Choisir un site d'observation astronomique

Votre observatoire (II)

Ainsi que nous l'avons soulevé dans la première partie ainsi qu' à propos de la photographie à haute résolution, la turbulence est le principal facteur à surveiller car c'est lui principalement qui limite la résolution de vos images, et en général les débutants y prêtent fort peu d'attention.

Avant toute chose veillez à ce que le sol où vous comptez installer votre instrument ne rejète pas la chaleur par bouffées ou trop longtemps. Pour éviter ce phénomène placez votre installation sur une prairie herbeuse ou un sentier de terre éloigné de toute étendue d'eau.

Pour éviter d'emmagasiner trop de chaleur l'abri ou la coupole devrait de préférence être construit en bois ou en aluminium et peint en blanc ou en couleur argentée car elles réfléchissent près de 90% de la chaleur contrairement aux couleurs plus sombres.

Simulation d'une turbulence de 3m/sec sur ordinateur CRAY-C90 par David D.De Young/Kitt Peak et Richard S. Charles/SDSC/UCSD

Simulation d'une turbulence de 3m/sec.

Placer l'ouverture de votre observatoire à environ 5 mètres au-dessus du sol pour éviter les turbulences du sol lors des échanges thermiques ou des déplacements du personnel ou des véhicules.

Il est facile d'éviter la turbulence interne à l'intérieur de l'instrument (même dans un tube fermé l'air n'est pas stable) en facilitant l'échange thermique entre l'intérieur et l'extérieur de la coupole ou en sortant l'instrument avant la séance d'observation comme nous l'avons expliqué.

Quant à la turbulence atmosphérique ou locale, méfiez-vous du vent et ne tentez pas d'ouvrir votre coupole si les rafales dépassent 40 km/h. Même boulonné dans le béton, les points de fixation au bâtiment n'ont qu'une résistance limitée. Lorsque la coupole est ouverte, la prise au vent est très importante et vous courrez le risque de voir votre installation emportée par une bourrasque plus forte que les autres.

La turbulence engendrée par les miroirs 

D'après des études effectuées sur des miroirs de grandes dimensions, un miroir froid n'est pas aussi sensible à la turbulence qu'un miroir chaud. Le premier présente un flux de drainage et le second des courants convectifs.

Le flux présent au-dessus d'un miroir froid, souvent fixé dans un barillet de métal est fin et se propage lentement mais montre des couches de turbulence. Bien sûr un miroir chaud est inutilisable si vous recherchez la plus haute résolution et des figures de diffraction parfaites (indépendamment des conditions atmosphériques). 

Pour éviter toutes ces aberrations et des images floues, je vous conseille de placer votre télescope à l'extérieur au moins une heure avant votre session d'observation afin qu'il soit en équilibre avec la température extérieure. Si votre système est isothermique la turbulence mécanique ordinaire (basse vitesse) ne dégradera pas vos images.

Sachez enfin que les résistances contre l'humidité (dew remover) ne sont pas adaptées aux miroirs primaires des télescopes mais s'adaptent uniquement aux lentilles objectifs, aux lames de fermeture et aux oculaires.

Concernant l'observation du Soleil, il ne faut pas espérer utiliser des instruments de très grande ouverture pour observer le Soleil en hydrogène alpha. Le principal problème est la CHALEUR. Le Soleil génère un phénomène de convection thermique dans notre atmosphère, réchauffant le sol et les bâtiments autour de nous. Dans ces conditions la couche d'air à travers laquelle nous observons le Soleil devient turbulente, crée des fluctuations de température bien supérieure à 0.1 K. Cet effet affecte l'indice de réfraction de l'air et génère des trains d'ondes d'aberrations qui limitent la résolution pratique aux alentours de 1", que vous utilisiez un télescope de 80 ou de 400 mm d'ouverture.

Simulation de la turbulence dans un coronographe (Obs.Nice)

Utiliser si possible une lunette astronomique ou un télescope à enceinte close, fermé par une lame de fermeture ou ventiler les turbulences de façon à ce qu'elles se déplacent parallèlement à l'axe optique. L'avantage revient ici encore aux lunettes qui sont quatre fois moins sensibles aux déformations thermiques ou mécaniques que les télescopes à miroir.

Coupole ou abri roulant ?

La question est pertinente. Depuis quelques années, les professionnels se sont détournés des observatoires abrités sous coupoles. A première vue l'idée semble saugrenue car cela fait plus d'un siècle que la coupole a monopolisé la question. Mais à force de construire de nouveaux observatoires bénéficiant de conditions optimales, il a fallu reconnaître que les coupoles hémisphériques entretenaient les turbulences autour des télescopes. 

La coupole reste toutefois la structure la mieux adaptée mais c'est aussi la solution la plus onéreuse ou celle qui vous demandera le plus de travail si vous désirez la construire vous-même.

