe directement derrière l'instrument, avant le renvoi coudé. Ce dernier artifice n'est cependant pas recommandé pour des raisons pratiques (complications pour enlever et remettre le filtre si l'on n'observe pas un type d'objet adapté au filtre considéré).

L'inconvénient principal de ces systèmes à vissage réside dans les changements répétés de configuration oculaire+filtre, qui deviennent longs et fatiguants. On peut résoudre partiellement le problème en achetant un porte-filtre "tourelle" pour la photo ou l'imagerie CCD (SBIG, etc.), mais également pour l'observation visuelle (Lumicon, AstroSystems). Bien sûr, l'amateur bricoleur peut installer son propre porte-filtre, tourelle, et de nombreux bricolages permettent d'en concevoir un à peu de frais (un exemple sera bientôt proposé sur ce site).


Porte-filtre ø31.75mm Lumicon® en haut et porte-filtre ø50.8mm AstroSystems® en bas


Parmi les deux portes-filtres présentés ici, celui de Lumicon implique de disposer d'un bon recul du porte-oculaire pour que l'oculaire puisse encore avoir accès au plan focal (à vérifier pour les Newtons "courts"). Lumicon vend cependant une lentille de barlow 1.5x spécialement étudiée pour résoudre ce problème.

Le séquençage des fines couches diélectriques des filtres interférentiels est calculé très précisément et seulement pour des rayons lumineux aux incidences perpendiculaires. Il faut absolument que le filtre demeure rigoureusement perpendiculaire au faisceau lumineux instrumental pendant l'observation sous peine de voir sa bande passante déplacée. Dans des cas de bandes passantes étroites (ex: Oxygen III, Hydrogen ß, etc.), la nébuleuse peut devenir invisible à cause d'une inclinaison trop forte du filtre...


Effet de l'inclinaison sur le filtre "Hydrogen Beta" de Lumicon; la courbe pleine indique la transmission d'un filtre perpendiculaire et celle en pointillé, la transmission du filtre incliné de 20°, les ordonnées indiquent la perte de luminosité en magnitude. Dans ce cas, la portion du spectre sélectionnée n'est plus du tout la même et on perd 1 à 2 magnitudes sur le flux Hbeta. Cette courbe est tirée de "Visual Astronomy of the Deep Sky", R. CLARK, éd. Cambridge University Press (voir CE n°2 à propos de cet ouvrage).


Aussi, lors d'utilisation de filtres interférentiels très sélectifs combinés à des oculaires grand champ (Erflé, SWA, UWA ou Nagler) pour repérer des objets en passant alternativement le filtre entre l'oculaire et l'oeil, il arrive qu'on ne puisse détecter un objet situé sur les bords. En effet, l'incidence des rayons étant grande (entre 30 et 40°) vers les bords de ces oculaires, la bande passante peut être décalée et ne pas sélectionner correctement les raies de l'objet... Ainsi, on aura un affaiblissement des objets (dans ces cas-là) vers les bords du champ apparent.


II - Les filtres "anti-pollution"


Il existe plusieurs types de filtres interférentiels que l'on peut séparer en deux catégories principales: les filtres à rejet de pollution lumineuse et les filtres interférentiels spécifiques. Nous étudierons les seconds plus loin et nous attacherons ici aux premiers, lesquels visent à réduire les effets des lumières parasites des villes.

Ces filtres "anti-pollution" ont été conçus dans le but d'éliminer, autant que faire se peut, les rayonnements parasites urbains occasionnés principalement par l'éclairage public. Sans entrer dans le détail, il faut simplement savoir que les divers lampadaires (blancs à vapeurs de mercure et à iodures métalliques et jaunes à vapeurs de sodium) provoquent un fond de ciel lumineux "jaune-orangé" qui a l'allure spectrale donnée par la figure 1.

Pour témoigner de la valeur d'un filtre anti-pollution, il suffit que sa transmission soit la plus faible possible vers les pics de la courbe précédente. En fait, nous verrons après avoir élu les meilleurs filtres d'après ces critères, qu'en toute rigueur l'alchimie de l'observation en milieu urbain est beaucoup plus compliquée...

Il va sans dire que ces filtres à rejet de pollution lumineuse sont relativement inutiles en pleine campagne ou dans tous les sites protégés aux cieux purs: leur utilisation n'apportant qu'un gain de contraste théorique très mineur.


Fig.1: Profils spectraux d'un fond de ciel campagnard (courbe grise) et urbain (courbe noire); l'échelle d'intensité est arbitraire. Le fond de ciel campagnard est naturellement lumineux à cause de l'oxygène (entre autres) ionisé dans la haute atmosphère (OI et OII), alors que sur le profil urbain s'ajoutent les reflets de type "vapeur de mercure" (Hg) et de "sodium" (Na2).


