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Quel télescope acheter et pour quel usage ? Les télescopes catadioptriques (III) Le mot catadioptrique est un néologisme construit à partir du mot catoptrique qui qualifie les télescopes de type Newton et dioptrique qui qualifie les réfracteurs. Un télescope catadioptrique désigne un télescope constitué d’un miroir primaire percé en son centre (conception Cassegrain mais de forme sphérique) et d’une lame de fermeture correctrice (corrigeant l'aberration de sphéricité) sur laquelle est fixée le miroir de renvoi secondaire convexe qui assure la transition vers l’oculaire situé derrière le miroir primaire. L’observation s’effectue donc dans l’axe optique du télescope. Parmi les systèmes catadioptriques les plus populaires, cinq modèles se démarquent : - le Schmidt-Cassegrain - le Maksutov-Cassegrain - le Ritchey-Chrétien hybride (RCX) - le Riccardi-Honders. Un petit télescope catadioptrique de 70 à 125 mm d’ouverture présente un tube optique mesurant moins de 50 cm de longueur pour une focale oscillant entre 1000 et 1900 mm. Son poids oscille entre 5 et 8 kg. Ces valeurs très modestes rendent ce type de télescope portatif et adapté à la prise de vue tant astronomique que terrestre. En effet, ces petits monstres de technologie sont en fait de puissants téléobjectifs qui permettent d’observer aisément la nature, de réaliser des prises de vues sportives ou d’effectuer de la surveillance à distance sans aucune contrainte. Leur polyvalence en a déjà séduit plus d'un. Muni d’un boîtier photographique - quel que soit pratiquement le modèle - et d’un raccord pour le maintenir sur le porte-oculaire, un catadioptrique peut facilement être converti en téléobjectif terrestre tout en gardant ses fonctions d’instrument astronomique. Le télescope Schmidt-Cassegrain Il s’agit du modèle le plus populaire depuis que Tom Johnson de Celestron l'introduisit sur le marché amateur dans les années 1960. Quelles sont les caractéristiques de ce Schmidt-Cassegrain dont on parle tant ? A lire : L'histoire de Celestron
Dans un télescope Schmidt-Cassegrain – l’acronyme SCT en anglais – la lumière frappe tout d'abord une lame de fermeture asphérique mince et transparente avant de parvenir sur le miroir primaire de forme concave et sphérique situé au fond du télescope. Le faisceau lumineux est ensuite réfléchi vers un petit miroir secondaire convexe hyperbolique fixé au dos de la lame de fermeture qui va resserrer le faisceau et l'envoyer à travers le miroir primaire dans lequel on a percé une ouverture où l'image est dirigée vers le système oculaire. La lumière subit ainsi deux grandes déviations. Cette configuration optique est déjà proposée sur des modèles de 90 mm d’ouverture. Dans leur version astronomique, la mise au point s'effectue en général en déplaçant le barillet du miroir primaire au moyen d'une molette, manuelle ou électrique. Si le télescope Schmidt-Cassegrain est vraiment une belle invention en raison ses trois degrés de liberté, sa conception optique souffre de quelques aberrations résiduelles, dont une coma en bordure de champ. On peut la corriger de différentes manières, la plus simple et la plus économique étant d'installer un réducteur de focal-correcteur de champ et dérotateur au niveau du foyer. Mais l'accessoire est assez encombrant. L'alternative adoptée en 2006 par Meade fut de modifier le profil de la lame de fermeture, ce qui conduisit au modèle ACF (Advanced Coma Free) dont l'astrophotographe Jason Ware fut l'un des trois premiers amateurs à tester le modèle beta de 12", le 300 mm de diamètre, avec lequel il a obtenu des résultats à couper le souffle, équivalents à ceux réalisés avec un Ritchey-Chrétien sur lequel nous reviendrons. Comme tout catadioptrique, le Schmidt-Cassegrain présente également une très légère aberration chromatique générée par la lame de fermeture qui est conçue de manière à réduire la quantité de verre utilisé (qui pèse lourd et coûte cher) plutôt que la correction des couleurs. On parle peu de cette aberration car le système oculaire ainsi que la réfraction atmosphérique ajoutent généralement plus de "couleurs" que la lame de fermeture. Mais si nous comparons l'image d'un catadioptrique à celle d'une lunette achromatique offrant la même résolution (en pratique d'un diamètre 20% inférieur compte tenu de la perte de contraste dans le cata), on constatera que les deux optiques présentent un halo orangé et violet à peu près équivalent autour des étoiles ou des objets très contrastés. Mais il est probable