Après avoir utilisé mon télescope binoculaire de 150mm pendant quelques années, j'ai eu envie d'un instrument de plus grand diamètre. En effet, j'avais surtout envie de voir les bras spiraux des galaxies et pouvoir détailler les petites nébuleuses planétaires. Je voulais aussi continuer à observer avec les deux yeux. C'est un confort auquel je me suis habitué et dont j'ai de plus en plus de mal à me passer. J'ai donc logiquement commencé à réfléchir à un grand télescope binoculaire. D'autres amateurs avaient déjà réalisé des instruments de 400mm et plus, il n'y avait donc aucune raison que je n'y arrive pas. Pour faciliter la conception de l'instrument, j'ai écrit un logiciel qui facilite le choix des différents paramètres (taille des miroirs secondaires et tertiaires, positions des miroirs, ...)
Pour choisir le diamètre, cela a été simple : le plus grand possible que je puisse encore transporter dans une petite voiture. J'avais aussi envie d'observer le plus possible les pieds sur terre (je n'aime pas trop monter sur une échelle dans le noir). Je me suis donc arrêté à 360mm pour diverses raisons :
- le télescope entre en largeur dans une petite voiture (j'avais une 205 au début du projet et maintenant une clio)
- 2 miroirs minces de 360mm pèsent environ 15kg la paire, avec le poids de la caisse primaire cela reste transportable tout seul.
- Avec un rapport f/D de 4,65 (pour une parabolisation pas trop compliquée), la focale est suffisament courte pour permettre d'observer les deux pieds par terre les 3/4 du temps et avec un escabeau à 2 marches au zénith.
C'est la question qu'on me pose souvent. Il est vrai qu'un bino de 360mm a la même surface de miroirs primaires qu'un télescope de 510mm. Alors pourquoi choisir la configuration moins classique du bino qui paraît au premier abord plus complexe ?
A mon avis construire un bino complique la partie mécanique, mais simplifie les choses au niveau de l'optique. Dans mon cas, j'ai dû réaliser deux miroirs de 360mm, ce qui est plus long mais pas plus difficile qu'un seul miroir de 360. Je ne peux pas dire que ça ait été très facile, mais disons que c'est accessible quand on a l'expérience d'un premier miroir de 200mm. Si j'avais du faire un 500, je serais peut-être encore en train de chercher la parabole. Si en plus, j'avais voulu garder une focale de 1673mm (pour la hauteur de l'oculaire), j'aurais du faire un 500mm à f/D=3,3 de 33mm d'épaisseur (pour limiter la masse du primaire à 15kg). Je laisse ce type de miroir aux opticiens expérimentés !
Bien sûr la mécanique est plus compliquée, car il faut prévoir des réglages pour le parallélisme des chemins optiques des deux tubes, pour le réglage de l'écart des oculaires, etc... Mais je suis convaincu que ces difficultés sont là avant tout parce qu'il existe très peu de documents sur la construction de télescopes binoculiares. Il est tout à fait possible de réaliser un bon instrument avec des techniques simples. Je n'ai pas de machine-outil, je n'ai utilisé que des outils courants (scie sauteuse, ponceuse à bande, défonceuse, perceuse sur colonne premier prix) et des matériaux facile à trouver (contre-plaqué et aluminium).
Je n'ai pas de T500 sous la main pour faire une comparaison directe, mais il y a quelque temps j'avais comparé la vue à travers mon bino de 150 et un T200 équipé d'une tête binoculaire (les deux instruments ont une surface équivalente). Pour bien comprendre les choses, il faut étudier trois cas.
A faible grossissement, le diamètre du miroir primaire détermine le grossissement minimum. Admettons que la pupille de l'oeil a un diamètre de 7mm dans le noir (ça varie selon les individus mais peu importe, on va raisonner pour un observateur donné). Avec un 360, on peut descendre à un grossissement de 50x environ, alors qu'avec le T500, on est obligé de grossir au minimum 70x. On a donc un champ plus large avec le bino. De plus, l'utilisation d'une tête bino peut amener du vignettage (surtout si la tête bino est un modèle premier prix et si le télescope est très ouvert). D'autre part, pour un grossissement donné, la pupille de sortie est plus petite avec le bino, ce qui limite les abberrations de l'oeil. En pratique, cela me permet d'enlever mes lunettes pour observer à 130x (je suis astigmate), ce qui ne serait pas possible avec un T500 et une tête bino.
