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Quel oculaire choisir ?

Une question de grossissement (II) 

Grossissement très fort

L’oculaire offre une pupille de sortie comprise entre 0.8 – 0.6 mm soit 2 à 3 fois le diamètre de la macula de la rétine qui mesure ~0.3 mm où les images sont les plus détaillées. Ce type d'oculaire grossit entre 1.3 - 1.7x par mm d’ouverture (30 – 41.9x pia), d'où la valeur de 1.5x souvent prise comme référence. Il s'agit du grossissement maximum préservant la qualité de l'image.

C'est dans cette configuration que la qualité de l'image est préservée et en particulier son contraste. Il permet en général de résoudre l’étoile centrale des plus petites nébuleuses planétaires. 

Performances théoriques des télescopes amateur

Diamètre de

l'objectif

Magnitude

visuelle limite

Pouvoir de

résolution

Grossissement

maximum

50 mm 10.2 2.5"

125x

60 mm 10.9 2.0"

150x

80 mm 11.2 1.5"

200x

100 mm 12.0 1.1"

250x

125 mm 12.5 0.9"

312x

150 mm 13.8 0.8"

375x

200 mm 14.4 0.6"

500x

250 mm 14.8 0.5"

625x

300 mm 15.5 0.4"

750x

400 mm

16.0

0.3"

1000x

Grossissement maximum

L’oculaire offre une pupille de sortie entre 0.6 et 0.2 mm et grossit entre 1.7x et 2.5x par mm d’ouverture (plus de 42x pia). Toutefois, au grossissement de 2.5x par mm d'ouverture l'image est 30 à 50% plus petite que le diamètre de la macula. Entre d'autres termes, l'image perd ses détails. De plus, l'image devient sombre et le confort visuel est sensiblement dégradé, d'autant plus si l'oculaire présente une petite pupille de sortie et un faible relief oculaire (oculaires de type H ou MA). Enfin, s'il y a de la turbulence, l'image danse sous vos yeux au point qu'elle devient illisible.

Ce grossissement convient surtout aux optiques jusqu’à 200 mm d’ouverture car au-delà son usage est plus limité car les instruments de grands diamètres deviennent sensibles aux effets de la turbulence et des mauvaises conditions atmosphériques qui noyent tout le potentiel de ce type d’oculaire. Dans des instruments de 125 à 200 mm d’ouverture, un grossissement jusqu’à 2.5x par mm d’ouverture peut par exemple aider les observateurs débutants à distinguer les principaux détails planétaires : les ceintures de Jupiter, la division de Cassini sur Saturne, une faille sur la Lune.

Mais il peut aussi être utilisé dans des instruments d'au moins 200 mm d’ouverture à condition de bénéficier d’un site d’observation idéal (ciel noire d’encre, temps sec et atmosphère calme), permettant de pousser l’instrument au-delà de ses limites sans perte de qualité. Mais de tels endroits sont plutôt rares (site d’altitude, désert, ile peu peuplée, etc).

En fait, ce type d’oculaire convient en priorité aux télescopes d’au moins 300 mm d’ouverture dans lequels il permet sans trop de difficultés d’observer l’étoile centrale de certaines nébuleuses planétaires comme M57, les cratelets à la surface de la Lune ou la division d’Encke de Saturne.

Méfiez-vous de la taille de certains oculaires : les modèles haut de gamme adaptés au coulant de 50.8 mm (2") sont parfois... monstrueux et leur poids dépasse 1.1 kg (sans parler de leur prix qui dépasse tout entendement) !

Un grossissement compris entre 1.7x et 2.5x par mm d'ouverture est généralement utilisé pour effectuer les tests de collimation et contrôler la qualité instrumentale ainsi que pour résoudre des objets très difficiles commes les étoiles doubles à la limite de la résolution, dont le couple présente une différence d’éclat très élevée ou tout simplement pour observer des étoiles doubles inséparables, sous le disque d’Airy mais dont il vous est possible d’observer la forme binaire allongée.

