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Quel télescope acheter et pour quel usage ?

Image de Jupiter réalisée par Ed Grafton avec un C14 à f/27. A gauche une perte de contraste de 10 % noye certains détails atmosphériques et estompe les couleurs.

Les caractéristiques optiques (III)

Le contraste

Le contraste se définit comme la différence de lumination entre les zones claires et sombres d’un sujet. Un contraste élevé présente peu de nuances de gris mais les tonalités sont très saturées. Un contraste élevé est nécessaire pour faire ressortir les détails sur des sujets de faible contraste telles que les surfaces planétaires, l’anneau de Saturne ou les nébuleuses pâles et très étendues. La Lune par exemple est un sujet qui présente à la fois des zones très contrastées et des surfaces à très faible contraste.

De par leur conception, les télescopes newtoniens et catadioptriques présentent une obstruction centrale significative qui réduit sensiblement le contraste des images.

Si vous comparez côte-à-côte l’image de la Lune, d’une nébuleuse ou même d'étoiles brillantes observées dans une lunette astronomique à celle observée dans un télescope ayant une obstruction centrale, vous constaterez que la première image est plus contrastée et même légèrement plus petite. Dans la lunette astronomique (et plus encore dans une apochromatique), le piqué est meilleur et globalement l’image est plus nette, elle est plus belle que dans un télescope, même de diamètre supérieur et de rapport focal plus petit car la lunette n'est pas obstruée.

En pratique, la perte de contraste devient significative au-delà d’une obstruction de 25 % du diamètre du miroir, ce qui correspond à 6.25 % de sa surface. Certains catadioptriques dépassent cette valeur de 50 %. Toutefois, ce facteur n’est pas trop limitatif car ce sont souvent les conditions d’observations y compris météos (turbulence et réfraction) qui limitent la qualité des images les plus fines, leur contraste et leur couleur. On y reviendra dans dans l'article Choisir un site d'observation astronomique.

De manière générale et par ordre décroissant d’importance, le contraste est conditionné par les facteurs instrumentaux suivants : la qualité de l’optique, la collimation, la mise au point, la protection contre les reflets internes et l’obstruction centrale.

A lire : Les revêtements des miroirs de télescopes

Les aberrations optiques

La pupille de sortie

La pupille de sortie d'un télescope (exprimée en millimètres) représente le diamètre du faisceau de lumière qui sort du l’oculaire.

Si vous observez un objet brillant ponctuel correctement mis au point, il apparaît sous la forme d'un cône de lumière sortant de l'oculaire. Il est délimité par le bord du champ.

Son diamètre se calcule en divisant l'ouverture du télescope (exprimée en millimètres) par le grossissement de l'oculaire. Ainsi pour un télescope de 200 mm utilisant un oculaire de 20 mm de focale, offrant un grossissement de 100 fois, la pupille de sortie est de (200/100) soit 2mm. Une autre manière de calculer cette valeur est de diviser la longueur focale de l'oculaire (exprimée en millimètres) par le rapport focal du télescope (dans notre exemple il s’agit d’un télescope ouvert à f/10, soit 20/10 = 2 mm).

La luminosité s'exprime par la pupille de sortie; au plus la pupille de sortie est grande, au plus votre oeil recevra de lumière. C'est la raison pour laquelle si vous utilisez de forts grossissements l'image devient sombre et inconfortable.

D'un autre côté, pour un oculaire donné, quelle que soit l'ouverture du télescope le diamètre de la pupille de sortie est constant. Sa taille ne varie qu'en fonction du rapport d'ouverture, augmentant à mesure que le rapport focal f/ diminue (avec les télescopes rapides).

Pour observer ou photographier le ciel dans de bonnes conditions, il est important que le bord du champ soit net et c'est ici qu'intervient le diaphragme placé au fond de l'oculaire. Si le bord du champ s'estompe votre système oculaire présente du vignetage en raison d'une mauvaise correction des rayons divergents.

Dans cette illustration la pupille de sortie est plus petite que la pupille de l'observateur pour éviter de perdre le cône de lumière (blackout) ou d'avoir du vignetage en balayant le champ.

Le grossissement

Bien qu’il soit mis en évidence dans tous les dépliants publicitaires, le grossissement est l’un des facteurs les moins importants à prendre en considération lorsque vous achetez un instrument astronomique. La puissance ou grossissement d’un télescope est défini comme le rapport entre le système optique constitué par l’objectif et ses accessoires et le système oculaire que vous utilisez. Il se calcule en divisant la longueur focale de l’objectif (exprimé en mm) par la distance focale de l’oculaire (exprimée en mm). Il est donc facile de comprendre qu’en changeant un oculaire par un modèle de plus longue ou plus courte focale, vous diminuez ou augmentez le grossissement du télescope. Ainsi, un oculaire de 20 mm utilisé avec un télescope de 2000 mmm de distance focale offre un grossissement de 2000/20 = 100x. Il sera de 200x si vous utilisez un oculaire de 10 mm de focale.