A grossissement moyen, les images sont très proches. C'est ce que j'ai constaté en comparant le bino de 150 et un C8. Il y a peut-être de subtiles différences mais rien de notable.
A fort grossissement, le T500 doit reprendre l'avantage car il a un pouvoir séparateur 1,4 fois meilleur, ce qui veut dire qu'on doit discerner des détails plus fins sur la lune ou les planètes. Il y a quand même un phénomène un peu particulier qui concerne la turbulence. Dans le T500 avec la tête bino, les deux yeux observent exactement la même image : la lumière a traversé exactement les même couches de l'atmosphère. Ce n'est pas le cas dans le bino 360 : chaque oeil voit une image perturbée de manière différente par la turbulence. Il est possible, mais c'est difficile à vérifier, que pendant un partie du temps d'observation, une image soit moins dégradée que l'autre et que le cerveau arrive à sélectionner les détails en fusionnant les images. Il m'est arrivé de faire l'essai. J'observe la Lune avec un seul oeil pendant un moment. Puis quand j'ouvre l'autre oeil, la turbulence semble être réduite d'un coup. Réalité ou illusion, difficile à dire.
Les miroirs primaires font 360mm de diamètre et 1673mm de focale soit f/D=4,65. La focale est suffisament longue pour que la coma ne soit pas gênante, et suffisament courte pour bénéficier d'un grand champ avec des oculaires au coulant 31,75mm. J'ai pensé au transport dès le début de la conception de l'instrument. Il se sépare en 3 parties : cage secondaire, caisse primaire et monture. Tous les éléments sont de faible hauteur. Une fois empilés les uns sur les autres, ils occupent assez peu d'espace. La monture est elle même démontable pour se ranger à plat. Au final, le bino de 360 est moins encombrant que le 150 ! L'instrument complet pèse dans les 60kg. La partie la plus lourde est la caisse primaire qui fait environ 30kg. La monture à base de flex-rocker est indépendante du tube optique, ce qui me permettra de la remplacer facilement par une monture avec motorisation altazimutale plus tard.
Le réglage de l'écartement des oculaires et de la mise au point se fait presque comme sur des jumelles. Il suffit de faire tourner les cages secondaires, pour éloigner les oculaires. Ensuite la mise au point se fait indépendamment sur chaque oeil avec un port-oculaire crayford.
Pour obtenir un instrulent fonctionnel, il est essentiel de soigner les points suivants : - réglage de l'écartement des oculaires indépendant de la mise au point - possibilité de retoucher le parallélisme des télescopes droit et gauche pendant l'observation : ceci est réalisé avec les tiges qui agissent sur la collimation et qui sont accessibles depuis les oculaires. - conserver toutes les qualités usuelles d'un bon télescope : stabilité, fluidité des mouvements, tenue de la collimation, facilité de montage, rangement, etc...
Les miroirs primaires sont des miroirs minces (33mm d'épaisseur au bord). Ils sont montés sur des barillets 18 points. Ils sont en BVC (Black Vitrified Ceramic). C'est un verre noir, non transparent, fabriqué par la petite société artisanale AJ's Telescope Workshop au Canada. Je n'ai pas eu de mauvaise surprise avec ce matériau un peu exotique. Pendant tout le doucissage, j'ai alterné une séchée avec le miroir numéro 1 et une séchée avec le miroir numéro 2 sur le même outil. Puis j'ai poli et parabolisé chaque miroir indépendamment. Cette méthode permet d'obtenir sans difficulté la même focale sur les 2 miroirs.
Les secondaires font 100mm de petit axe, ce qui donne une obstruction de 28%. C'est beaucoup par rapport à un Newton classique, mais c'est toujours moins que sur un C14 par exemple. En fait j'aurais pu utiliser des secondaires plus petits (90mm) mais j'ai privilégié un champ de pleine lumière assez large.
Finalement des miroirs tertiaires (34mm de petit axe) sont placés juste sous les porte-oculaires pour renvoyer le faisceau dans une direction parallèle à l'axe optique des miroirs primaires.