Ci-après, le lecteur trouvera une liste non-exhaustive des filtres à rejet de pollution lumineuse, accompagnée des adresses des fabricants chez qui on peut les commander; ceux précédés par le sigle * sont disponibles directement auprès des revendeurs français. Les prix sont donnés à titre indicatif, en dollars aux USA ($) ou en francs en France (F), en attendant l'Euro...

  • *Celestron LPR#a, Light Pollution Rejecter: ø31.75mm (environ 700F ou $45), ø2" (env.1100F ou $??).
  • *Meade Series 4000 Broadband Filter: 908B ø31.75mm ($80), 910B ø2" ($120) et 911B arrière-SCT ($100).
  • *Lumicon Deep-Sky: ø24.5mm ($60 ou 700F), ø31.75mm ($100 ou 900F), ø2" ($200) et arrière-SCT ($120 ou 1800F), ø72mm ($400).
  • Orion Sky-Glow Broadband Filter: ; ø24.5mm ($50), ø31.75mm ($80), ø48mm et 50.8mm ($120).
  • Edmund Sc. Deep Sky Filter M43,456: ø31.75mm ($??).
  • Thousand Oaks Optical LP1: ø31.75mm ($89) et ø2" ($149).
  • Les adresses:

  • Celestron International, 2835 Columbia St., Torrance, CA 90503, USA; http://www.celestron.com
  • Meade Instruments Corporation, 16542 Millikan Avenue, Irvine, CA92714, USA; http://www.meade.com
  • Lumicon, 2111 Research Dr. #S5, Livermore, CA 94550, USA; http://www.astronomy-mall.com/lumicon
  • Orion Telescope Center, 2450 7th Ave., PO BOX 115B, Santa Cruz, CA 95061-1158, USA; http://www.oriontel.com
  • Edmund Scientific Co., 101 E. Gloucester Pine, Barrington, NJ08007, USA; http://www.edsci.com
  • Thousand Oaks Optical, Box 4813A, Thousand Oaks, CA91359, USA;
  • Les figures présentées ci après (2 à 6) retracent les courbes de transmission des filtres que j'ai pu recueillir dans diverses sources, courbes classiques en pourcentage et pour une sensibilité constante dans tout le visuel (4000-7000Å). Sont indiqués également sur chaque graphe, l'emplacement de quelques raies nébulaires et du profil lumineux du fond de ciel urbain. Après le nom de chaque filtre se trouve entre paranthèses l'abbréviation qui sera utilisée dans le reste de l'article.


    Fig.2: CELESTRON LPR#a, Light Pollution Rejecter (LPR)


    Fig.3: MEADE Broadband Filter (908B)


    Fig.4: LUMICON Deep-Sky (LDS)


    Fig.5: ORION Sky Glow (OSG)


    Fig.6: EDMUND Deep-Sky Filter (EDS)


    Ces courbes sont très valables mais ont été réalisées à l'aide de spectromètres électroniques, c'est-à-dire avec un récepteur uniformément sensible dans le visible (elles sont donc parfaitement exploitables par les photographes et les "cécédéistes"). Ce n'est pas le cas de l'oeil et c'est pourquoi je propose aux observateurs visuels les figures suivantes (7 à 11) qui montrent à nouveau ces courbes de transmission mais corrigées en fonction de la sensibilité de l'oeil.


    Fig.7: LPR


    Fig.8: 908B


    Fig.9: LDS


    Fig.10: OSG


    Fig.11: EDS


    Je pourrais faire les comparaisons à votre place mais je vous laisse faire ce travail et en tirer vos propres conclusions [NDLR: un récapitulatif général et une comparaison globale seront proposés à la fin de cette page web]. Je vous livre juste un fragment des miennes: le LPR ("l'ancien et vénérable") est le filtre au pic le plus faible, écartez-le de vos choix. Les autres se valent, mais l'OSG et a fortiori le LDS sont plus "généralistes" étant donné que leur bande passante est plus "ronde". De ce fait, ils conviennent bien pour tous les objets du ciel profond observés en milieu urbain, ceux aux rayonnements localisés comme les nébuleuses diffuses et planétaires comme ceux aux rayonnements plus continus (amas globulaires et ouverts, galaxies). 908B et EDS se rapprochent plus des filtres "à nébuleuse" et donc devraient mieux fonctionner sur les nébuleuses que sur les galaxies, amas ouvert ou globulaires.


