La plupart résultent d’un défaut ou plutôt d’un choix de conception par les maîtres-opticiens, car ils obéissent à un cahier des charges, un choix délibéré entre la qualité instrumentale, son prix de revient et la demande du marché.

Pratiquement il est impossible de concevoir un système optique parfait. Pour supprimer les principales aberrations plusieurs types de télescopes à miroir ont été élaborés dont nous avons décrit les caractéristiques un peu plus tôt (Newton, Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain, etc).

Voyons en détail chacune des aberrations auxquels sont sujets les instruments d'optique.

Le chromatisme

L'aberration chromatique ou spectre secondaire est caractéristique des lunettes astronomiques ou de tout objectif constitué de lentilles, dont les oculaires, les zooms, les viseurs et les objectifs photographiques. 

Lorsqu'une lumière polychromatique ne focalise pas exactement au foyer d'une lentille, ses différentes composantes monochromes se dispersent. L'intensité de l'aberration chromatique dépend de la dispersion du verre et différents autres facteurs. L'indice de réfraction varie en fonction de la longueur d'onde de la lumière, exactement comme l'applique un prisme. Ainsi en traversant une lentille, la lumière est réfractée et se décompose en plusieurs couleurs, laissant apparaître un halo coloré disgracieux autour des objets brillants (étoile brillante, limbe de la Lune, Vénus, etc) comme en témoignent les photographies présentées ci-dessous.

En pratique cette aberration se présente sous la forme d'un halo faiblement coloré, souvent bleu-violet, quelquefois mêlé d'un peu de jaune-rouge autour des objets forts contrastés comme les étoiles brillantes, le limbe des planètes ou celui de la Lune. Ce phénomène coloré peut passer inaperçu pour quiconque observe occasionnellement le ciel et ne fait pas très attention à la qualité de l'image. Cette aberration est par ailleurs invisible lorsque vous observez les objets du ciel profond qui sont par nature pâles et peu contrastés.

L'aberration chromatique typique des réfracteurs est surtout visible sur les objets brillants comme les étoiles, Vénus, Jupiter, Saturne ou le limbe de la Lune. A gauche et à droite l'aberration chromatique non corrigée vers les courtes et grandes longueurs d'ondes. Au centre une image corrigée au moyen d'un Chromacor d'Aries Instruments (960 €). L'amélioration est sans équivoque. Les deux documents de gauche sont basés sur une photographié de M44 réalisée par Tom Davis avec une lunette achromatique Celestron CR-150 HD de 150 mm f/8 équipée d'une caméra CCD Starlight Xpress MX7 couleur.

Ces couleurs indésirables qui souligent le pourtour des objets n'a pas beaucoup d'influence sur l'observation visuelle. Et si vous vous en rendez compte, il vous est toujours possible de corriger la mise au point pour la centrer tantôt sur le foyer bleu, tantôt sur le foyer rouge, c'est une histoire de quelques microns.

Mais pour un amateur averti ce défaut est visible au premier coup d'oeil et il faut savoir qu'il réduit le contraste des objets puisqu'il disperse la lumière. En astrophotographie l'aberration chromatique devient gênante car sans disposer de profondeur de champ puisque le sujet est à l'infini, il est impossible d'effectuer une mise au point correcte sur le sujet puisque l'image s'étale autour du foyer comme le démontre bien les trois photographies présentées ci-dessous.

Une fois que l'on connaît bien les effets de cette aberration et qu'il faut "vivre avec", la question de l'achat d'une optique de meilleure qualité vient vite à l'esprit...

Comme les autres aberrations, ce spectre secondaire augmente avec l'ouverture de l'objectif. Pour y remédier les constructeurs utilisent un jeu de deux ou plusieurs lentilles. Les doublets achromatiques ou semi-apochromatiques réduisent cette aberration mais ne l'éliminent pas, en particulier si vous regardez loin de l'axe central ou l'aberration chromatique subsiste. De manière générale l'aberration chromatique subsiste au-delà de 50 microns de l'axe central. L'utilisation d'un doublet en Fluorite ou verre ED rectifie cette aberration mais la lumière violette n'est pas totalement corrigée.

En fait la plupart des constructeurs (japonais) choisissent de fabriquer des doublets en Fluorite parce qu'ils sont plus faciles à fabriquer sans pour autant rechercher une correction parfaite des couleurs et des autres aberrations. Etant donné qu'il est très difficile de corriger la sphéricité d'une lentille, surtout pour les ouvertures inférieures ou égale à f/8, les constructeurs préfèrent construire des doublets dont la correction dans la partie violette est jugée secondaire, tout en concevant un système offrant une correction optimale pour les rayonnements bleu, vert et rouge.  

L'effet du Chromacor

On peut réduire l'aberration chromatique en insérant au niveau du porte-oculaire des lunettes achromatiques un Chromacor d'Aries Instruments, un correcteur optique commercialisé depuis 2001. Ce constructeur ukrainien était représenté en Europe chez APM Telescopes et Astronomix. Mais depuis 2003 le constructeur n'honore plus ses commandes. Cet accessoire qui ressemble à un tube-alonge photographique corrige par ailleurs l'aberration sphéro-chromatique et réduit l'aberration de sphéricité. Voici un graphique montrant l'effet du Chromacor ainsi qu'une documentation d'un fournisseur américain. Le résultat est éloquent et plus en encore sur les photographies.