Bien qu’il s’agisse d’un grossissement difficile à utiliser de manière régulière dans un télescope de diamètre inférieur à 150 mm, il permet également à ce type d’instruments de résoudre des détails dans le coeur des nébuleuses planétaires ou chaotiques grâce à la vision décalée (vous ne regardez pas directement l’objet mais juste un peu à côté afin que son image vienne frapper les zones de votre rétine plus sensibles aux faibles lumières). Mais ceci ne sera possible que sous un ciel clément bien sombre et pour des instruments de très bonne facture.

Quant aux grossissements compris entre 3.3 - 3.6 x par mm d’ouverture, ils sont réservés aux tests optiques ou pour observer occasionnellement des étoiles doubles sous le disque d’Airy, mais de manière générale les grossissements supérieurs à 3.3x par mm d’ouverture sont très rarement utilisés voire inutiles.

Ne parlons pas des oculaires offrant un grossissement de 4x et plus par mm d'ouverture. Les commerçants ventant de tels grossissements - par exemple 250x pour une lunette de 60 mm - sont simplement incompétents voire des escrocs car ce diamètre peut difficilement supporter des grossissements supérieurs à 150x !

La gamme des conceptions optiques est très vaste, du simple Huygens au Nagler. Les prix commencent vers 15 euros mais n'ont pas de limite. Documents Edmund Optics et Jodrell Bank adaptés par l'auteur.

Un coulant de 31.75 ou 50.8 mm ?

Quel peut-être le bénéfice d'utiliser un oculaire présentant un coulant de 50.8 mm (2") vis-à-vis d'un modèle de 31.75 mm (1.25") ? A première vue le champ apparent doit être identique dans un oculaire de 50.8 mm ou de 31.75 mm de diamètre. En réalité les deux oculaires ne sont pas tout à fait identiques.

Le TV Nagler de 12 mm  type 4.

Examinons quelques exemples. Certains fabricants vendent le même oculaire dans les deux diamètres, comme l'Axiom de 19 mm de Celestron qui existe en 50 et en 31.75 mm. Tele Vue vend des oculaires hybrides comme le 12 mm Nagler de type 4 et le Panoptic de 22 mm dont le coulant s'adapte aux portes-oculaires de 50 et de 31.75 mm. Vixen vend un 22 mm LVW Lanthanum Superwide offrant les deux coulants

Meade propose un 40 mm dans les deux diamètres, mais dans ce dernier cas les optiques sont différentes. Le 50.8 mm de diamètre est un oculaire super grand champ (SWA Plössl 4000) offrant un champ apparent de 67° alors que le modèle de 31.75 mm est un Plössl ordinaire (Super Plössl 4000) qui présente un champ apparent de 44° seulement. 

Pour une même construction optique et une même focale on peut dire que dans un oculaire de 31.75 mm de diamètre, le cône de lumière est plus étroit que dans celui d'un 50.8 mm. Le champ apparent du premier est donc réduit et plus restreint par construction comparé au second oculaire qui bénéficie d'espace supplémentaire du fait de son plus grand diamètre.

Techniquement parlant, si nous comparons les spécifications des oculaires nous pouvons extraire certaines constantes. Quelle que soit la longueur focale par exemple, il y a un champ maximum de vision. Calculé empiriquement il apparaît que le champ apparent multiplié par la longueur focale est toujours inférieur à 1600 rad (ou 1600/57.3 = 27.9 mm) dans un oculaire de 31.75 mm sous 40 mm de focale exceptés les Siebert, et inférieur à 2800 rad (48 mm) pour les 50.8 mm de diamètre, même pour les plus faibles grossissements.

Sans parler du modèle optique et du rapport focal, l'anneau qui délimite la largeur du champ agit comme un diaphragme limitant la largeur du cône de lumière et le diamètre du champ apparent d'un oculaire. Cette délimitation du champ permet également de réduire l'effet de vignetage.

