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Les éclipses solaires

Photographie

1. Le filtre solaire

Durant la phase partielle, un filtre solaire ou une feuille mylar placée sur l'objectif est nécessaire tant pour observer que pour photographier le Soleil. Un tel filtre exclusivement réservé à cet usage atténue l'éclat du Soleil et l'énergie infrarouge d'un facteur 3 à 5 (filtre neutre de densité 3, 4 ou 5 dénommé ND3, ND4 ou ND5), c'est-à-dire qu'il ne transmet respectivement 1/1000e, 1/10000e ou 1/100000e de la lumière. Le modèle ND3 ou ND4 est destiné aux appareils photos et caméras et caméra CCD, le ND5 à l'observation visuelle.

A lire : Le filtre solaire

A gauche, la réponse spectrale de quelques filtres solaires commerciaux. Notez l'excellente transmission du filtre solaire optique T2 de Thousand Oaks Optical. Document F.Espenak/NASA-GSFC. Au centre, Fred Espenak se préparant à photographier l'éclipse du 7 mars 1970 au moyen d'une lunette de 60 mm d'ouverture et d'un téléobjectif, chacun équipé d'un filtre mylar.A droite, photomontage de l'éclipse du 14 novembre 2012 photographiée par Geoff Sims depuis Pormpuraaw au Queesland en Australie.

Vous trouverez ci-dessus à gauche, la réponse spectrale de quelques filtres solaires commerciaux. Notez l'excellente transmission du filtre solaire optique T2 de Thousand Oaks Optical qui offre par ailleurs une image orangée très agréable du disque solaire. Ce filtre rigide est nettement plus cher qu'une feuille mylar mais il offre la garantie de compter parmi vos accessoires les plus utilisés et durant des décennies si nécessaire sans subir la moindre altération.

2. Instrument d'optique et prise de vue

Concernant le champ couvert et la résolution des optiques, il faut savoir que l'image du Soleil sur un capteur photosensible est 109 fois plus petite que la longueur focale du système objectif. De plus, les capteurs photosensibles des APN au format DX de Nikon ou APS-C chez les autres fabricants mesurent 25.1x16.7 mm au lieu de 24x36 mm sur les réflex au format "full frame" FX. La diagonale des APN DX ou APS-C est de 29 mm contre 43 mm sur les réflex FX, soit un tiers plus petit. Cela signifie que selon les marques, la taille de l'image sur un APN réflex au format DX ou APS-C est 1.3 à 2 fois plus petite que celle d'un réflex 24x36 mm et l'angle de vue est également au moins un tiers plus étroit.

Ainsi, en utilisant un APN au format FX équipé d'un objectif standard de 50 mm de focale, l'image du Soleil (ou de la Lune) ne fera pas plus de 0.46 mm ! Même en l'agrandissant vous ne distinguerez pas grand chose (voir les images panoramiques ci-dessus). En pratique, en raison de son champ étroit (27x36.9° en format FX), cette optique est peu utile. En revanche, un grand-angle de 14 à 28 mm offrant un champ de 102 à 70° en format FX convient très bien pour des prises de vues panoramiques ou une séquence montrant l'évolution de l'éclipse.

L'échelle de l'image du Soleil

Variation de l'échelle de l'image du Soleil sur un support photosensible de 24x36 mm (format FX dit "full frame") en fonction de la longueur focale de l'optique. Pour rappel, l'image du Soleil sur un capteur photosensible est 109 fois plus petite que la longueur focale du système objectif. La taille de l'image sur un capteur au format DX ou APS-C est 1.3 à 2 fois plus petite que celle au format FX.

Pour photographier les détails proches du limbe comme des protubérances et éventuellement les grains de Baily, utilisez un téléobjectif avec ou sans doubleur de focale de 500 à 1000 mm de focale et pourquoi pas un catadioptrique mais de qualité, ce qui n'est pas courant. L'idéal est d'utiliser un petit instrument d'astronomie (petite lunette apochromatique ou petit télescope de 90 à 100 mm de diamètre ouvert entre f/7 et f/10 au foyer primaire).