L’avantage des oculaires est leur variété. Ils sont interchangeables et s’adaptent facilement à une grande diversité de sujets et d’applications. Ils disposent d'un pas de vis pour y fixer des filtres colorés ou sélectifs et les plus modernes disposent d'une bonnette ou d'une oeillère asymétrique pour abriter l'oeil du vent ou des lumières parasites.

Parmi les facteurs à considérer en achetant un oculaire, il faut savoir qu’un télescope, comme tout système obéissant aux lois de l’optique, présence un grossissement maximum praticable d’environ 2 fois le diamètre de l’instrument exprimé en millimètres (ou 50x le diamètre exprimé en pouces). Pour un télescope de 200 mm d’ouverture, ce grossissement maximum praticable est de 2 x 200 = 400x. Dans des conditions normales d’observation, au-delà de ce grossissement l’image ne présentera plus de détails supplémentaires et perdra même ses qualités.

Cette limite s’explique du fait qu’à mesure que la puissance augmente, l'acuité et la quantité de détails visibles diminuent. Les grossissements plus élevés, s’ils ne sont pas inutiles doivent être réservés aux rares occasions où le ciel est vraiment limpide, noir d’encre et l’atmosphère calme ou dans les sites d’altitude ou désertiques où vous pouvez pousser l’instrument jusqu’à ses limites. Les plus forts grossissements seront utilisés pour étudier les étoiles doubles, les structures planétaires ou les détails de la surface lunaire. En aucun cas vous devez les utiliser pour observer le ciel profond car non seulement leur champ de vision est souvent réduit à une peau de chagrin mais l’image perd aussi de son contraste.

Ne croyez donc pas les publicités qui ventent des grossissements de 400x pour un télescope newtonien de 115 mm de diamètre. En réalité vous devrez vous contenter d’un grossissement de 2x115 = 230x maximum. Et il s’agit encore d’une valeur limite car dans nos contrées polluées par la lumière vous allez probablement être déçu par le résulat.

Deux effets des oculaires qui déterminent leur sélection : à mesure que le grossissement augmente ils provoquent une réduction progressive du champ de vision tout en augmentant le nombre d'étoiles faibles (ci-dessus) ou, à grossissement constant ils agrandissent le champ (ci-dessous). La première solution est vivement conseillée car elle fournit une progression régulière du grossissement. Psychologiquement parlant la seconde méthode est peu utilisée car l'amateur ne voit pas l'avantage d'avoir un deuxième oculaire procurant un plus grand champ si le grossissement ne change pas. Il adoptera de suite l'oculaire grand champ et n'utilisera plus jamais le premier.

De manière générale, si vous habitez dans une région urbaine ou dans une banlieue proche de la campagne, il est plus raisonnable de se limiter à un grossissement maximum voisin de 1.5 fois le diamètre de l’objectif exprimé en millimètres, soit environ 172x pour un télescope de 115 mm d’ouverture et 450x pour un télescope de 300 mm d'ouverture.

En utilisant un grossissement inférieur aux valeurs maximales théoriques, vous constaterez que les images seront beaucoup plus lumineuses et restent détaillées. L’oculaire offrant une plus longue focale, il présentera aussi un champ apparent plus étendu et un relief oculaire plus agréable, vous donnant globalement plus de plaisir à observer qu’un oculaire très puissant mais dont l’image est sombre et parfois difficile à saisir dans de bonnes conditions.

Notons également qu’il faut toujours choisir ses oculaires non seulement par grossissement croissant mais surtout par champ réel croissant. Il est inutile en effet d’avoir un oculaire Plössl grossissant 100x offrant un champ réel de 50’ et un oculaire grand-angle grossissant 150x qui couvre de par sa conception un champ réel aussi étendu. Il est évident que vous allez toujours observer le ciel avec l’oculaire le plus puissant offrant le plus grand champ car vous verrez beaucoup plus d’étoiles faibles.

Enfin, les oculaires trop faibles sont également inutiles. En-deçà d’environ 3x le diamètre du télescope exprimé en centimètres, la surface couverte par le miroir secondaire devient significative et peut apparaître au centre de l’oculaire sous la forme d’une tâche sombre disgracieuse. C’est surtout valable pour les télescopes newtoniens et catadioptriques.