En fait, notre paramètre critique présente la même valeur que la dimension du champ réel des oculaires. Ainsi, si vous achetez un oculaire hybride 50-31.75 mm, il y a de fortes chances que la limite du champ soit interne et que la mesure du champ réel soit difficile à déterminer. Dans ce cas, en l'absence de lentille relai, la limitation due au 31.75 mm se verra certainement et vous perdrez tout l'avantage du diamètre de 50.8 mm et de son champ plus étendu. 

Sur le terrain le résultat est évident : dans une lunette de 100 mm f/9, un oculaire de 40 mm offre un grossissement de 23x indépendamment du design optique. Mais les choses changent dès que vous comparez le champ réel des oculaires. Le Plössl SWA de Meade  par exemple, présente un champ réel de 2°54' alors que le Super Plössl atteint avec difficulté 1°55'. Le plus grand diamètre offre la sensation de "voler entre les étoiles" que ne donne pas le 31.75 mm. Avec l'expérience, quand vous reviendrez à votre oculaire de 31.75 mm de diamètre, vous aurez l'impression de regarder les étoiles à travers un tunnel car vous serez contraint par les limites du champ !

Toutefois tous les télescopes ne supportent pas les deux coulants. Ils sont souvent réservés aux instruments de très grande qualité ou à ceux de grands diamètres et donc généralement très chers. Un NexStar 5 par exemple est construit pour utiliser des oculaires et des accessoires de 31.75 mm mais rien de plus large. 

Un plus grand coulant peut également amplifier les problèmes atmosphériques. Dans certaines contrées un oculaire de faible focale comme le Super Plössl 4000 de 32 mm de Meade par exemple (52° de champ apparent) est le seul oculaire de faible puissance pratiquement utilisable et on est obligé d'oublier tous les autres de 40 ou 55 mm de focale qui sont pourtant de haute qualité. 

Si votre site d'observation est pollué par la lumière artificielle et si vous ne pouvez pas bénéficier d'un ciel noir d'encre où les étoiles de magnitude 6 sont régulièrement visibles, un oculaire présentant une focale légèrement plus courte assombrira le fond du ciel, en offrant un meilleur contraste des objets. En même temps votre champ réel de vision ne sera pas très éloigné de celui offert par votre oculaire le plus faible, mais vous gagnerez plus d'étoiles faibles en raison de l'augmentation du grossissement et finalement vous apprendrez vite à apprécier ce champ constellé d'étoiles.

Celestron Axiom de 50 et 15 mm, Tele-Vue Plössl de 55 mm et Meade SWA Plössl série 4000 de 56 à 9.7 mm. Documents constructeurs.

Aussi l'avantage du 50.8 mm de diamètre sur le 31.75 mm dépend avant tout des performances de votre instrument ainsi que de la dimension du champ réel de vision, qui dépend de vos caractéristiques optiques. L'autre critère à prendre en considération est le grossissement vis-à-vis de la taille du champ réel sachant qu'il est plus utile de réduire un tout de petit peu le champ de vision pour gagner quelques étoiles faibles.

La luminosité des oculaires

Toute surface air-verre d'une optique peut produire une réflexion parasite. Une lentille peut contenir jusqu'à 2 surfaces en contact avec l'air. La perte totale de lumière peut atteindre environ 4% par lentille. Si vous utilisez un oculaire non traité contenant 8 lentilles, la perte de lumière atteindra (1 - (0.96)8) ~ 28%. Ceci explique déjà pourquoi, à focale égale, un oculaire disposant de 4 lentilles sera toujours plus lumineux qu'un oculaire disposant de 6 ou 8 lentilles.