    Pollution nocturne sur Terre.



    III- Filtres interférentiels


    J'avais fait une séparation arbitraire entre filtres anti-pollution et filtres interférentiels et j'en fais une nouvelle (pour une meilleure compréhension) entre filtres interférentiels à bande large d'environ 400Å (dits "assez sélectifs") et filtres interférentiels à bande étroite d'environ 100Å (dits "très sélectifs"). Les premiers comme les seconds sont plutôt destinés aux nébuleuses dont ils sélectionnent les rayonnements monochromatiques.

    Visuellement, c'est la région 4500-5500Å qui est visée puisqu'elle correspond à la conjonction heureuse du maximum de sensibilité visuelle nocturne (environ 5250Å) et de rayonnements monochromatiques nébulaires intenses (hydrogène ionisé Hß à 4861Å, oxygène deux fois ionisé OIII à 4959 et 5007Å). Le mécanisme du gain de contraste expliqué ci-avant fonctionne encore mieux (comparé aux anti-pollutions) puisque les rayons parasites sont stoppés en grande partie et ceux "utiles" restent transmis à près de 90%.

    Ci-après, le lecteur trouvera une liste non-exhaustive accompagnée des adresses des fabricants chez qui on peut les commander; ceux précédés par le sigle * sont disponibles directement chez les revendeurs français.

    Filtres interférentiels assez sélectifs

  • *LUMICON Ultra High Contrast: ø31.75mm ($100), ø50.8" ($200) et arrière SCT ($200).
  • *MEADE Series 4000 Narrowband Filter: 908N ø31.75mm (90$), 910N ø50.8mm (130$) et 911N arrière-SCT ($120).
  • *ORION Ultra-Block Filter: ø24.5mm ($80), ø31.75mm ($100), ø50.8mm et arrière SCT ($150).
  • DAYSTAR D300, Series 300 Nebular Filter: ø31.75mm ($80) et ø50.8mm ($130).
  • THOUSAND OAKS OPTICAL LP2: ø31.75mm ($89).
  • Filtres interférentiels très sélectifs

  • *LUMICON OxygenIII: ø31.75mm ($100/900F), ø50.8mm ($200/1800F) et arrière SCT ($200).
  • *MEADE Series 4000 OxygenIII: 908X ø31.75mm ($100/1000F), 910X ø50.8mm ($160) et 911X arrière SCT ($150).
  • THOUSAND OAKS OPTICAL LP3: ø31.75mm ($89).
  • *LUMICON Hydrogen Beta: ø31.75mm ($100/900F), ø50.8mm ($200/1800F) et arrière SCT ($200).
  • THOUSAND OAKS OPTICAL LP4: ø31.75mm ($89).

    Les adresses:

  • Meade Instruments Corporation, 16542 Millikan Avenue, Irvine, CA92714, USA; http://www.meade.com
  • Lumicon, 2111 Research Dr. #S5, Livermore, CA 94550, USA; http://www.astronomy-mall.com/lumicon
  • Orion Telescope Center, 2450 7th Ave., PO BOX 115B, Santa Cruz, CA 95061-1158, USA; http://www.oriontel.com
  • Thousand Oaks Optical, Box 4813A, Thousand Oaks, CA91359, USA;
  • Daystar Corp., P.O. BOX 5110, Diamond Bar, CA 91765, USA;
  • Les figures présentées ci-après (1 à 7) retracent les courbes de transmission des filtres que j'ai pu recueillir dans diverses sources, courbes classiques en pourcentage et pour une sensibilité constante dans tout le visuel (4000-7000Å). Sont indiqués également sur chaque graphe, l'emplacement de quelques raies nébulaires et du profil lumineux du fond de ciel urbain. Après le nom de chaque filtre se trouve entre parenthèses l'abréviation qui sera utilisée dans le reste de l'article.


    Fig.1: Lumicon Ultra High Contrast (UHC)


    Fig.2: Meade Series 4000 Narrowband Filter (908N)


    Fig.3: Orion Ultra-Block Filter (OUB)


    Fig.4: Daystar Series 300 Nebular Filter (D300)


    Fig.6: Lumicon OxygenIII (OIII)


    Fig.7: Lumicon Hydrogen Beta (Hß)


    Courbes non disponibles pour les filtres Meade Series 4000 OxygenIII (908X), Thousand Oaks Optical LP2 (LP2), LP3 (LP3) et LP4 (LP4).