En revanche, pour des vues générales de la couronne et des jets, une optique de 500 ou 1000 mm de focale offrant un rapport d'ouverture plus petit (f/5-f/7) permettra de photographier la couronne jusqu'à plus de 2 R soit 1.4 million de kilomètres. Mais mieux vaut utiliser une focale plus courte, entre 300 et 400 mm si vous souhaitez photographier toute l'étendue de la couronne et notamment les grands jets équatoriaux jusqu'à 4 ou 5 R sinon davantage.

Luminosité des composantes K, E et F de la couronne en fonction de la distance au Soleil comparée à la luminosité relative de la photosphère. Document Y. Shopov et al. adapté par l'auteur.

Précisons comme on le voit sur le schéma présenté à gauche que la composante F de la couronne constituée de poussière du milieu interplanétaire s'étend au delà de 12 R. Toutefois sa brillance à cette distance étant au moins 100 fois inférieure à celle du fond ciel durant l'éclipse (qui est déjà un milliard de fois plus faible que la photosphère), il est pratiquement impossible de la photographier au-delà de 5 ou 6 R.

Bien entendu, tout système optique aussi modeste soit-il convient également pour photographier une éclipse totale et certains se sont contentés de la photographier avec leur smartphone malgré la très petite taille de l'image du Soleil.

Rien ne vous empêche d'utiliser un petit téléobjectif de 50, 85, 135 ou 200 mm de focale combiné à un ou deux doubleurs de focale ("extender EF-II 2x" chez Canon et "teleconverter TC-20E-II" chez Nikon). Attendez-vous seulement à perdre assez bien de luminosité, à savoir 2 ouvertures ou "F-stops" pour un doubleur (faisant passer la vitesse d'obturation de par exemple 1/125 à 1/30 s pour une même ouverture de diaphragme). Seul inconvénient, sachant que la couronne se photographie généralement avec un 300 mm à faible vitesse (environ 1/8 s à f/5.6 pour 100 ISO), vous tombez rapidement dans les temps d'exposition très lents.

Vous pouvez également utiliser un APN ou une caméra numérique équipée d'un puissant zoom comme l'APN hybride Sony Alpha 6000 (a6000 ou ICLE-6000, ~500 € pour le boîtier en 2014) à optique interchangeable équipé d'un zoom Sony, Canon ou Sigma de 70-300 mm ou un bridge comme l'étonnant Nikon P9000 (~600 € en 2015) proposé avec un zoom numérique de 83x (un record) équivalent à un zoom 24-2000 mm f/2.8-6.5 !

En ce domaine, le nec plus ultra est le téléobjectif Leica de 400 mm f/2.8 UHD commercialisé entre 1992-1996 (7700$ en 2017) qui combiné à un doubleur ou tripleur de focale et au zoom optique d'un APN comme le Panasonic Lumix GH4 est équivalent à un zoom de 2000-15000 mm ! Voici un zoom sur la Lune réalisé avec ce Leica publié sur YouTube. Le résultat est bluffant. Son concurrent est le Canon EF 400 mm f/2.8L IS USM II (commercialisé depuis 2011, 9990$). D'autres vidéos du Soleil et de la Lune ont également été publiées sur YouTube. Bien entendu, pour ce prix on peut acheter une belle lunette apochromatique Sky-Watcher Esprit de 150 mm f/7 ED (5690 € pour le tube optique), un Celestron C11 de 279 mm f/10 (~4500 € avec une monture GoTo) voire même le tube optique d'un C14 (7300 €). Les téléobjectifs ont l'avantage d'être moins encombrants et plus versatiles mais d'un usage limité en astronomie.

3. Exposition

Vu l'éclat du Soleil, même sous filtre neutre il est recommandé de choisir une tès faible sensibilité pour préserver les détails, de l'ordre de 50 à 100 ISO. On peut bien entendu choisir une sensibilité plus élevée (400-640 ISO) pour les gros-plans mais ce n'est pas indispensable car on peut aussi choisir une vitesse d'obturation beaucoup plus lente. L'avantage d'utiliser une faible sensibilité est de préserver la qualité de l'image avec un très faible niveau de bruit. De plus, si la définition de l'APN (le nombre total de pixels de l'image) dépasse 15 Mpixels, cela permettra éventuellement d'agrandir l'image sans de suite voir la pixelisation.