qu'un observateur non averti ne s'en aperçoive même pas. Si nécessaire, il est toujours possible de bloquer ce rayonnement au moyen d'un filtre oculaire (cf. les lunettes astronomiques). Aujourd'hui, dans ce marché de niche, il ne reste pratiquement que deux fabricants : Celestron et Meade, Vixen et Sky-Watcher ayant récemment arrêté leur production pour se recentrer sur d'autres modèles. Par le passé (2002-2005), à une époque où Celestron fit l'objet de multiples reprises, la Commission Fédérale du Commerce américaine (FTC) s'est opposée au rachat de Celestron par Meade invoquant une prise de monopole qui mettrait fin à la concurrence et aurait un impact négatif sur ce marché. On peut donc être rassuré, les deux concurrents continueront d'exister au bénéfice des clients. A consulter : Revue du Meade ACF LX200 de 254 mm f/8 (PDF) par M.Katchadourian et T.Heidmann
Avantages - Télescope polyvalent. Il combine les avantages optiques des lunettes et des télescopes en réduisant la plupart de leurs inconvénients - Pas ou très peu d'aberration chromatique donc idéal pour observer des objets célestes brillants (Lune, planètes, étoiles, etc) - Le Schmidt-Cassegrain ou le Schmidt-Newton présente une aberration de coma moitié moins étendue qu'un télescope de Newton de même longueur focale. Cette aberration peut-être corrigée. - Système optique bon à excellent (miroir taillé à λ/10 voire λ/20 mais pas plus) donnant des images nettes sur un large champ - Le fait que le tube optique soit fermé réduit les courants d'air et évite la dégradation des images - L'obturation du tube préserve le miroir principal de toute dégradation (dépôt de poussière, de sève, de résine, etc) - Le rapport focal standard de f/10 (cela varie entre f/8 et f/11) peut facilement être réduit à f/6 ou doublé sinon triplé au moyen d’une petite bague optique (réducteur/correcteur focal dans le premier cas, lentille télécentrique, Barlow ou Powermate dans le second cas) - Très souvent utilisé pour observer ou photographier le ciel profond. Tout à fait adapté à l’observation planétaire. - Il convient très bien à l’astrophotographie des champs stellaires étendus, des nébuleuses ou des comètes à condition d’utiliser les plus petits rapports focaux ce qui permet d’englober une vaste région du ciel, parfois supérieure à 1° tout en réduisant le temps d’exposition d’un facteur 4 ou supérieur - Sa conception lui permet d’offir la mise au point rapprochée (near focus) la plus courte. Le modèle de 125 mm (type C5) convient également à l'observation de petits sujets terrestres très distants (1 km) - le revêtement antireflet multicouche de la lame de fermeture augmente le contraste de 11 à 17% selon la longueur d'onde.
- En raison de sa conception, le tube optique est extrêmement compact et plus léger qu'un Maksutov-Cassegrain, rendant l’ensemble transportable jusqu’à environ 350 mm de diamètre. Au-delà, le poids et l'encombrement du tube optique ne permettent plus de le transporter seul. Les plus petits modèles, entre 90 et 125 mm de diamètre tiennent aisément dans un bagage à main. - Ils sont relativement libres d’entretien mis à part la collimation périodique du miroir secondaire si vous déplacez souvent l’instrument. - Souvent fixés sur une monture équatoriale à fourche ils sont très faciles à utiliser et leur console GoTo est ergonomique et relativement intuitive. - Les Schmidt-Cassegrain de grands diamètres (280 à 400 mm) sont nettement moins chers que les lunettes astronomiques de diamètres équivalents. - Les constructeurs et de nombreux sous-contractants proposent une vaste panoplie d’accessoires pour ce modèle, plus riche que pour n’importe quelle autre configuration. - C’est une valeur sûre que vous pourrez facilement revendre dix ans plus tard car les utilisateurs apprécient beaucoup cette optique. Sa mécanique et son électronique sont également fiables. - Ils sont moins chers que les catadioptriques corrigés pour la coma et la courbure de champ comme le Ritchey-Chrétien ou le Riccardi-Honders (voir page suivante). Uncle Rod's Used SCT Buyer's Guide (PDF de 7.5 MB), Rod Mollise Post a Picture of your CAT, Cloudy Nights Interview de John Diebel (Meade)