    Ces courbes sont très valables mais ont été réalisées à l'aide de spectromètres électroniques, c'est-à-dire avec un récepteur uniformément sensible dans le visible (elles sont donc parfaitement exploitables par les photographes et les cécédéistes). Ce n'est pas le cas de l'oeil et c'est pourquoi je propose aux observateurs visuels les figures suivantes (8 à 16) qui montrent à nouveau ces courbes de transmission mais corrigées en fonction de la sensibilité de l'oeil (intervalle 3800-6800Å).


    Fig.8: UHC


    Fig.9: 908N


    Fig.10: OUB


    Fig.11: D300


    Fig.12: OIII


    Fig.13: Hß


    courbes non disponibles pour filtres 908X, LP3 et LP4.

    UHC, 908N, OUB, D300 et LP2 sont des filtres spécialisés dans l'observation des nébuleuses diffuses à émission (régions HII, RSN, nébuleuses planétaires). En privilégiant leurs rayonnements (oxygène deux fois ionisé OIII à 4959 et 5007Å, hydrogène ionisé ß de la série de Balmer à 4861Å), ils procurent une meilleure vision qu'ils soient utilisés en ville sous un ciel médiocre comme en montagne sous un ciel excellent. En ville en supprimant les rayons parasites de la pollution lumineuse et à la campagne en éliminant une partie du continuum de fond de ciel. En effet, même dans un site préservé (campagne ou Mauna Kea), le fond de ciel est uniformément brillant à cause de l'excitation (ionisation) de certaines molécules dans la haute atmosphère.

    Ces filtres révèlent assez souvent de jolies nébuleuses là où l'observation sans filtre ne montre qu'un infime voile ténu. De nombreux détails peu évidents le deviennent grâce à eux sur des nébuleuses brillantes, mais ils fonctionnent également bien sur les nébuleuses faibles en limite de détection. Je me souviendrai longtemps du premier essai de l'UHC sur la nébuleuse NGC 281 (Cassiopée) avec un SC de 203mm: sans filtre, un faible voile ténu quasi-invisible, et avec filtre une nébulosité bien visible en forme de "pac-man" avec quelques renforcements lumineux!

    Notez bien que toutes les nébuleuses ne sont pas mieux visibles avec ces filtres, seules celles émissives (et pas celles réflectives) sont susceptibles d'être améliorées. De même, parmi celles émissives, il y en a qui "répondront" aux filtres assez sélectifs de manière très importante et d'autres au contraire très peu: cela dépend des raies d'émission en question (Hß, OIII) qui peuvent être intenses ou non. Certaines nébuleuses rayonnent bien davantage sous forme d'hydrogène ionisé Halpha qu'en OIII ou Hß, et l'oeil est peu sensible vers les 6563Å d'Halpha. Enfin, un filtre peut apporter deux sortes d'amélioration: une augmentation du contraste (on détecte mieux l'objet, plus aisément) ou encore une augmentation de la quantité de détails visibles (on voit mieux la forme de l'objet ou sa morphologie interne), et souvent les deux à la fois (et parfois aussi aucune des deux...).

    À en croire les courbes de transmission, c'est sans doute l'OUB qui sortirait vainqueur de la comparaison car sa bande passante semble plus étroite et ce filtre devrait donc mieux s'affranchir du fond de ciel. Pourtant, sa courbe semble décalée par rapport à la raie de l'OIII à 5009Å qu'il ne couvre que partiellement. Ainsi, UHC et D300 semblent d'après leurs courbes mieux couvrir les raies nébulaires que l'OUB, alors que le M908N est sans doute moins bon car plus large. Dans l'ordre donc, il faudra favoriser pour l'observation visuelle: D300 ou UHC, suivi de OUB et M908N. Le LP2 est relativement nouveau sur le marché des filtres et je n'ai aucune information à son sujet (vous serez les premiers avertis dès que j'en aurai). Notez que les différences inter-individuelles mentionnées ci-dessus sont très faibles et sans doute impossibles à déceler visuellement.

    Pour Harrington [B], l'OUB et l'UHC sont un peu au-dessus du lot mais avec le D300 et le M908N juste derrière. De même, Sheber [E] préfère l'OUB et l'UHC devant le D300 pour les nébuleuses brillantes et l'OUB devant D300 et UHC pour les faibles nébuleuses, mais à chaque fois d'une courte tête... Bond [A] en testant sur la nébuleuse d'Orion et sur celle de la Lyre (dessins à l'appui) préfère l'UHC supérieur d'après lui en gain de contraste.