Concernant la vitesse et l'ouverture du diaphragme à adopter, à titre d'information pour une sensibilité de 100 ISO, l'exposition durant la phase partielle peut varier entre 1/15 et 1/4000 s selon les optiques et les conditions. Il est donc impératif de faire des essais auparavant en photographiant le Soleil ordinaire à travers un filtre solaire.

Concernant le diaphragme, le meilleur piqué s'obtient entre 2 et 3 diaphragmes ou "F-stops" avant l'ouverture maximale de l'optique. Au-delà, on observe une légère perte de résolution et donc les détails sont un peu moins nets. Fermez donc légèrement le diaphragme et réalisez de nombreuses photos différemment exposées. Il est important de fermer un peu le diaphragme (plutôt que de jouer sur la vitesse d'obturation) car nous allons devoir l'ouvrir à la fin de la phase partielle.

A télécharger : Total Eclipse Sheet (PDF), Space.com

How to Photograph the Solar Eclipse, Alan Dyer

How to Photograph a Solar Eclipse, Nikon/Fred Espenak

Trois images de l'éclipse du 11 juillet 1991. A gauche, une image prise depuis le Mexique par Chuck Vaughn (AA6G) au moyen d'une lunette Astro-Physics Starfire de 178 mm f/9 portée à f/6 sur film Fuji Velvia 50. Il s'agit du compositage de 6 image (cf. details). Au centre, l'éclipse photographiée depuis Mauna Kea à Hawaii. A droite, une image composite réalisée par Fred Espenak de la NASA depuis San Jose del Cabo à Baja au Mexique au moyen d'un Celestron C90 de 90 mm f/11 équipé d'un appareil photo Nikon FE muni d'un film Kodachrome 64 et d'un téléobjectif catadioptrique Tamron de 500 mm f/8. Il s'agit du compositage de 14 images.

Ensuite, choisissez les images les plus nettes et les plus contrastées et adoptez ce temps d'exposition pour photographier le Soleil durant toute la phase partielle. Mieux vaut une image du Soleil légèrement sous-exposée que surexposée. La surface solaire gardant une luminosité constante il ne sera pas nécessaire de compenser l'exposition sauf lorsque le fin croissant apparaîtra. A ce moment là ouvrez le diaphragme de 2 ouvertures ou 2 F-stops (-2 EV ou -2 IL), passant par exemple de f/8 à f/4.

S'il y a des protubérances roses dans la basse couronne, vous pouvez les photographier mais comme l'anneau de diamant et les grains de Baily, il faut utiliser des vitesses très élevées (par ex. 1/500 à 1/2000 s à f/8 pour 50 ou 100 ISO) sinon elles seront surexposées et noyées dans la clarté de la couronne.

Dans tous les cas, travaillez toujours en mode manuel afin de contrôler les paramètres de prise de vue et en particulier le temps d'exposition. Vous pouvez également pilotez votre appareil photo depuis un ordinateur muni par exemple du logiciel Eclipse Orchestrator qui permet de gérer toute la séquence automatiquement. Notons qu'il existe également Solar Eclipse Maestro mais malheureusement l'auteur ne le propose que pour Mac OS.

A télécharger : Eclipse Orchestrator, Moonglow Technologies

Simulateur et programmateur en temps réel des appareils photos

A gauche, image composite de l'éclipse du 21 août 2017 photographiée par Jerry Lodriguss depuis Bandit Springs en Oregon. Cette image HDR fut réalisée avec une lunette Astro-Tech AT65Q de 65 mm f/6.5 équipée d'un APN Canon 7D Mark II relié au logiciel "Solar Eclipse Maestro". Elle résulte de l'empilement de 36 images exposées entre 1/4000 s et 2 s à 200 ISO complétées par 128 images calibrées (biais et champ plat). A droite, image composite de la même éclipse photographiée par Sebastian Voltmer depuis Pavillion au Wyoming et traitée avec la même technique de calibration. Il s'agit du compositage de 35 images calibrées (biais et plats) exposées 1/250, 1/125, 1/60, 1/30, 1/15, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, et 4 s au foyer d'une lunette Celestron de 80 mm ED équipée d'un APN Nikon D800 fixé sur une monture AstroTrac TT320X-AG.