Désavantages - Les modèles montés en altazimutal sont moins adaptés à l’astrophotographie à longue pose en raison de la correction du filé qui doit s’établir non plus sur deux mais sur trois axes simultanément, créant une rotation du champ - Ils sont nettement plus chers que les télescopes de Newton de même diamètre - L'obstruction provoquée par le miroir secondaire peut atteindre 16% de la surface ou 40% du diamètre sur les petits modèles ce qui se traduit par une perte sensible de résolution et de contraste au profit des anneaux de diffraction visibles tout autour des objets stellaires. Nous y reviendrons à propos des caractéristiques optiques et de la qualité des optiques. - La précision de la taille du miroir est généralement à λ/10 alors qu'elle peut être 2 à 5 fois supérieure chez d'autre constructeurs (Astro-Physics, Intes Micro, etc.) - Présence d'une aberration sphéro-chromatique. Bien que ce modèle dispose de trois degrés de liberté pour réduire les aberrations (miroir primaire concave, miroir secondaire convexe hyperbolique et lame de fermeture), l'insertion d'un nouvelle optique entraîne l'apparition de nouvelles aberrations telles l'astigmatisme, la courbure de champ, y compris une légère aberration chromatique (corrigible au moyen d'un filtre). Au final, ceci entache la qualité soi-disant "diffraction limited" de ce type de télescope qui présente toujours une coma et d'autres aberrations résiduelles en bordure de champ (c'est pour corriger ces aberrations que Meade notamment propose le modèle ACF). A consulter sur ce site : Celestron Nexstar 4 contre NexStar 5 - Meade ETX 125 contre Celestron NexStar 5 Celestron
8 Ultima 2000 vs Meade 8 LX200 Classic
Citons pour mémoire les astrographes catadioptriques comme la chambre de Schmidt, la Rowe-Ackermann et la Riccardi-Honders sur laquelle nous reviendrons dont le rapport focal excessivement faible variant entre f/1.8 et f/3 (exceptionnellement jusque f/0.7) permet de photographier de vaste champs stellaires 20 à 30 fois plus rapidement qu'un Schmidt-Cassegrain ouvert à f/10 en raison de leur luminosité très importante. Seul inconvénient, le capteur photosensible (APN ou caméra CCD) doit être placé soit à l'intérieur du tube optique (système Schmidt, cf. ce porte-film Celestron) soit à l'extérieur de l'OTA, à hauteur du miroir secondaire (système Fastar développé jusqu'en 2005 ou Hyperstar), mais cela exige soit une optique de très grand diamètre pour ne pas obstruer le champ ou un APN ou une caméra CCD ayant un faible facteur de forme, très étroite et souvent cylindrique (cf. la CCD ATIK sur un C8) afin de limiter l'étendue de la tache de diffraction et la perte de résolution. La qualité : ce que dit et ne dit pas la pub Du fait qu'il est compact, présente une focale relativement longue et offre une puissance lumineuse assez importante pour un prix "raisonnable", le Schmidt-Cassegrain est autant apprécié par les amateurs que par les professionnels : on le retrouva dès 1971 à bord de Salyout. Baptisé "Orion-1 Space Observatory", il effectua des mesures spectrographiques en UV. Il fut enrolé pour un second vol à bord de Soyouz-13 en 1973. La NASA utilisa des Schmidt-Cassegrain comme chambre Baker-Nunn pour poursuivre le vol des vaisseaux qu'elle envoyait dans la haute atmosphère et on retrouve des Celestron à bord d'ISS, au Kitt Peak, dans les observatoires universitaires et même en Antarctique. Les télescopes Schmidt-Cassegrain étant des maîtres-choix pour des raisons entièrement méritées, insistons sur le fait que la qualité des images d'un télescope catadioptrique dépend en bonne partie des corrections de troisième ordre apportées sur la lame de fermeture. Ainsi, pour réduire correctement la coma, sans pour autant l'annuler, la lentille frontale doit présenter un profil très proche des tolérances et être taillée avec une précision d'environ 1% du rayon. Certains fabricants profitent du miroir secondaire fixé sur la lame de fermeture pour corriger également l'aberration de sphéricité. Si la taille n'est pas aux normes ou les miroirs mal adaptés, vous aurez toutes les chances d'obtenir des images floues ou déformées. L'amateur lambda ne s'en rendra peut-être par compte, mais mis entre les mains d'un amateur averti, il jugera peut-être que cette optique n'en vaut pas la peine. Utilisés à de courts rapport focaux, tous les Schmidt-Cassegrain présentent une coma et une courbure de champ plus ou moins importante. Pour y remédier, il faut donc utiliser un quatrième degré de liberté sous la forme d'une lentille correctrice auxiliaire pour corriger ces aberrations et améliorer ses performances. Cet accessoire est bien connu, c'est le réducteur-correcteur 0.63x ou 0.74x (le fameux "télé-compresseur" inventé en 1971 par Celestron) qui, tout en "accélérant" le Schmidt-Cassegrain, aplanit le champ de courbure, rejettant au loin l'essentiel de la coma, mais ici encore sans pour autant la supprimer.