    Même dans un site de haute montagne, les filtres sélectionnant seulement l'oxygène ionisé (4959 et 5007Å) comme l'OIII, le LP3 ou le M908X sont réellement capables d'augmenter le contraste et de "sortir" une très faible nébuleuse dissimulée dans le fond de ciel. D'ailleurs, la diminution en luminosité globale est étonnante: l'OIII semble éteindre les étoiles faibles et le fond de ciel. C'est LE filtre à nébuleuses planétaires et la plupart des objets de ce type en sortent gagnants à de rares exceptions près. Mais les apports de l'OIII sortent du seul domaine des planétaires puisqu'il est aussi capable d'augmenter la quantité de détails visibles dans certaines nébuleuses diffuses (filaments des Dentelles du Cygne, renforcements dans M42, etc.). Je ne dispose pas des courbes des LP3 et M908X qui doivent pourtant fortement ressembler à l'OIII de Lumicon...

    Filtre étrange qui ne s'intéresse qu'à certaines nébuleuses émissives, le filtre Hß (ou son concurrent le LP4) transforme souvent une vision classique en mettant en évidence des zones peu communes n'apparaissant pas avec les autres filtres, et il peut en même temps "gommer" un objet faible: ce filtre est caractériel, il ne dévoile que certains objets bien particuliers (NGC 1499 la nébuleuse California, B 33 la tête de Cheval, NGC 6888 la nébuleuse du Cocon, M 43 d'Orion-, PK 64+15.1, NGC 40, ...) tout en en effaçant tous les autres du ciel. Pourquoi peu d'objets sont embellis par ce filtre? En fait, rares sont les nébuleuses diffuses ou planétaires qui montrent une raie Hß plus forte que celles de l'OIII et donc une nébuleuse répondant à l'Hß est une exception en elle-même! Ce filtre ne constitue pas une nécessité en site urbain, mais ses facultés restent à explorer par l'amateur curieux...

    Hß et OIII restent des filtres très spécialisés qui peuvent permettre à l'amateur de dépasser le simple gain de contraste des filtres assez sélectifs (UHC et consorts) et de faire ses premiers pas dans ce qu'on peut appeler l'analyse visuelle des spectres d'émission de nébuleuse. On peut évaluer, quand on dispose de ces filtres (ou au moins de 2, UHC+OIII, UHC+Hß ou OIII+Hß), les réponses qu'il occasionnent et donc d'établir grossièrement le niveau d'ionisation ou tout au moins le rapport de quantité d'éléments émissifs présents dans la nébuleuse.

    Une observation de la nébuleuse NGC 40 dernièrement m'a montré que sa réponse aux filtres OIII et Hß était semblable, et donc:

    [OIII 4959Å]+ [OIII 5007Å] = [Hß 4861Å]

    En comparant avec une nébuleuse classique comme M 57 où la réponse du filtre OIII est bien supérieure à celle du Hß:

    [OIII 4959Å]+ [OIII 5007Å] > [Hß 4861Å]

    OIII et Hß de Lumicon étaient récemment les seuls présents sur le marché, mais ils ont été rejoints par les LP3 et LP4 de Thousand Oaks et dernièrement du M908X de Meade. Pour ces derniers, le recul nécessaire aux expériences de terrain n'est pas suffisant, et leurs courbes de transmission ne sont pas publiées.

    On dit souvent qu'un filtre ne peut remplacer un ciel préservé, mais cela ne s'applique que pour les filtres à rejet de pollution lumineuse. Car dans le cas des filtres interférentiels assez sélectifs et a fortiori pour ceux très sélectifs, je suis persuadé qu'ils peuvent révéler des objets qui sont invisibles même dans le meilleur des sites sans filtre.

    BIBLIOGRAPHIE

  • [A] "The Magic of Filters", BOND, dans "The Practical Observer", vol.3, #3 & #4, 1992.
  • [B] "Nebular Filters for Light Polluted Skies", HARRINGTON, dans "Sky & Telescope" vol.90, #1, 1995.
  • [C] "Visual Astronomy of the Deep Sky", CLARK, éd. Cambridge University Press & Sky Publishing, 1990.
  • [D] "Planetary Nebulae", HYNES, éd. Willmann-Bell, 1991.
  • [E] "A Survey of Light Pollution Filters", SHEBER, dans "Deep Sky" #32, 1990.
  • [F] "How to Beat Light Pollution", BUNGE, dans "Astronomy", vol.23, #9, 1995.
  • [G] "Les Filtres: leur utilisation en astronomie visuelle et en astrophotographie", DRAGESCO, dans "Astro-Ciel" n°39, 1991.
  • [H] "Astro Test: un filtre anti-pollution", VAN DER ELST & D'HONDT, dans "Astro-Ciel" n°16, 1987.
  • [I] "Filters To Pierce the Nighttime Veil", DI CICCO, dans "Sky & Telescope", vol.57, #3, 1979.