Durant la phase de totalité n'oubliez pas de retirer le filtre solaire. La couronne étant un million de fois plus pâle que la photosphère, vous pouvez l'observer visuellement sans aucun risque, même au télescope, mais dans ce cas soyez très prudent et vérifier le temps qui s'écoule jusqu'au 3e contact car à cet instant le Soleil recommencera à briller de tous ses feux.

La couronne étant gazeuse, sa partie interne, près du disque solaire est la plus brillante tandis que son éclat s'évanouit progressivement à mesure qu'on s'écarte du limbe.

Il est recommandé d'exposer vos images entre 1/500e et 1/2000e de seconde si vous voulez photographier la couronne interne, à moins de 1 R (rayon solaire) et jusqu'à plusieurs secondes pour enregistrer la couronne externe jusqu'à 6 ou 8 R. La vitesse d'obturation exacte dépend de votre système optique et notamment du rapport d'ouverture car il détermine la luminosité du système optique.

L'astronome Fred Espenak du centre GSFC de la NASA et chasseur d'éclipses propose une formule simple pour estimer le temps d'exposition t en fonction du rapport focal f de votre optique, de la sensibilité du capteur I exprimée en ISO et d'un facteur de brillance Q :

t = f 2 / (I x 2Q)

Q prend les valeurs suivantes en fonction de la luminosité :

Sujet à photographier

Facteur Q

Phase partielle, filtre neutre de densité 4.0

Phase partielle, filtre neutre de densité 5.0

Grains de Baily

Chromosphère

Protubérances

Couronne jusqu'à 0.1 R

Couronne jusqu'à 0.2 R

Couronne jusqu'à 0.5 R

Couronne jusqu'à 1.0 R

Couronne jusqu'à 2.0 R

Couronne jusqu'à 5.0 R

Couronne jusqu'à 8.0 R

11

8

11

10

9

7

5

3

1

0

-1

-3

4. Séquence panoramique

Comme on le voit ci-dessous, vous pouvez réaliser une séquence panoramique montrant l'évolution de l'éclipse sur une période d'environ 2 heures. Il y a deux méthodes de prise de vue : la surimpression et le photomontage.

Intéressons-nous d'abord au photomontage qui est aussi la technique la plus facile à maîtriser. Précisons avant tout que les photographes professionnels et les puristes comme ceux qui travaillent pour le National Geographic considèrent qu'une image corrigée après la prise de vue ou un photomontage ne mérite pas d'être publié (aucune image publiée dans ce magazine n'est truquée ou corrigée, cf. cet article à propos d'une photo des pyramides corrigée publiée en 1982). Mais ce n'est pas l'avis de la majorité des photographes amateurs, encore moins des astrophotographes car la photographie astronomique présente des contraintes qui n'existent pas en photographie traditionnelle. Ainsi l'utilisation de techniques spécifiques comme le compositage LRGB, l'empilement, la photo HDR ou le photomontage sont souvent indispensables pour obtenir une bonne photo astronomique et les excellentes photos présentées sur cette page l'ont démontré.

Ceci étant précisé, après la météo, la deuxième chose à vérifier est la trajectoire apparente du Soleil durant toute la durée de l'éclipse et éventuellement, si vous souhaitez réaliser une belle composition, son emplacement par rapport au paysage, les obstructions éventuelles (arbre, batiments, etc) et les objets ou activités indésirables (éclairage public, véhicules, aéroport, mouvement de foule, etc).

Pour éviter toute mauvaise surprise, il faut donc préparer la prise de vue (par exemple en vérifiant la ligne de centralité sur le site de la NASA puis les lieux s'y trouvant via Google Maps) en vous rendant en divers lieux présélectionnés plusieurs jours avant et à la même heure que l'éclipse (et en tout cas à l'heure de la phase de totalité) pour vérifier son accessibilité et sa situation. On reviendra en détail sur le sujet dans l'article suivant.