Cet accessoire bien que très utile n'est pas encore parfait pour éliminer toutes les aberrations et en astrophotographie du ciel profond il est nécessaire de corriger la courbure de champ en utilisant une optique aplanétique. Ceci dit, peu de fabricants vous diront quelles sont les limitations de leurs optiques. Après tout, ils sont là pour vendre pas pour critiquer négativement leurs produits ! Toutefois, si une optique est de qualité, le commercial se fera un plaisir de venter ses performances et vous présentera sans problème les spécifications de ses produits, comparatifs à l'appui. Etant donné que peu de vendeurs le font, il faut en déduire que soit cela n'intéresse pas les clients soit que le vendeur préfère passer ces détails sous silence car ils sont peu flatteurs... J'ai tendance à choisir la deuxième explication. En effet, de nombreux SCT de bas et milieu de gamme présentent malheureusement une lame correctrice en dehors des tolérances. Cela signifie que leurs télescopes ne corrigeront pas la coma parce que les tests optiques ne la mesureront jamais ! Pourtant les publicités de ces fabricants sont placées en bonne place dans les magazines et sur les sites Internet, ventant des optiques soi-disant "diffraction limited"... Mais sur le terrain, les amateurs adeptes d'astrophotographie constatent que les aberrations sphérochromatiqueset leur coma sont bien supérieures aux valeurs indiquées dans les graphiques de ray tracing publiés dans les catalogues. La désillusion est totale ! Ainsi, si les tests d'Airylab semblent confirmer que certains modèles de Celestron 11 EdgeHD sont "diffraction limited" et d'excellente qualité, sur le terrain un ancien ingénieur opticien du JPL m'avoua qu'il était plus circonspect et même déçu par cette optique quand il essaya d'atteindre la résolution maximale sur les planètes. Son opinion fut confirmée en 2012 par Jean-Luc Dauvergne qui testa un C11 EdgeHD sur monture CGEM 1100 pour Ciel et Espace et lui attribua une note mitigée : bonne optique pour le visuel et sous un ciel stable mais mal corrigée dans le bleu, nécessite l'optique Hyperstar de Starizona pour corriger la courbure de champ à grande ouverture et monture décevante pour l'astrophotographie à longues poses. Ce n'est pas le genre de conclusion qu'on attend d'un télescope soi-disant haut de gamme ! Autant savoir. Le télescope Maksutov-Cassegrain
Ce télescope fut inventé en 1944 par l'opticien militaire russe Dmitri Dmitrievitch Maksutov. Il s'est inspiré du concept de la chambre de Schmidt (1930) en créant ce qu'il appelait "un nouveau système de ménisque catadioptrique". Dans un télescope Maksutov-Cassegrain (acronyme MCT en anglais) la configuration optique est similaire à celle du Schmidt-Cassegrain, avec les mêmes avantages et inconvénients. Le MCT se caractérise par des miroirs primaires et secondaires sphériques et une lame de fermeture en forme de ménisque à courbure sphérique au centre et légèrement divergente (cf cet article en anglais) sur laquelle le miroir secondaire est représenté par une surface sphérique aluminisée. Il est donc solidaire de la lame de fermeture et ne nécessite aucun réglage. Seule exception, le modèle Maksutov-Rumak (Cf. Intes Micro) qui exige une collimation du miroir secondaire. La plupart des Maksutov-Cassegrain présentent une assez longue focale (~f/15) et donc une plus faible obstruction centrale que les Schmidt-Cassegrain de même diamètre souvent ouverts à f/10. Il n'empêche que l'obstruction centrale des Maksutov-Cassegrain reste importante. Ainsi, dans le cas du Maksutov "lent" de 250 mm f/14.6 d'Astro-Physics présenté à droite, Roland Christen confirme que cette obstruction centrale équivaut à 23% de la surface soit 48% du diamètre. Un MCT utilisé à f/40 présente une obstruction centrale de 18% de la surface du miroir, ce qui est très faible, alors qu'au rapport f/12 elle atteint 30% de la surface soit 55% du diamètre ! Les "Maksutov photo", les fameux "téléobjectifs à miroir" présentent des rapports focaux plus ouverts - ce qui est normal pour cet usage - mais conservent des obstructions centrales assez importantes, ce qui altère malgré tout la finesse des images (cf. cet article sur la qualité des optiques). Mais il est tout de même préférable d'utiliser un télescope "rapide" pour disposer d'un grand champ et limiter le temps d'exposition.