  • IV- expériences filtrées


    Pour vous guider dans le choix des filtres et en guise de résumé des épisodes précédents (articles I à III), voici quelques pistes de réflexion sur les filtres en observation visuelle du ciel profond. Quand on se décide à investir dans un filtre, il faut se poser deux questions en même temps :

  • - quel type d'objet veut-on privilégier par l'usage du filtre ?
  • - quel est le degré de pollution du site fréquenté ?
  • En ce qui concerne la première question, il faut séparer les objets au spectre continu (galaxies, amas ouverts et globulaires, nébuleuses par réflexion) de ceux au spectre à raies d'émission (nébuleuses gazeuses émissives, nébuleuses planétaires, régions HII, restes de novae/supernovae). Pour les premiers que nous appellerons désormais "continus", il n'y a pas de filtres spécifiques bien qu'ils puissent être observés avec un petit gain de contraste à l'aide des filtres anti-pollutions dans des conditions de pollution lumineuse sévère. Pour les seconds, les filtres interférentiels (assez et très sélectifs) sont étudiés pour privilégier leurs rayonnements.

    Pour ce qui est de la seconde question, on peut distinguer les sites entièrement préservés (campagne éloignée, haute montagne) de ceux légèrement touchés par la pollution lumineuse (banlieue lointaine, villes proches perturbantes) et ceux subissant gravement la pollution lumineuse (centre-ville, banlieue proche). Si le ciel est très transparent comme en montagne et à la campagne, le filtre n'est pas nécessaire, sauf si l'on s'intéresse aux nébuleuses émissives (on retrouve le cas étudié ci-dessus). Dans ce cas, même sous un ciel parfaitement pur, il reste toujours de la luminosité naturelle de fond de ciel qui peut être éliminée efficacement par les filtres très sélectifs.

    Voici un petit tableau récapitulatif

     

    objets au spectre continu

    (AG, AO, GX)

    objets spectre émissif

    (NDe, NP)

    site préservé

    UHC, 908N, OUB, D300, LP2, OIII, 908X, LP3, Hß, LP4

    site pollué légèrement

    LPR, 908B, LDS, OSG

    UHC, 908N, OUB, D300, LP2, OIII, 908X, LP3, Hß, LP4

    site pollué fortement

    LPR, 908B, LDS, OSG

    UHC, 908N, OUB, D300, LP2, OIII, 908X, LP3, Hß, LP4

    Après avoir expérimenté (presque) toutes les possibilités des filtres classiques, je me suis demandé si certains filtres ne restaient pas à créer pour satisfaire certains desiderata des observateurs en ciel profond. J'ai regardé ce qui existait et imaginé ce qui pourrait servir.


    1- LE FILTRE BLEU.

    Classique en observation planétaire, le filtre bleu peut-il servir en ciel profond ? Pour ma part, j'y voyais deux intérêts majeurs. D'une part, les nébuleuses par réflexion (poussières reflétant la lumière d'étoiles proches, souvent jeunes et bleues) pouvaient être des cibles privilégiées de ce type de filtre : un peu à la manière des nébuleuses émissives avec les filtres interférentiels (UHC et consorts), la "couleur" plutôt bleue de certains objets (IC 349 dans les Pléiades, NGC 7023 dans Céphée, etc.) pouvait être "sélectionnée" avec un filtre bleu (bien sûr dans une proportion bien moindre qu'avec les filtres interférentiels).

    Ensuite, un filtre bleu devait permettre d'aller "chercher" des étoiles centrales de nébuleuses planétaires noyées dans des nébuleuses trop brillantes (NGC 6572, NGC 6210, etc.). Ces étoiles sont très bleues (car chaudes puisqu'en passe de devenir naines blanches) et donc correspondent au filtre, tandis que les nébuleuses planétaires offrent un rayonnement presque vert (OIII).

    Pour vérifier ces hypothèses, j'ai testé avec deux filtres de type Wratten, le 38A et le 47B (dont la courbe en fonction de l'oeil en vision indirecte nocturne est donnée ci-après). On trouve ces filtres en ø31.75 (pour 150-200F), fabriqués par Meade ou Celestron chez les détaillants de matériel astronomique (verre teinté et traité anti-reflet); ils existent également mais sont moins répandus en ø50.8 et ø24.5mm. Cependant, on peut aussi acheter chez Kodak pour une centaine de francs le carré de 11cm (gélatine plastique souple) que l'on peut découper et adapter à des supports de filtres déjà existants.