A consulter : Préparation d'une éclipse de Soleil

Trois photomontages réalisés selon la même technique à savoir une succession de photos individuelles superposées après la prise de vue. A gauche, aspect général de l'éclipse du 14 novembre 2012 photographiée par Ben Cooper à l'ouest du mont Carbine, près de Cairns dans le Queensland en Australie. Au centre, photomontage de l'éclipse totale du Soleil du 16 février 1980 photographiée depuis Ankola, à 200 km au sud de Bombay, en Inde par Akira Fujii. Il utilisa un réflex moyen format Mamiya Press équipé d'un objectif de 100 mm f/2.8. Les images ont été prises à intervalles de 5 minutes à 1/125 s à f/11 sous filtre ND4 durant la phase partielle et de 1/2 s à f/4 sans filtre durant la totalité puis juxtaposées. A droite, l'éclipse du 21 juin 2001 en Zambie photographiée par Fred Espenak avec un Nikon 8008 (argentique) équipé d'un objectif Sigma de 28 mm f/5.6.

Pour la prise de vue, utilisez simplement la télécommande de votre APN et programmez-le un peu comme vous le feriez pour du time-lapse afin de réaliser une photo toutes les 10 minutes pendant 2 heures (en pratique prenez une photo au moins toutes les minutes sinon plus rapidement). Il vous suffira ensuite de combiner toutes ces photos dans un logiciel de traitement d'image comme Photoshop par exemple.

Notons que généralement il est plus facile de réaliser ce photomontage sur un fond sombre (ou noir) afin que l'image du disque lunaire durant la phase de totalité reste opaque. Sinon son incrustation sur le fond clair d'un paysage en fusionnant les contours (mode "blending" Screen, Pin light, etc) le rendra semi-transparent comme on le voit ci-dessous à droite. Dans ce cas il faut essayer d'autres modes de superposition comme "Hard light" ou "Linear light" pour la phase de totalité comme on le voit ci-dessous à gauche et au centre en veillant à ne pas perde de détails dans la couronne. Il faut donc procéder par essais et erreurs jusqu'à trouver le mode de surimpression le plus adéquat. On reviendra plus loin sur le traitement d'image.

A consulter : Calculatrice solaire

A gauche, photomontage de l'éclipse du 21 août 2017 photographiée par Alan Dyer au foyer d'une lunette Astro-Physics de 106 mm portée à f/5. La phase de totalité comprend 7 images exposées entre 1/1600 s et 1/15 s traitées sous filtre High Pass et fusionnées sous Photoshop pour accentuer les détails. Les 2e et 3e contacts (grains de Baily) furent photographiés à 1/4000 s. La phase partielle fut photographiée à 1/2500 s sous filtre solaire Thousand Oaks Optical. Au centre, photomontage de l'éclipse du 26 février 1998 photographiée depuis Willemstad à Curaçao, près d'Aruba par Thierry Lombry avec un réflex argentique Pentax MX équipé d'un téléobjectif Pentax de 300 mm f/4 et d'un film Kodachrome 64. La phase partielle fut exposée à 1/100 s à f/5.6 sous filtre solaire mylar. L'image de la totalité est composée de deux images exposées 1/100 s et 1/2 s à f/5.6 puis traitées sous filtre High Pass pour accentuer les détails dans la couronne. Deux modes de fusion différents ont été utilisés pour la phase partielle et pour la totalité afin de préserver la noirceur et l'opacité du disque lunaire. A droite, photomontage de l'éclipse totale de Soleil du 20 mars 2015 photographiée par Rebecca et Remy Hoehener depuis les îles Féroé. Noter la tonalité plus claire et bleutée de la Lune qui prend l'aspect de l'arrière-plan en raison du mode de fondu utilisé (mode "Screen" sous Photoshop). Malgré ce défaut, la photo fut primé en 2015 par l'Observatoire Royal de Greenwich.

S'il fallait encore rassurer les amateurs, de célèbres astrophotographes comme Akira Fujii et Fred Espenak ont fréquemment utilisé la technique du photomontage. Quand la composition est soignée et les couleurs équilibrées, un photomontage peut donner une image très esthétique.