Evolution des anneaux de Saturne photographiés par Alan Friedman avec un télescope Maksutov-Cassegrain Astro-Physics de 250 mm f/14.6. En utilisant un MCT avec de longs rapports focaux, l’obstruction provoquée par le miroir secondaire chute entre 10 et 20%. Dans ces conditions, le Maksutov-Cassegrain présente une résolution planétaire légèrement supérieure à un Schmidt-Cassegrain de même diamètre et rapport focal et est de ce fait considéré comme l'une des meilleures optiques catadioptriques, offrant globalement des images de meilleure qualité que le Schmidt-Cassegrain. En revanche, le ménisque d'un Maksutov est plus complexe à élaborer qu'une lame de fermeture et plus d'éléments chimiques entrent dans sa composition. Du fait de son épaisseur importante, il lui faut aussi plus de temps pour parvenir à l'équilibre thermique surtout au-delà de 90 mm de diamètre. Nécessitant toutefois très peu d’entretien, ceci explique pourquoi on retrouve cette optique dans les téléobjectifs "cata" de 500 mm à 2000 mm de focale. Les Maksutov sont également utilisés dans de toutes petites optiques terrestres (spotting scope) de 50 à 90 mm d'ouverture, notamment chez Celestron. A consulter : Le catalogue Questar de 1972 (PDF de 15 MB)
Avantages - Similaires au Schmidt-Cassegrain avec l'avantage pour les grands diamètres de même ouverture de présenter une obstruction centrale 10% plus faible (en diamètre). - Miroir secondaire sphérique solidaire du ménisque et ne requiert pas de collimation (sauf exception) - Permet de construire de petits télescopes très compacts offrant une longue focale (de 50 à 125 mm f/11) et donc un grossissement élevé adapté aux objets assez lumineux. Désavantages - Par sa conception le tube optique d’un Maksutov est plus lourd que celui d’un Schmidt-Cassegrain. - Dans les instruments de plus de 90 mm d’ouverture, l’épaisseur du ménisque demande une mise en température plus longue que celle d’un télescope Schmidt-Cassegrain équivalent. - Comme tout catadioptrique, à de courts rapports focaux l'obstruction centrale peut être très importante (45 à 55% du diamètre). Dans les petits instruments jusqu'à 127 mm d'ouverture offrant une longue focale, l'obstruction centrale peut atteindre 40% du diamètre en tenant compte des baffles de protection antireflet qui entourent l'ouverture réalisée dans le miroir primaire (par ex. Celestron C90). - La plupart des Maksutov-Cassegrain sont "lents", présentant un rapport d’ouverture variant entre f/11.8 et f/16 et donc inadaptés à l'observation visuelle et la photographie des objets peu contrastés. - Présence d'une aberration sphéro-chromatique bien que le chromatisme soit généralement couvert par celui d'autres éléments optiques. Enfin, rappelons que d'autres types de télescopes peuvent tirer profit d'une lame de fermeture pour réduire les aberrations de troisième ordre notamment le Schmidt-Newton dont voici deux modèles proposés respectivement par Sky-Watcher et Ceravolo.
Ceci dit, deux autres modèles de télescopes catadioptriques présentent des caractéristiques optiques encore plus très flatteuses que les SCT et MCT, le Ritchey-Chrétien et le Riccardi-Honders que nous allons examiner. Dernière partie
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