Cliquez ici pour télécharger la configuration optique visualisable avec Binewt designer.La principale difficulté dans la conception d'un télescope binoculaire, c'est de faire en sorte que les 2 tubes optiques soient collimatés (pour donner des images nettes) et qu'ils pointent exactement dans la même direction (pour que l'observateur ne voit qu'une image). Il y a plusieurs manières de réaliser cela.
La première idée est de fabriquer deux tubes optiques qu'on collimate séparément. Puis on monte ces deux tubes dans une structure qui permet de les aligner. C'est ce principe que j'avais retenu sur le 150. Cela fonctionne, mais la structure qui supporte les 2 tubes optique doit être particulièrement rigide. Si ce n'est pas le cas, cela engendre des vibrations différentes du côté droit et du côté gauche, ce qui est assez désagréable quand on observe. C'est ce qui se passait sur le 150 car la structure de maintien des tubes n'était pas assez robuste. Finalement cette solution amène le plus souvent à un instrument plutôt encombrant.
Le principe que j'ai retenu pour le 360 consiste à créer une unique structure triangulée rigide qui contient les 6 miroirs des 2 systèmes optiques. Il faut ensuite régler l'ensemble des miroirs simultanément. Ca paraît horriblement compliqué mais pas de panique il existe une méthode qui permet d'en venir à bout et ce réglage n'est nécessaire qu'au premier montage de l'instrument. L'avantage c'est qu'on obtient un instrument à la fois rigide et compact.
La co-collimation est l'opération qui consiste à aligner l'ensemble des miroirs de l'instrument pour obtenir à la fois des images nettes de chaque côté et de pouvoir fusionner les images.
Pour comprendre la procédure et prévoir les réglages adéquats sur l'instrument, il est nécessaire de bien comprendre comment on peut collimater et rendre parallèles deux systèmes optiques de type Newton. Pour cela nous allons faire une petite expérience de pensée :
1. On considère un Newton classique (monoculaire) avec un miroir sphérique. Pour simplifier on va supposer que la focale est suffisament longue pour ne pas avoir besoin de la paraboliser. Imaginons qu'on a un télescope bien collimaté qui pointe la polaire. Si on déplace le miroir primaire par une rotation autour de son centre de courbure, alors le télescope reste collimaté et il pointe toujours la polaire. En effet sa surface est toujours plaquée sur la même sphère. Le seul défaut qui est introduit avec ce mouvement c'est un décalage du champ de pleine lumière, mais on ne se soucie pas de ça dans cette explication.
2. On prend cette fois un Newton avec miroir parabolique bien collimaté au départ et qui pointe aussi la polaire. Si on effectue la même opération que précédement, le fait de déplacer le miroir par une rotation autour de son centre de courbure permet de garder la polaire dans le champ. Par contre comme le miroir n'est pas sphérique, ce déplacement produit une décollimation. Résultat : on va garder la polaire au centre du champ mais celle-ci va montrer de la coma.
3. L'expérience précédente est intéressante surtout si on fait les choses à l'envers. Imaginons qu'on parte d'un télescope décollimaté. On commence par centrer la polaire et ensuite on fait subir au miroir primaire une rotation autour de son centre de courbure de façon à obtenir une image dépourvue de coma tout en gardant la polaire centrée dans le champ. On a donc un moyen de collimater un télescope sans changer la direction où il pointe. C'est cette méthode qui va être utilisée pour le réglage d'un telescope binoculaire.
4. Supposons maintenant qu'on a un télescope binoculaire. On a parfaitement collimaté le système optique de droite et on a centré la polaire dans l'oculaire droit. En jouant sur les réglages du système optique gauche, on peut arriver sans trop de soucis à centrer aussi la polaire, meme si pour cela on doit décollimater le tube gauche. A partir de là, il suffit d'appliquer la méthode proposée au paragraphe 3 pour collimater le tube gauche en conservant la polaire au centre de l'oculaire gauche.