On peut réduire ces réflexions parasites et augmenter le contraste de l'image en recouvrant chaque surface air-verre d'une protection anti-reflet. C'est le fameux traitement "super multicouche" dénommés "fully mutlticoated", SMC et autre UHT. Un oculaire bénéficiant de ce traitement verra ses réflexions parasites diminuer d'environ 3.5% par lentille traitée.

Outre la question du traitement multicouche, il y a celle de la conception des oculaires. Par facilité, un opticien va ajouter une lentille pour corriger une aberration optique. On peut ainsi se retrouver avec 8 lentilles dans un oculaire offrant un champ apparent de.. 45° ou dans un soi-disant grand champ de... 60°. Mais ce n'est par pour autant qu'il donne une belle image ou ne présente pas des aberrations résiduelles ! En revanche, des maîtres-opticiens (Meade, Tele Vue, Pentax, Zeiss, etc) peuvent diminuer le nombre de lentilles jusqu'à 4 ou 5 tout en offrant un champ apparent de 60-65° libre d'aberration ou atteindre avec 6 ou 7 lentilles un champ apparent de 82° pratiquement excempt d'aberration ! Bien entendu, ces oculaires hauts de gamme sont deux ou trois fois plus chers que les premiers.

Globalement, même si le prix d'un oculaire peut conditionner un achat, étant donné son importance, il vaut mieux y investir une bonne centaine d'euros sinon plus au risque d'affecter la qualité de vos images. Si vous avez acheté un instrument de qualité, il mérite sans doute mieux que des oculaires à quelques dizaines d'euros bourrés d'aberrations et d'images fantômes, même dans des télescopes lents (rapport focal élevé) !

Quel oculaire pour quel sujet ?

Après avoir défini le potentiel des oculaires on peut en déduire leur champ d’application. Avant toute chose, on ne le dira jamais assez aux débutants, méfiez-vous des publicités ventant des grossissements de plusieurs centaines de fois pour des petits instruments inférieurs à 200 mm d’ouverture, texte généralement présenté sous des images en haute résolution prises avec des moyens professionnels ! Voyez ce que nous avons dit à propos des limites théoriques des télescopes et de chaque type d’oculaire et vous comprendrez que les grossissement les plus élevés nécessitent de gros télescopes et des conditions d’observation particulières que l'on rencontre très rarement sous nos latitudes tempérées.

En fait tout oculaire peut atteindre les plus forts grossissements s’il est utilisé en conjonction avec une lentille de Barlow, ou mieux, avec une Powermate de Tele Vue, ce qui permet de doubler, tripler ou quintupler son grossissement. Vous sauterez ainsi sans problème dans la catégorie des oculaires très puissants, offrant un grossissement maximum, mais à quel prix ? Car en utilisant ce stratagème optique, au-delà de 3x la qualité visuelle de vos images sera très dégradée en raison d’une forte perte de contraste et votre système sera pour ainsi dire inutilisable visuellement ! Ce n’est vraiment pas la solution à adopter pour des observations visuelles (ni même photos où vous allez multiplier par 4 voire même décupler le temps de pose bien que cette solution soit malgré tout utilisée, notamment pour la photographie de Mars en haute résolution).

L'association oculaire + Powermate n'est pas seulement utile que pour gagner un peu d'argent si vous ne voulez pas investir dans un oculaire de plus courte focale. Cette combinaison préserve également la luminosité de votre système optique. En effet, même en photographie planétaire où vous avez besoin de longues focales pour distinguer les détails et de lumière pour augmenter le contraste, mieux vaut abandonner les oculaires au profit des seules Powermate. Dans ce cas, pour la photographie de petits sujets brillants comme Mars en opposition par exemple, même deux Powermate 2x imbriquées ou une Powermate 5x donnera d'excellents résultats en préservant mieux la luminosité du sujet qu'un oculaire.