La coupole (dôme)

Marcello,150mm

Bob Reeves,300mm

Maximo Ferreira, 300 mm

IGEOE, 350 mm

Juan Salmi, 300 mm

Michel Peyro, 600 mm

StarHill Inn, 600 mm

L'avantage de l'abri roulant est de mettre très rapidement l'installation en température et d'éliminer toute turbulence autour de l'instrument. De plus l'abri roulant est beaucoup plus facile à construire qu'une coupole et meilleur marché. Aussi est-il devenu un standard chez les amateurs. Il est convivial, les invités embrassant en un clin d'oeil toute la voûte céleste.

Si le vent vous gêne vous pouvez toujours ouvrir partiellement l'abri selon la hauteur de l'astre observé tout en restant protégé. Pour ce faire une orientation nord-sud est conseillée, l'abri coulissant vers le nord.

L'abri roulant ou coulissant

Virgilio Martins, 300 mm

A.Cidadão, 250 mm

Hans Vehrenberg,350 mm

J.Ware,400mm

Pédro Ré, 350 mm

Tim Puckett, 600 mm

Ralph Nye,400mm

Cela dit, faute de moyens et d'espace approprié, la plupart des amateurs travaillent tout simplement sur leur balcon (déconseillé en raison des turbulences), dans leur jardin ou, ce qui est préférable, à l'écart de toute lumière parasite en pleine nature.

Parfois il s'agit d'une solution idéale pour les amateurs qui cherchent un compromis entre la mobilité et la stabilité de la monture. Plusieurs constructeurs proposent en effet des montures allemandes rigides sous lesquelles peuvent se fixer des roulettes de transport débrayables. D'autres proposent des montures à fourches dont la base est fixée sur un trépied trapu. Lorsque ces montures sont déposées sur une dalle de béton ou sur l'asphalte, il est tout à fait possible de réaliser des photographies à longue pose du ciel profond. Encore faut-il que le sol ne transmette pas les éventuelles vibrations...

En plein air... ou presque

P.Ré, 90mm

Lombry,115mm

M.Cook,130mm

Philippart,125mm

K.Tanaka,200mm

M.Treacy,300mm

G.Garradd,450mm and R.J.Poole,640 mm

Kazuyuki Tanaka par exemple, astronome professionnel et opticien japonais, a expérimenté trois lieux différents avec son Celestron de 200 mm : tout d'abord le désert d'Arizona où le "seeing" (conditions d'observation) était voisin de 9/10. Ayant plusieurs années d'observation à cet endroit, réalisé des images en haute résolution du ciel profond et des planètes et même réalisé de la spectroscopie sur les quasars, il m'a confirmé qu'il n'avait jamais observé la scintillation atmosphérique !

Puis il rentra à Tokyo où le seeing est tombé à 4-7/10 avec des vibrations très importantes engendrées par la rue et les lignes de transport en commun (autoroute, train, métro) situées à quelques dizaines de mètres de son appartement. Sans patins amortisseurs sous sa monture, il me disait qu'il n'aurait jamais pu reprendre l'astrophotographie à haute résolution.

Enfin il visita Saipan (à gauche), une petite île de 12x3 km de l'Archipel des Mariannes située dans l'Océan Pacifique par 15° N et 145.8° E sous protectorat américain. Il me disait que sur Saipan "l'air y est beaucoup plus stable qu'en Arizona; c'est comme dans l'espace. Le seeing atteint 9.5-9.8/10.0"... ! 

A l'écart de la plage, protégé par les palmiers et les montagnes, on ne ressent même pas l'humidité sauf parfois les effets abrasifs de l'air chargé de sable ou de sel. Comme dans toutes les îles, un excellent "coating" sur les optiques et un bonne protection solaire sur le corps sont indispensables !

L'observation en plein air a donc des côtés positifs, encore faut-il trouver le site approprié et pouvoir y accéder facilement. Avis aux amateurs de plages de sable fin !

Il est clair que les conseils que j'ai repris ne sont pas souvent pris en considération et de nombreux amateurs commettent nombre d'erreurs qui réduisent fortement les performances de leur installation. Mais vous me rétorquerez que l'on n'a pas toujours le choix ! Bien sûr. Aussi exploitez au mieux le site dont vous disposez en réduisant autant que possible la turbulence, les vents de sol, la pollution lumineuse, les vibrations, observez en l'absence de Lune et sous de très bonnes conditions, quantité de paramètres qui, accumulés, favoriseront une meilleure qualité d'image.

Pour plus d'information

The Vanishing Universe, D.McNally, Cambridge University Press, 1994.

Détecteurs de ciel clair : Thermoelectric detector, The Boltwood Cloud Sensor.

Construction d'observatoires et de télescopes

Altaz (Dobson)

Aristarque (Celestar)

Durey (Newtonien de 400 mm)

Peyro Michel (Newtonien de 600 mm)

Telescope Amateur

Faranda Chuck (355 mm)

German Equatorial Mount (Chris Heapy)

Jason Lewis (Meade 305 mm)

Puckett Tim (615 mm)

The 150mm reflector

Les images des observatoires portugais m'ont été aimablement communiquées par Pédro Ré. Les coordonnées des amateurs figurent dans mes 1001 liens, rubrique Images.

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