    Filtre bleu Kodak Wratten 47B


    Pour l'instant, en ce qui concerne les centrales de nébuleuses planétaires (cNP) et les nébuleuses par réflexion (NDr), les résultats sont trop irréguliers pour être probants et pas assez nombreux pour conclure de manière statistiquement fiable. Les NDr étudiées étaient sans doute intrinséquement trop faibles et le site "trop" transparent pour montrer une augmentation de contraste. Dans le cas des cNP, il faudrait sans doute un filtre bleu qui coupe encore plus tôt, avant les 4900Å. Les amateurs qui tenteront l'aventure doivent se rappeler que les effets du filtre sont sans doute nettement inférieurs à ceux des interférentiels (eux-même peu notables par les néophytes).

    N'oublions pas de mentionner le filtre Swan Band Comet (SBC) qui permet de mieux isoler le carbone ionisé [CII] à 5140Å des comètes puisque sa bande passante va de 4900 à 5200Å. Son utilité en ciel profond reste à mettre en évidence sur les nébuleuses de poussière rayonnant par réflexion... à essayer !


    2- LE FILTRE ROUGE

    Des discussions ont eu lieu récemment sur plusieurs mail-listes consacrées à l'astronomie, à propos de la couleur visible sur certaines nébuleuses, notamment la couleur rouge brique décelée par de nombreux observateurs (dont je ne suis malheureusement pas) sur M42 d'Orion. Si la couleur rouge est suffisante pour "impressionner" les cônes de notre rétine, c'est qu'elle doit être visible par nos bâtonnets, même filtrée. J'ai acheté récemment du filtre Kodak Wratten 29 donc rouge très sombre pour vérifier cela (on pourrait essayer avec le 25 ou le 92). À tester car la raie Halpha de l'hydrogène responsable de cette teinte rouge est vraiment située à la limite de sensibilité de l'oeil (cônes et bâtonnets confondus).


    Filtre rouge Kodak Wratten 29


    Filtre vert Kodak Wratten 65A


    3- LE FILTRE VERT

    J'ai essayé récemment le filtre Kodak Wratten 65A en gélatine, car son pic de transmission est situé juste sur 5000Å donc relativement sélectif autour des raies [OIII] et [Hß] des nébuleuses. Malgré les 40% de transmission (résultant de la sensibilité de l'oeil et de la transmission intrinsèque du filtre), ça marche même dans un site peu pollué. Je l'ai testé avec mon Dobson de ø45cm sur M27 et NGC 246 (nébuleuses planétaires) et NGC 6960 (reste de supernova) et j'ai noté dans mes comptes-rendus: "fonctionne presqu'aussi bien que l'UHC, [...] gain de contraste indéniable". Ainsi, on peut considérer le 65A comme "l'UHC du pauvre", donnant certes des résultats moins spectaculaires que l'original mais efficace tout de même. Je n'ai pas eu l'occasion d'essayer mais cela doit être encore plus probant à partir d'un site soumis à une pollution lumineuse sévère.


    4- LE FILTRE POLARISANT

    Un filtre polarisant ne laisse passer que la lumière vibrant dans le même axe que le sien, axe couramment appelé vecteur. On en utilise traditionnellement deux pour diminuer la lumière incidente, faisant tourner l'un par rapport à l'autre.


    La lumière vibrant dans de nombreux plans différents (notamment A et B), le vecteur du filtre V ne laisse passer que la lumière vibrant dans le même plan, en l'occurrence A (P est l'axe de propagation).


    Si vous possédez un seul filtre polarisant sans connaître l'axe de son vecteur, vous pouvez utiliser une plaque de verre à vitre simple afin que le soleil se reflète dedans et regarder à travers le filtre (quel que soit l'angle). En ville, les vitres d'un immeuble éloigné conviennent parfaitement si elles reflètent le soleil. En tournant le filtre sur lui même, vous constaterez que le reflet du soleil s'éteint à un certain moment car la vitre renvoie un reflet polarisé. Lorsque l'extinction est la plus complète, c'est que le vecteur du filtre est dans un axe à 90° par rapport au plan "source/reflet/filtre".

    Certaines nébuleuses par réflexion (poussières) émettent une lumière polarisée, c'est-à-dire ne vibrant que dans un seul plan. C'est le cas de la nébuleuse de l'Oeuf (PK 080-06.1), petit nuage de gaz et de poussière éclairé par une étoile centrale masquée par un disque de matière sombre, ce qui lui donne cet aspect bilobé et polarise sa lumière à hauteur de 12%. En utilisant le filtre polarisant, j'ai trouvé que l'extinction du lobe Sud de la nébuleuse était maximale lorsque le vecteur était orienté vers PA=110°10°. Désormais, je teste assez régulièrement le filtre polarisant sur les nébuleuses qui croisent mon télescope...