Une lentille de Barlow ou une Powermate rend également d’excellents services pour doubler la focale des lunettes astronomiques offrant un court rapport focal, ce qui leur permet de pousser quelque peu leur grossissement. L'optique étant très lumineuse au départ (f/5- f/6), elle restera suffisamment lumineuse au double de son rapport focal standard. Voir à ce propos l’article consacré au choix d'un petit télescope portable et polyvalent.

En pratique, si vous désirez observer les nébuleuses et les galaxies, sachant qu’il s’agit d’objets présentant une surface très peu contrastée par rapport aux étoiles ou aux planètes, vous ne pourrez les observer correctement, c’est-à-dire dans des conditions préservant leur faible luminosité et donc avec suffisamment de contraste pour qu’elles se détachent sur le fond ciel, qu’en utilisant des grossissements faibles ou moyens, bien que certaines catégories d’objets comme les amas globulaires ou les petites nébuleuses planétaires supportent des grossissements élevés ainsi que nous l’avons expliqué.

Si l’observation planétaire en haute résolution vous intéresse, ces corps célestes étant très brillants, ils supportent sans problème des oculaires de moyennes et fortes puissances qui vous révéleront des détails jusqu’à la résolution de l’instrument.

Dans tous les cas, si les oculaires de faibles et moyens grossissements conviennent à pratiquement tous les sujets (mais pas nécessairement à tous les instruments en fonction de leur rapport focal), réservez les oculaires offrant les plus forts grossissements à des situations d'exception. Par nature ils nécessitent les meilleures conditions d'observations et des instruments parfaitement corrigés pour toutes les aberrations au risque d'accentuer leurs défauts, surtout si le rapport focal du foyer primaire est assez petit (f/5-f7).

Combien d’oculaires faut-il acheter ?

Finalement on en arrive à la question la plus intéressante, combien d’oculaires faut-il acheter ? Question piège ! Car si je vous dis 4 vous allez me dire après calcul qu’il manque tel ou tel grossissement intermédiaire qui vous permettra d’englober tel champ d’étoiles. Je pourrais aussi vous dire aucun, et je m’en sortirais par une pirouette en vous proposant d’acheter un oculaire zoom…

En fait chaque type d’oculaire trouve une application spécifique car à chaque grossissement correspond un champ réel, une clarté et une résolution déterminées par l’ensemble du système optique considéré.

Il est donc facile de comprendre qu’en fonction du grossissement que vous choisirez certains objets brillants apparaîtront (les étoiles ou des amas d’étoiles compacts) ou afficheront plus de détails (tous les objets du système solaire) tandis que certains autres deviendront plus sombres (la plupart des objets à faible contraste du ciel profond et les comètes).

Le choix des oculaires est donc tout aussi important que le choix de votre instrument d’optique puisqu’il conditionne ce que vous pourrez observer dans le ciel et la qualité de vos images !

Plusieurs critères sont à considérer et le facteur pécunier n’est pas le moindre car les oculaires offrant un champ apparent étendu (plus de 60°) tout en préservant le contraste et en minimisant les aberrations de troisième ordre requièrent un travail d’optique complexe réservé à quelques maîtres opticiens qui justifie en partie leur prix élevé.

En fait il n’y a pas de solution idéale et votre choix dépendra avant tout de vos centres d'intérêts, du temps que vous voulez y consacrer et de vos moyens financiers. Vous pouvez acheter 2 oculaires et une Powermate ou 4 oculaires de focale fixe dédiés chacun à une catégorie d’objets : grand champ, vue générales, haute résolution, conditions limites.

Certaines amateurs avertis ont commencé par 3 oculaires et s’en contentent toute leur vie. D’autres ont débuté de la même manière et disposent aujourd’hui d’une collection si riche, au sens propre comme au figuré, qu’elle fait envier les constructeurs.

Vous pouvez aussi choisir une solution intermédiaire en achetant 2 ou 3 oculaires haut de gamme, une Powermate et éventuellement un oculaire zoom.