Calcul de la clarté d'un système optique

Imaginons que vous deviez choisir entre deux télescopes (T1 et T2) offrant des diamètres et des rapports d'ouverture différents et choisir entre deux oculaires. Vous voulez savoir quel est le système optique le plus lumineux.

Le facteur de brillance relative Br = (FD1 / FD2)2 / (G1 / G2)2

avec FD le rapport d'ouverture (f/) du télescope et G le grossissement oculaire.

Ex.1: deux télescopes ouverts à f/10 ayant le même oculaire mais le 2eme télescope présente un plus grand diamètre

T1 : 200 mm f/10 équipé d'un oculaire de 20 mm, grossissement oculaire G1 = 100x (soit 200x10/20)

T2 : 250 mm f/10 équipé d'un oculaire de 20 mm, grossissement oculaire G2 = 125x (soit 250x10/20)

Br = (10 / 10)2 / (100 / 125)2 = 1 / 0.64 = 1.56

A rapport focal identique, le 1er télescope (T1) est 1.56 fois plus lumineux que le second (T2) car il utilise un oculaire moins puissant. Le diamètre du télescope ne joue aucun rôle.

Ex.2: deux télescopes ouverts à f/10 ayant le même oculaire mais le 2eme télescope présente un plus grand diamètre

T1 : 100 mm f/10 équipé d'un oculaire de 20 mm, grossissement oculaire G1 = 50x

T2 : 300 mm f/10 équipé d'un oculaire de 60 mm, grossissement oculaire G2 = 50x

Br = (10 / 10)2 / (50 / 50)2 = 1 / 1 = 1

A rapport focal et grossissement identiques, la clarté offerte par les deux télescopes est identique. Le diamètre du télescope ne joue aucun rôle. Il n'intervient que dans la résolution de l'image.

Ex.3: mêmes oculaires mais cette fois le 2eme télescope présente un rapport focal nettement plus court

T1 : 115 mm f/10 équipé d'un oculaire de 10 mm, grossissement oculaire G1 = 115x

T2 : 115 mm f/4 équipé d'un oculaire de 20 mm, grossissement oculaire G2 = 23x

Br = (10 / 4)2 / (115 / 23)2 = 6.24 / 25 = 0.25 ou 1/0.25 soit 4 en faveur du second télescope

A diamètre constant, en choisissant un télescope de grande ouverture relative et en l'utilisant avec un oculaire de faible puissance, le deuxième télescope devient 4 fois plus lumineux que le premier.

Ex.4: deux télescopes différents, le 2eme est plus grand et utilise un oculaire de faible puissance

T1 : un 200 mm f/6 équipé d'un oculaire de 10 mm, grossissement oculaire G1 = 120x

T2 : un 250 mm f/8 équipé d'un oculaire de 20 mm, grossissement oculaire G2 = 100x

Br = (6 / 8)2 / (120 / 100)2 = 0.56 / 1.09 = 0.51 soit (1/0.51)=1.9 en faveur du second.

Le deuxième télescope est 1.9 fois plus lumineux que le premier car bien qu'il utilise un rapport focal plus élevé (et donne en théorie une image plus sombre), son oculaire est moins puissant et donne une image plus lumineuse.

A consulter : How to select an eyepiece ?

Le Tele Vue Nagler Type 4 de 22 mm offre un champ apparent de 82°

Le champ visuel

Le champ visuel représente l’étendue du ciel capturée par l’oculaire du télescope. Les constructeurs mentionnent toujours le diamètre du champ apparent des oculaires. Plus le champ apparent est étendu, plus le champ réel est vaste. Le champ visuel réel est mesuré en degrés d'arc.

Plus il est grand, plus il couvre une vaste zone du ciel. Le champ visuel réel se calcule en divisant le champ visuel apparent exprimé en degrés d’arc par le grossissement de l’oculaire. Ainsi si vous utilisez un oculaire Tele Vue Nagler type IV de 22 mm grossissant 150x et présentant un champ apparent de 82°, le champ visuel réel est de (82/150) = 0.55° soit 33' (équivalent au diamètre apparent de la Lune ou du Soleil), ce qui représente 66% de plus que le champ visuel d'un oculaire Plössl offrant un champ apparent de 50° ! Inversement pour un même champ apparent, plus le grossissement est élevé, plus le champ réel sera étroit.

Comme nous le disions un peu plus haut il est plus agréable d’utiliser des oculaires offrant un large champ apparent, bien supérieur à 60°, car ils vous donnent vraiment l’impression d’être "dans" l’espace, d’observer le ciel à travers un hublot et de survoler l’objet que vous observez. Si vous faites de l’astrophotographie veillez toutefois à ce que ces modèles soient d’un diamètre compatible avec le raccord photographique.

Prochain chapitre

La monture des télescopes

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