C'est assez simple finalement, à condition de savoir déplacer un miroir primaire en rotation autour de son centre de courbure. Alors en pratique, il faut que le barillet soit conçu pour permette ce genre de réglage. Ca peut paraitre compliqué à faire au premier abord mais en fait pas du tout. Il suffit de pouvoir translater le miroir dans le plan du barillet. Autrement dit les butées latérales doivent être réglable. Pour des miroirs pas trop minces, deux butées à 90° sont suffisantes pour ne pas introduire déformation sur le miroir. C'est facile de mettre deux points réglables pour pouvoir déplacer le miroir dans son barillet. Quelques millimètres de course sont largement suffisants. Pour réaliser le mouvement miracle de "rotation autour du centre de courbure", il suffit de jouer sur les vis de collimation du primaire (montage classique) puis déplacer le miroir latéralement dans son barillet pour garder la polaire centrée dans l'oculaire. Finalement, la collimation du télescope gauche se passe un peu comme une collimation classique sur une étoile. On ajuste l'orientation du primaire, puis on recentre l'étoile. Dans le cas classique, le recentrage de l'étoile se fait avec les mouvements du télescope, dans le cas bino, on recentre en déplaçant le miroir dans son barillet. Il reste un détail à régler : c'est l'orientation du secondaire. Un fois tous ces ajustements réalisés, le secondaire du tube gauche doit être réorienté pour que le faisceau d'un collimateur laser tape à nouveau le primaire en son centre. On fait ce réglage et on repart à l'étape précédente de réglage du primaire. En itérant 2 ou 3 fois cette méthode, on arrive à un moment où tout est parfaitement aligné.
En haut du télescope, le miroir secondaire renvoie le faisceau sur le côté comme dans un télescope de Newton classique. Le miroir tertiaire redresse alors le faisceau pour le rendre parallèle à l'axe optique du télescope. C'est une condition indispensable pour pouvoir fusionner les images. Bien entendu, l'écartement des oculaires doit pouvoir être adapté à l'écart interpupillaire de l'observateur. Pour les adultes, l'écartement moyen vaut 63 mm et 95% des adultes ont un écart entre 55 et 70 mm. Pour que tout le monde puisse regarder confortablement (adultes et enfants), on peut prévoir une plage de réglage de 40mm à 75mm). Pour que ce réglage soit facile à utiliser même par les néophytes, j'ai adopté le principe des cages secondaires pivotantes. Cela permet d'ajuster l'écartement des oculaires sans perturber le réglage de la mise au point. De plus ce système rappelle celui des jumelles classiques, ce qui le rend très intuitif. On pourrait s'inquiéter de la tenue de la collimation lorsque le réglage est modifié, mais il faut garder à l'esprit qu'on fait seulement de très petits ajustements qui correspondent rarement à une rotation de plus de 1 degré des cages. Cela n'a rien à voir avec les problèmes qu'on peut rencontrer quand on veut pouvoir ajuster l'orientation du porte-oculaire sur un télescope équatorial par exemple. Pour ce mouvement, le glissement se fait avec des patins de téflon qui frottent sur le contreplaqué. Le mouvement est assez doux pour un réglage facile, mais avec suffisament de friction pour ne pas avoir besoin d'un bloquage une fois le réglage effectué.
Le porte-oculaire qui permet la mise au point est placé après le miroir tertiaire. C'est ce qui permet de rendre indépendants mise au point et réglage de l'écartement des oculaires. Le seul inconvénient, c'est que cela impose d'avoir un porte-oculaire court et compact (pour pouvoir rapprocher suffisamment les oculaires). J'ai opté pour les JMI RCF-mini1 qui sont parfaits pour cet usage. Ils sont au coulant 31,75 ce qui limite un peu l'utilisation des oculaires de longue focale à grand champ. J'aurais pu mettre des porte-oculaires au coulant 50,8, mais le risque est que certaines personnes, en particulier les enfants, ne puissent pas rapprocher suffisament les oculaires. Du coup j'ai le champ maximum avec des oculaires de 24mm à 68° de champ apparent, ce qui me donne un grossissement de 70x et un champ sur le ciel de presque 1° avec une pupille de 5mm.