Le choix des oculaires repose en fait sur leurs qualités optiques par rapport à votre instrument. Si vous disposez par exemple d’une lunette de courte focale achromatique, et si vous vous y connaissez en optique, beaucoup d’oculaires vous sembleront imparfaits car ils présenteront des irisations colorées ou des déformations (coma, astigmatisme, etc) sur un bon tiers du champ en raison d’un manque général de correction du 3eme ordre. Un amateur peu informé n’y verra peut-être que du feu et jugera cet oculaire tout à fait convenable. Et il n’a pas tord car il ne voit peut-être même pas ces nuances colorées autour des étoiles ou des objets brillants ou en tous cas elles ne le dérange pas. Il a fait le bon choix.

Inversement, si vous utilisez un télescope dit lent, offrant un rapport focal élevé (f/9-f/15), pratiquement n’importe quel oculaire fera l’affaire car les aberrations, car elles existent bien, seront en réalité rejetées en dehors du champ réel de votre oculaire.

Aussi avant de choisir vos oculaires, renseignez-vous sur les aberrations optiques auxquels seraient sujets ceux que vous convoités en fonction des rapports focaux ou des systèmes optiques que vous allez utiliser. Mettez de préférence la barre assez haute car il serait désolant de passer le restant de votre vie avec un oculaire offrant une image sombre et déformée si pour quelques dizaines d’euros de plus vous pouviez avoir un oculaire de très bonne qualité.

Quelques conseils en guise de conclusion

Pour terminer, ne faites jamais trop confiance à la publicité et n’écoutez que partiellement l’avis des amateurs qui ont acquis certains modèles d’oculaires car il est toujours délicat pour un amateur, connaissant a posteriori bien le sujet, de devoir admettre qu’il a fait un mauvais choix. Si vous doutez de son objectivité, questionnez-le sur des détails ou essayez de recouper son avis avec celui d'autres utilisateurs.

L'idéal est d'interroger directement le fabricant ou les maîtres opticiens de Tele Vue, Astro-Physics, Meade ou Celestron (les plus accessibles). Consultez également des avis impartials comme les comptes-rendus de tests ou des comparatifs effectués par des amateurs avertis et publiés dans les magazines ou sur Internet. Seule difficulté, cela nécessite parfois certaines connaissances en optique.

Comme dans beaucoup de domaines, considérez l’avis des personnes individuelles comme instructif dans la mesure où ils peuvent vous mettre en garde contre les limitations bien connues de certains modèles d’oculaires ou des problèmes technique (tirage limité, sensibilité à l'humidité, etc). Mais ce n’est pas parce qu’un amateur vous dit que tel oculaire présente des aberrations dans son télescope qu’il présentera des aberrations dans le vôtre car vous ignorez à quel rapport focal il l’utilise, f/5 ou f/12 ? Ca fait toute la différence ! Et rappelez-vous bien que la qualité d’un oculaire se détermine par rapport à l’instrument que vous utilisez et jamais dans l’absolu et surtout pas sur catalogue.

Enfin, vous trouverez également d'autres explications dans le dossier consacré au choix d'un télescope (les accessoires) ainsi que tous les détails sur les oculaires dans les deux articles rédigés en anglais How to select an eyepiece ? et Optical aberrations. La Calculette virtuelle de Takahashi peut également vous rendre service.

Pour plus d'informations

Liste d'oculaires (fichier .xls)

How to select an eyepiece ? (version longue, sur ce site)

Calculette virtuelle de Takahashi

So Whats in Your Eyepiece Case, Cloudy Nights (messages postés entre 2005-2008)

Eyepiece Report, Cloudy Nights

Tele Vue

All about eyepiece designs, Dr. Marcus E. Hennecke

Albert Nagler Plossl Eyepiece Patent (1984)

Albert Nagler Ultra Wide Angle Eyepiece Patent (1981)

Ludwig Bertele Wide Angle Eyepiece Patent (1951)

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