    Egg Nebula - Y. POTHIER; ø445mm, F/4.5, 400x, H=68°, T=1, S=2; le 31/07/97 à 02h00TU; La Clapière (05), alt.1650m; à gauche, sans filtre; à droite, avec filtre polarisant orienté vers PA110°.


    Filtres annexes

  • *Meade/Celestron 38A: ø31.75mm ($10-15/150-200F).
  • *Meade/Celestron 47B: ø31.75mm ($10-15/150-200F).
  • *Meade/Celestron29: ø31.75mm ($10-15/150-200F).
  • *Meade/Celestron 25: ø31.75mm ($10-15/150-200F).
  • *Meade/Celestron 92: ø31.75mm ($10-15/150-200F).
  • *Lumicon Swan Band Comet: ø31.75mm ($100), ø48mm ($200).
  • *Lumicon Halpha Pass: ø46-49mm ($60), ø52-62mm ($70), ø67-77mm ($80), ø82mm ($90).
  • *Orion Variable Polarizing Filter: ø31.75mm ($40), ø24.5mm ($30).
  • *MeadeVariable Polarizer: ø31.75mm ($50).
  • Les adresses:

  • Celestron International, 2835 Columbia St., Torrance, CA 90503, USA; http://www.celestron.com
  • Meade Instruments Corporation, 16542 Millikan Avenue, Irvine, CA92714, USA; http://www.meade.com
  • Lumicon, 2111 Research Dr. #S5, Livermore, CA 94550, USA; http://www.astronomy-mall.com/lumicon
  • Orion Telescope Center, 2450 7th Ave., PO BOX 115B, Santa Cruz, CA 95061-1158, USA; http://www.oriontel.com

  • 5- TRUCS ET ASTUCES

    -> Les filtres en verre (interférentiels ou colorés) sont d'une faible épaisseur et de ce fait modifient légèrement la focale instrumentale quand on les place dans le faisceau lumineux. Il faudra donc à chaque utilisation d'un filtre, refaire la mise au point avec le filtre (sur une étoile de préférence).

    -> Les filtres colorés en gélatine sont fins, et même si leur surface n'est pas régulière, ils ne gênent en rien la focalisation ou la qualité optique.

    -> Les filtres interférentiels ont souvent des faces assez réfléchissantes qui ne nuisent pas à l'observation, bien au contraire; cependant, l'observateur veillera a bien isoler son oeil de toute lumière parasite (cache-tête de type photographe, mains entourant le porte-oculaire) car le moindre éclat de lumière parasite (lampadaire ou éclairage d'observation ou de dessin) se réfléchit sur le filtre et induit des reflets lumineux désagréables; ce phénomène n'arrive pas sans filtre, car de tels rayons pénètrent alors plus avant dans le télescope et se perdent dans le tube instrumental, ses baflages ou revêtements sombres.


    Sans filtre (à gauche), les rayonnements parasites provenant de l'extérieur se perdent dans le tube alors qu'avec filtre (à droite), ils reviennent perturber la vision.


    -> Il ne faut pas hésiter à essayer tous les grossissements et tous les filtres dont on dispose : chaque combinaison apporte son lot de découvertes si on en prend le temps. De plus, il est intéressant de noter à partir de quel grossissement ou avec quel filtre, un détail particulier commence à apparaître, etc.

    -> Les filtres abaissent tous la luminosité arrivant à l'oeil. Même s'ils augmentent le contraste, la brillance globale du champ est diminuée et il faut donc une adaptation nocturne de l'oeil supplémentaire. Veillez pour obtenir les meilleurs résultats à garder l'oeil observant dans l'obscurité totale pendant une minute avant l'observation derrière le filtre.

    -> Pour nettoyer un filtre interférentiel ou en verre teinté, on peut procéder comme avec un oculaire, car les couches sensibles sont protégées par des lames en verre. Attention toutefois à ne pas utiliser une grande quantité d'un liquide nettoyant agressif (alcool, ...) qui pourrait s'infiltrer entre les lames en verre... Un tissu non pelucheux et de la buée suffisent à enlever les légères traces de salissure (procédure identique mais plus douce pour les filtres en gélatine).


    Merci à Richard MONNEROT avec qui les échanges d'idées (l'UHC du pauvre, c'était de lui) et de conseils sont toujours riches.