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Choisir un site d'observation astronomique

Observatoire sous coupole Sky Shed Pod

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.

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.

Le site choisi par Robert Reeve au Texas, USA. Isolé en bordure du désert, obscur, sec et peu venteux, c'est le site rêvé.

Concernant l'observation du Soleil, il ne faut pas espérer utiliser des instruments de très grande ouverture. 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, créant des fluctuations de température bien supérieure à 0.1°C. 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.

Utiliser si possible une lunette astronomique ou un télescope muni d'une enceinte close, fermé par une lame de fermeture et si possible, 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, à l'exception des modèles équipés de miroirs à très faible dilatation thermique (Zerodur, verre de silice, etc.) et d'un tube en fibre de carbone, mais ces solutions sont onéreuses. Nous reviendrons dans un autre article sur les spécifications des verres utilisés en astronomie, et notamment pour les miroirs.

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 en 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).

A télécharger : Telescope Mirror Cooling Calculator, Cruxis

Simulation de la durée de mise en température de miroirs en différents matériaux. Un miroir en verre de silice de 50 mm d'épaisseur met 4.3 heures pour passer de 20°C à 0°C. Par comparaison, un miroir en Suprax met 4.6 heures, un miroir sodocalcique met 5.16 heures et un miroir en Zerodur met 5.5 heures. Si le barrilet est équipé d'un ventilateur (air forcé) les mêmes miroirs atteignent l'équilibre thermique en 1.5 à 2 heures. Bien sûr un miroir moins épais atteindra plus rapidement l'équilibre. Simulations réalisées avec le logiciel Telescope Mirror Colling Calculator de Robert Houdart.

Les effets de la turbulence atmosphère sont généralement moins conséquents que ceux engendrés par le miroir du télescope et le tube optique (OTA).

En effet, bien que généralement les amateurs utilisent des miroirs en Pyrex (Supremax, etc) dont le verre se refroidit un peu plus vite (20%) que le verre sodocalcique ordinaire, d'autres facteurs comme l'épaisseur du miroir et la conception du barillet sont de loin plus importants.

S'ajoute à ces facteurs le problème thermique. Aucun miroir ne sera performant tant que la "couche limite" de turbulence n'a pas été évacuée; c'est-à-dire jusqu'au moment où la température du miroir est en équilibre avec celle de l'air ambiant.

Celestron C14 équipé de six petits ventilateurs pour expulser l'air chaud de l'OTA vers l'extérieur. Doc Kevin Hobbs.

C'est la raison pour laquelle les miroirs de plus de 200 mm devraient être ventilés par de petits ventilateurs afin d'évacuer l'excès chaleur présent au dos du miroir et dans le tube optique.

C'est surtout nécessaire sur les télescopes dont l'OTA est fermé et scellé comme c'est le cas des télescopes catadioptriques qui peuvent accumuler beaucoup de chaleur s'ils sont placés dans une pièce de séjour à température ambiante entre les sessions d'observation.

Cette ventilation forcée est souvent installée sur les télescopes dobsoniens VLT (ayant un miroir > 700 mm de diamètre).

Ainsi, à choisir entre deux télescopes identiques mais dont l'un dispose d'un miroir en Pyrex et l'autre d'un miroir sodocalcique ventilé, à système optique égal celui ventilé donnera toujours de meilleures images.

A défaut de moyen d'évacuer cet excès de chaleur, pour éviter d'obtenir des images déformées et floues en raison des effets de la turbulence dans le tube optique, placez votre télescope à l'extérieur au moins une heure avant votre session d'observation afin qu'il se mette 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.

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.

A consulter : Achat d'un observatoire, Astroshop

Sky Shed Pod

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.

A voir : Observatoires amateurs, une compilation de Cédric Thomas

L'abri roulant ou coulissant

Virgilio Martins, 300 mm

A.Cidadão, 250 mm

Hans Vehrenberg,350 mm

J.Ware,400mm

Pedro 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, sur une terrasse ou un toit plat (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. En effet, plusieurs constructeurs proposent des télescopes légers en aluminium qui peuvent facilement être transportés. D'autres proposent des montures allemandes rigides sous lesquelles peuvent se fixer des roulettes de transport débrayables.

Enfin, concernant les Schmidt-Cassegrain et autres Maksutov, la plupart les montures à fourche ont une base 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 du ciel profond. Encore faut-il que le sol ne transmette pas les éventuelles vibrations.

En plein air... ou presque

L.Ferrero, 80 mm

G.Carrau,127 mm

M.Cook,130 mm

T.Lombry, 200 mm

M.Treacy,300 mm

G.Garradd, 450 mm et R.Poole,640 mm

Kazuyuki Tanaka par exemple, astronome amateur et ingénieur 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 effectué 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 confirma qu'en ce lieu 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 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, au sommet des falaises de Bonsai Cliff par exemple ou à l'abri des palmiers, 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 revêtement sur les optiques et un bonne protection solaire sur le corps suffisent !

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 voyages et de plages de sable fin !

Il est clair que les conseils repris ci-dessus ne sont pas souvent pris en considération et de nombreux amateurs commettent nombre d'erreurs qui réduisent fortement les performances de leur installation. Mais on n'a pas toujours le choix... Dans ces conditions, que faut-il faire si on souhaite pratiquer l'astronomie et l'astrophotographie à haute résolution ?

La solution est d'exploiter au mieux le site dont on dispose 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 météos, quantité de paramètres qui, accumulés, favoriseront une meilleure qualité d'image.

Si cela réduit le nombre de nuits exploitables à une poignée chaque année, il évident qu'il est préférable de trouver un autre site d'observation, de se rabattre sur le système solaire ou de n'observer le ciel que pendant les vacances en des lieux bien plus cléments.

Pour plus d'informations

La pollution lumineuse (sur ce site)

Origines des lueurs nocturnes (sur ce site)

Light Pollution Map

Google Earthbuilder

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

Appareil de mesure de la qualité du ciel : Sky Quality Meter (Unihedron)

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

Achat et construction d'observatoires et de télescopes

Astroshop (observatoires)

Altaz (Dobson)

Aristarque (Celestar)

Durey (Newtonien de 400 mm)

Peyro Michel (Newtonien de 600 mm)

Faranda Chuck (355 mm)

Jason Lewis (Meade 305 mm)

Puckett Tim (615 mm)

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

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