Le Chromacor est adapté aux rapports focaux compris entre f/D=7 et f/D=10 (optimisé à f/D=8). Si le rapport d'ouverture est plus petit, le cône de lumière est trop large et la correction est très difficile. Aux rapports focaux plus longs, l'aberration chromatique est déjà beaucoup moins prononcée.

A gauche, variation de l'aberration chromatique des réfracteurs en fonction de la longueur d'onde. Les meilleurs verres sont fabriqués en Fluorite ou en verre ED à très faible dispersion. Ils présentent une excellente correction entre 486 et 656 nm, mais ils sont sur-corrigés en-dehors de ce spectre. A l'inverse un revêtement de baryum induit une sous-correction dans le même spectre. A droite le Chromacor-N d'Aries Instruments vendu en Europe chez APM Telescopes jusqu'en 2003 s'insère juste avant l'oculaire et le renvoi en diagonal et permet de supprimer l'aberration chromatique. Adapté aux lunettes ouvertes à f/7-f/10, il permet également de corriger l'aberration de sphéricité bien qu'Aries propose un accessoire spécial pour cette correction, le SAFIX. Le Chromacor II coûte environ 960 €.

Le Chromacor a été décliné en plusieurs versions, selon qu'il sur ou sous-corrige l'aberration sphéro-chromatique, sachant que le modèle II corrige deux fois mieux l'aberration chromatique que le modèle de base mais à un prix beaucoup plus élevé (960€). 

- Le Chromacor-O1 est sur-corrigé de 1/6 - 1/7 l

- Le Chromacor-O2 est sur-corrigé de 1/3.5 - 1/4 l

- Le Chromacor-U1 est sous-corrigé de 1/6 - 1/7 l

- Le Chromacor-U2 est sous-corrigé de 1/3.5 - 1/4 l

- Le Chromacor-N annule ("N" pour null) l'aberration sphéro-chromatique sans toucher à l'aberration de sphéricité (pour les optiques qui ne présentent pas cette aberration)

- Le Chromacor-M, "m" pour micro, qui est en fait une barlow 1.7x corrigeant l'aberration chromatique ($350). 

Maintenant se pose la question du choix de l'instrument. Par exemple, à choisir entre deux lunettes ouvertes à f/8, d'un côté une achromate Celestron CR-6, Kepler ou Skywatcher de 150 mm d'ouverture (en fait des "Synta" dont l'objectif est fait de simples verres HD) ou une Takahashi FS-102 (doublet Fluorite et Flint), si vous trouvez une CR-6 très bien corrigée, parfaitement symétrique, sans coma, ni astigmatisme, l'ensemble achromate + Chromacor II donna un résultat supérieur à l'excellente Takahashi. Mais le problème est d'être suffisamment qualifié pour déterminer si une achromate est sur ou sous-corrigée afin de lui adapter le Chromacor qui convient. La plupart des observateurs occasionnels n'ont pas cette expérience et travaillent souvent dans l'à peu près et devraient pour bien faire solliciter un spécialiste par le biais de leur revendeur.

Que faut-il choisir : une achromate Celestron CR-6 voire une Skywatcher de 150 mm f/8 en verre HD ordinaire équipée d'un Chromacor II ou une apochromate Takahashi de 102 mm f/8 à deux éléments dont une fluorite ? La première coûte 2000 € toute équipée avec Chromcor II tandis que pour 2000 € vous n'avez que le tube optique de l'apochromate... On se dit donc que le jeu est faussé d'avance. C'est vrai si le prix entre en jeux. Si le prix n'est pas pris en considération, notons d'emblée que dans l'absolu l'achromate capte 2.2 fois plus de lumière que l'apochromate même si elle perd un peu de lumière (~15%) dans le Chromacor en raison des éléments de lentilles et du revêtement multicouche. Mais elles sont aussi lumineuses l'une que l'autre (f/8). Par ailleurs si l'achromate est équipée d'un Chromacor II "taillé sur mesure" est donnera des images en haute résolution plus belles que la petite Takahashi. Par contre en imagerie, l'apochromate restera intrinsèquement meilleure. Que choisir ? Si vous préférez l'observation visuelle choisissez l'achromate équipée d'un Chromacor II. Si seule la photographie vous intéresse, choisissez l'apochromate, vous ne la regretterez jamais.