La position des porte-oculaires sur la cage secondaire est déterminée pour que la tête de l'observateur ne vienne pas obstruer une partie du faisceau. Cela impose une distance importante entre le miroir secondaire et le foyer sans compter qu'il faut ajouter aussi la distance entre le miroir tertiaire et le foyer. L'inconvénient, c'est qu'il faut prévoir un secondaire suffisament grand (102mm dans mon cas). Mais il y a aussi quelques avantages. D'abord, cela réduit la hauteur de l'instrument. D'autre part, il est possible de placer un baffle très efficace entre le secondaire et le tertiaire. Je ne l'ai pas encore fait sur cet instrument, mais on pourrait aussi facilement intégrer un passe-filtre.
Les araignées sont largement inspirées de celles du Strock-250 pour réduire au maximum la hauteur de la cage secondaire. Les branches sont en alu de 1,5mm d'épaisseur. De l'inox serait préférable car plus rigide pour la même épaisseur, mais l'alu est plus facile à trouver et à travailler. J'ai dans un premier temps essayé d'utiliser un ressort de tension pour maintenir le secondaire en place comme dans la version originale. Mais à cause du poids de mon gros secondaire, je n'ai pas trouvé de ressort suffisament raide et qui prenne peu de place. Du coup, j'ai fabriqué une sorte de ressort de compression en empilant des rondelles fendues autour d'une tige filetée. Finalement, on règle la position approximative avec un écrou, ce qui permet de mettre les rondelles en compression. Ensuite, il y a une plage de déformation suffisante pour faire des réglages fins sans avoir besoin d'ajuster la compression du ressort.
Les barillets sont à 18 points. La structure est en tubes alu de 25mm. L'ensemble barillet et miroir bouge d'un bloc pour la collimation. Cela permet d'avoir les supports latéraux qui restent positionnés au niveau du centre de gravité du miroir. Le barillet est suspendu par 6 ressorts de sommier (tension de 6kg chacun). Les 3 tiges de collimation, accessibles par l'avant, viennent en butée contre la structure du barillet avec un système trou-trait-plan pour éviter que le barillet ne glisse latéralement.
Les barillets présentent trois spécificités importantes pour un télescope binoculaire :
- la plage de réglage des tiges de collimation est assez importante et les 3 points sont réglables. Ceci permet de monter ou descendre un des miroirs de quelques millimètres pour compenser le petit écart de focale qui peu exister entre les miroirs. Cela évite de se retrouver avec deux oculaires à des hauteurs différentes.
- les butées latérales sont réglables. Cela permet le fameux mouvement du miroir "en rotation autour de son centre de courbure" expliqué dans la partie co-collimation. Ce réglage n'a besoin d'être fait qu'une fois après le premier montage de l'instrument.
- le réglage de la collimation est accessible depuis l'avant du télescope à l'aide de rallonges pour pouvoir faire des petites corrections si les deux images ne fusionnent pas bien. Pour cela, le réglage du miroir de gauche se fait dans le sens haut-bas, celui du miroir de droite dans le sens droite-gauche. En pratique, on a besoin de faire surtout des retouches dans le sens haut-bas lorsqu'on change la hauteur à laquelle le télescope pointe. On pourrait penser que ce genre de retouche dégrade la collimation d'un des deux systèmes optiques. Mais en fait, si les images ne fusionnent plus quand on pointe à l'horizon, c'est qu'il y a eu flexion quelque part et donc probablement déjà une décollimation. D'autre part, les retouches sont la plupat du temps minimes (de l'ordre du diamètre apparent de Jupiter), cela a un effet négligeable sur la collimation.
La monture est altazimutale avec un flex-rocker. Le fait d'avoir une caisse primaire rectangulaire et non pas carrée comme sur un télescope classique ainsi que les problèmes liés au transport m'ont imposé quelques contraintes. Contrairement à la plupart des Dobsons, la monture peut être complètement séparée du tube optique. Ceci m'a permis de faire passer les tourillons complètement sous la caisse primaire en les rendant démontables. Ainsi toute la monture se range à plat et prend très peu de place dans la voiture. Les pièces en croix qui tiennent les tourillons facilitent grandement le montage. Je peux attraper la caisse primaire par la poignée et la poser sur les tourillons. Le mouvement est assuré par le couple classique teflon/ebony star. Les mouvements sont agréables. Comme les tourillons sont énormes, l'équilibrage ne pose aucun problème.