La technique de la surimpression est plus difficile à maîtriser. Entraînez-vous au préalable en photographiant la progression du Soleil normal pendant au moins 1 heure car il y a plusieurs difficultés à surmonter : ne pas surexposer la scène ni le Soleil et réaliser correctement des expositions multiples. S'ajoute au défi le cadrage qu'il faut vérifier au préalable avec un logiciel de simulation (cf. par exemple Stellarium qui est gratuit) et la vitesse apparente du Soleil pour déterminer l'intervalle entre chaque surimpression. Etant donné le risque de surexposition et donc la probabilité élevée de rater la photo qu'il sera impossible de recommencer, pratiquement plus personne n'utilise cette technique, tous les photographes préférant la souplesse du photomontage.

Précisons que si vous utilisez simultanément un autre APN muni d'un téléobjectif ou un télescope, étant donné que vous ne pouvez pas être partout à la fois, il est utile d'utiliser l'assistance d'un programme gérant la prise de vue comme Eclipse Orchestrator (PC) ou Solar Eclipse Maestro (Mac OS) évoqué précédemment, mais ce n'est pas obligatoire. Seule contrainte, cela vous oblige à emporter un ordinateur portable avec vous d'une autonomie d'au moins 3 heures et autant pour les batteries de l'APN.

A gauche, l'éclipse du 21 août 2017 photographiée au bord du lac Phillips en Oregon par Rogelio Andreo. Il s'agit du compositage de deux images. Selon l'auteur ce n'est pas une mise en scène car la jeune femme s'est avancée spontanément dans le lac au moment de la totalité. Au centre et à droite, l'éclipse du 11 août 1999 photographiée à Salzbourg, en Autriche, repectivement par Dan Falk et par Masami Ohkuma, ce dernier utilisant un boîtier Pentax 6x7 équipé d'un objectif de 55 mm f/5.6. Film Fuji REARA 220 ISO. Noter la présence de Vénus sous le Soleil.

Enfin, ne comptez pas trop sur un vol en avion pour réaliser vos meilleures photos d'éclipes. En effet, que ce soit à bord d'un long courrier ou d'un petit Liner, les prises de vues s'effectuent à travers les hublots. Non seulement, ils se composent d'un double vitrage mais ils ne sont pas de qualité optique, ce qui peut générer des reflets, même si vous utilisez un filtre polarisant et un téléobjectif. De plus, il est diffficile de réaliser des photographies à longue pose (plus lentes qu'une fraction de seconde) en raison des vibrations des moteurs. Mieux vaut réserver l'avion à des prises de vues panoramiques du plus bel effet en raison du contraste des couleurs entre le noir du ciel, le bleu de l'atmosphère et le jaune-blanc des nuages et quelques séquences vidéos zoomées au moment de la totalité, la caméra ou l'APN étant fixé sur un trépied stabilisé genre Gimbal.

A voir : Eclipse totale de Soleil du 8 mars 2016 filmée depuis un B737-800

Eclipse totale de Soleil du 21 août 2017 près des côtes de l'Oregon par B.Tafreshi

Eclipse totale de Soleil du 20 mars 2015 filmée depuis un Falcon 7X

5. Format d'image et définition

Les photos doivent si possible être enregistrées au format RAW pour préserver toute les informations sur les conditions de prises de vues et les couleurs. A défaut on se contentera du format JPG mais non compressé pour éviter de perdre des détails.

Notons que les APN disposant de capacité vidéo et autres caméscopes équipés d'une sortie HDMI 4K peuvent tirer avantage de l'enregistreur externe Atomos Shogun (1800 €) sorti en 2014. Adapté aux prises de vues rapides de phénomènes fugitifs (éclairs, TLE, etc., jusqu'à 30 fps en 10 bits au format RAW), il permet d'enregistrer des séquences en définition HD 4K. Sa souplesse d'utilisation en fait un accessoire très prisé des photographes avertis (voir la courte revue sur Focus Numérique).

Lorsque le spectacle est terminé, il reste encore beaucoup de travail à effectuer sur ordinateur pour le photographe qui souhaite tirer le maximum de ses photos, en particulier pour faire ressortir tous les détails dans la couronne. C'est l'objet de la dernière partie où nous évoquerons pour terminer les effets des éclipses sur la nature.

Dernière partie

Le traitement d'image

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