Cela dit, connaissant la qualité des achromates, vous seriez très chanceux de trouver une optique sans défaut. Si votre budget est un facteur clé dans votre décision, un Chromacor adapté à la lunette Celestron CR-6 ou autre Synta, soit un investissement d'environ 2000 € monture comprise, vous donnera beaucoup de satisfaction. Si vous observez les objets du système solaire, en raison de ses 50 mm d'ouverture supplémentaire, tenant compte des légères pertes dûes au revêtement anti-reflet et aux éléments de surface du Chromacor compris, elle capturera environ 1.8 fois plus de lumière que la petite Takahashi. Elle donnera également de plus belles images sur les objets du ciel profond, vous faisant gagner au mieux 1.8 magnitudes (13.8 contre 12.0 en théorie), ce qui est beaucoup. Equipée d'un Chromacor la CR-6 vous donnera également de plus belles images de la Lune avec un limbe pratiquement exempt d'aberration chromatique et peut-être plus de détails sur les planètes.

A diamètre égal (10% près) et si le prix n'entre toujours pas en jeu, il n'est pas certain que l'apochromate gagne la partie. Mais je vous conseille de comparer les deux optiques sur le terrain, à la fois sur des objets fortement contrastés (étoile brillante, Lune, jupiter) et des objets pâles du ciel profond pour vous forger une opinion.

Maintenant, si l'imagerie CCD est votre objectif, je vous recommande l'apochromate. Des tests ont été effectué par Arpad Kovacsy sur une Celestron CR-6 et une lunette apochromatique Astro-Physics de 152 mm f/9 Starfire équipée d'un appareil photo numérique Nikon Coolpix 950. Malgré l'utilisation du Chromacor, les images enregistrées au foyer de la Celestron présentaient une aberration chromatique que l'auteur n'avait pas remarqué visuellement et qu'il a d'abord attribuée à l'objectif du Nikon. Mais en effectuant les mêmes prises de vue au foyer de la lunette apochromatique il constata que cette aberration était pratiquement inexistante. On peut donc en conclure que si vous désirez essentiellement observer le ciel visuellement, le Chromacor vous donnera entière satisfaction, à condition qu'il soit bien adapté à votre lunette. Quant à savoir pourquoi l'aberration (re)apparaît parfois en imagerie CCD sur une achromate, des tests complémentaires devraient être effectués pour identifier le problème.

Pour ceux et celles que cela intéresse, il existe un groupe Yahoo dédié au Chromacor dans lequel Valery P. Deryuzhin répond aux questions des utilisateurs.

Enfin, précisons que si vous utilisez un Chromacor sur une lunette apochromatique, vous avez toutes les chances d'altérer la qualité de l'image.

L'effet du Chromacor sur des images planétaires prises par Arpad Kovacsy avec une lunette achromatique Synta de 150 mm f/8 équipée d'un appareil numérique Nikon Coolpix 950. Au-dessus à gauche une image prise avec le Chromacor, en-dessous sans Chromacor. Au-dessus du centre Jupiter avec Chromacor et en-dessous sans Chromacor. A droite image de Gassendi sans Chromacor, au-dessus en lumière bleue, en-dessous en lumière jaune. C'est dans cette dernière région spectrale que l'aberration chromatique est la plus forte. Vous trouverez sur Internet des images parfois plus spectaculaires encore.

Les lunettes apochromatiques

Pour éliminer totalement l'aberration chromatique il faut s'orienter vers un objectif apochromatique, composé d'au moins 3 lentilles à indice de réfraction différents dont au moins une lentille en Fluorite ou ED. Dans les modèles d'entrée de gamme (type Fraunhofer) de l'air sépare l'espace entre les verres tandis que dans les modèles haut de gamme l'espace entre les verres est rempli d'huile.

L'ajout d'un troisième élément permet également d'éviter les défauts sphéro-chromatiques. Rappelons qu'un doublet constitué de verres offrant différents types d'indices de réfraction (à très large dispersion comme le verre SD ou au contraire à très faible dispersion comme le verre ED) ne corrige jamais totalement l'aberration chromatique, même sur une lunette qualifiée de "semi-apochromatique".

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Les objectifs apochromatiques ayant une qualité très supérieure aux objectifs simples ou achromatiques, leur coût augmente proportionnellement à leurs performances, et il n'est pas rare de trouver des "apo" 2 à 5 fois plus chers qu'un modèle équivalent achromatique ou "semi-apochromatique". Compter entre 1500-2000 € pour une lunette apochromatique de 80 mm d'ouverture (Megrez APO) sinon la règle est de compter, sans la monture, entre 2 et 3000 € par 100 mm d'ouverture.

A ce jour il n'y a qu'une seule exception à cette règle, c'est la petite lunette d'Orion ST-80 ED. Tous les tests et même des constructeurs concurrents confirment que ce petit achromate en verre ED coûtant 500 € TTC pour le tube optique seul est aussi performant qu'une lunette apochromatique de diamètre équivalent valant deux à quatre fois plus cher.

Cela étant dit, vous conviendrez comme moi qu'à partir de 200 mm d'ouverture le prix des lunettes apochromatiques est exhorbitant, et du fait de la difficulté de la taille des verres à grande ouverture (f/8 et en-deçà) peu de constructeurs en proposent à la vente. 

Rappelons pour terminer qu'une lunette apochromatique de 150 mm d'ouverture coûte aussi cher qu'un télescope catadioptrique d'au moins 300 mm d'ouverture sans bénéficier de son pouvoir de résolution (0.8" contre 0.4").

2eme partie