Certains films noir et blanc ou couleurs chutent après 6300 Å et leur sensibilité est nulle à 6450 Å, donc avant la raie de l'hydrogène alpha à 6563 Å. C'est particulièrement vrai pour l'Ektachrome 400 de Kodak tandis que l'Ektachrome 160 Tungstène devient insensible vers 6700 Å (Rappelons que l'ancien Kodak Technical Pan TP 2415 hypersensibilisé conservait sa sensibilité jusqu'à 6800 Å et restait le film le plus utilisé. Kodak a malheureusement arrêté sa production suite à la concurrence des CCD).

On peut étendre la sensibilité des films noir et blanc traditionnels dans l'infrarouge en utilisant le film High Speed Infrarouge de Kodak qui présente par ailleurs un excellent contraste.

Mais il ne faut pas oublier que dans la partie infrarouge du spectre se trouve également les raies des gaz de l'atmosphère terrestre dont celles de l'eau et de l'oxygène.

A l'inverse il ne faut pas oublier de retirer les filtres Skylight et autre UV de vos optiques car un filtre tel le Wratten 2B coupe tout sensibilité dans la partie bleue du spectre à partir des raies Ca H et K à 3968 Å. 

Les films couleurs, même sous-exposés montreront les trois couleurs primaires, bleue, verte et rouge mais qui seront séparées par des zones plus sombres en raison d'une perte de sensibilité des émulsions. 

La différence entre un détecteur CCD et une émulsion argentique réside au niveau de l'enregistrement numérique de l'image. Pour obtenir une image CCD exploitable il faut soustraire l'image noire (dark frame) induite par le courant électronique d'obscurité, éventuellement l'offset ainsi que l'image d'un champ uniforme (flat field) avant de commencer à traiter l'image pour corriger la balance des couleurs ou le niveau de détails. Ces techniques sont traitées dans le dossier consacré à la chambre noire digitale.

Ci-dessus à gauche le spectre de Bételgeuse (M2 Iab) enregistré par D.P.Lacroix sur film Tri-X. Pose : 1 sec de poursuite et 2 sec de filé. A droite le spectre de Sirius (A1) photographié par Sorensen. Pose de 12 sec sur Tri-X au foyer d'un T.400 mm équipé d'un spectrographe à fente. Ci-dessous, à gauche le spectre de Procyon (F5 IV). On reconnaît à gauche la bande G (CN). A droite le spectre de Véga (A0 V). Photographies réalisées par D.P.Lacroix.

Le temps d'exposition spectral

La technique consiste à réaliser des poses suivies des astres au moyen d'une monture équatoriale, si possible équipée d'un moteur de rappel en déclinaison et dont l'optique est protégée des lumières parasites.

Qu'il s'agisse du spectre d'une étoile ou le spectre-éclair du Soleil il faut veiller à choisir une optique qui permette d'enregistrer sur un seul film le spectre compris entre 4000-8000 Å. Il y a donc un compromis à trouver entre la résolution spectrale et la résolution spatiale. Si le spectre-éclair du Soleil peut se contenter d'une dispersion de 2 Å/pixel il faudra une résolution 10 fois supérieure pour en extraire la structure fine.

Les facteurs suivants contrôlent l'intensité du spectre obtenu avec un réseau de diffraction. Il reste toutefois difficile de tenir compte de la brillance du ciel qui reste une source non négligeable de "bruit" :

- D : fonction de la déclinaison de l'objet, le mouvement de l'astre à travers le ciel influençant la largeur du spectre

- m : la magnitude stellaire de l'objet

- d : le nombre de traits par mm du réseau. Il contrôle la dispersion du spectre

- S : la sensibilité du film exprimée en ISO

- f : l'ouverture de l'objectif photographique utilisé

- F : la distance focale de l'objectif. Il contrôle la longueur du spectre sur le film.

Les deux expressions suivantes permettent à un utilisateur d'évaluer l'influence d'un paramètre si l'un des facteurs change :

Pour un spectre de même intensité, l'exposition sera :

Cette valeur peut s'interpréter comme un facteur permettant de corriger la vitesse d'un entraînement horaire.

Ci-dessus le spectre d'Arcturus (K2 III) obtenu en 0.1 sec d'exposition au moyen d'un réseau de diffraction. On distingue l'ordre 0 (à gauche) et le premier ordre (à droite). La résolution est de 70 Å à 6563 Å. Noter le décalage prononcé des raies vers la partie rouge. Ci-dessous le spectre de Bételgeuse (M2 Iab) réalisé avec un spectrographe à fente par Claude Hellemond de l'Observatoire MIRA. On distingue les raies du Ca, Mn, Fe et TiO. Pose de 3 minutes sur film Tri-X.  Ci-dessous le spectre de Bételgeuse (M2 Iab) et celui de Sirius (A1 V) obtenus avec le spectrographe haut de gamme de SBIG. Hb=4861 Å, Mg=5167 et 5173 Å.

Comment déterminer le temps d'exposition ? Hormis la formule précédente qui demeure la plus précise, la technique la plus simple consiste à réaliser des tests d'exposition sur une étoile de magnitude 0, Véga par exemple (classe A0) qui présente un spectre très clair. Ensuite, à partir de la formule de Pogson on peut extrapoler les autres temps d'exposition en fonction de la magnitude propre de chaque étoile, tout en gardant une émulsion de même sensibilité tout au long du travail. 

La relation de Pogson s'écrit : log (E₂/E₁) = (m₂ - m₁)/2.5, d'où nous tirons :

E₂ = E₁ x 10 ^{((m2- m1) / 2.5 ))}

avec, 

m₁ : la magnitude de l'étoile étalon

m₂ : la magnitude de l'étoile à photographier

E₁ : le temps de pose relatif de l'étoile étalon

E₂ : le temps de pose relatif de l'étoile à photographier

Deux étoiles de classe A : Véga et HD 116608 photographiées l'une avec un prisme objectif (Véga par M.Gavin) et une caméra CCD, la seconde avec un réseau de diffraction sur une émulsion inversible couleur. Document Maurice Gavin et NOAO.

Exemple : Nous photographions Véga, de magnitude +0.04 pour déterminer ensuite le temps d'exposition équivalent pour photographier z Orionis de magnitude +1.79 :

E₂ = E₁ x 10 ^{((1.79 - 0.04) / 2.5 ))}

E₂ = 5.01 E₁

Il faudra ajouter à ce temps d'exposition l'effet Schwarzschild à savoir que la sensibilité du film diminue avec la durée d'exposition et que les étoiles rouges impressionnent moins facilement l'émulsion panchromatique que les étoiles bleues.

Le tableau présenté ci-dessous donne les principaux résultats pour quelques étoiles brillantes, temps d'expositions qui ne sont valables que pour une optique de 50 mm f/1.4 avec un film de 400 ISO et pour une poursuite suivie et non un filé où le temps de pose ne serait pas suffisamment long.

Parmi les films les plus utilisés citons le T-MAX400 (400 ISO), l'Ektachrome 400 ou l'Ektachrome 160 Tungstène (le TP 2415 n'étant plus commercialisé) que vous pouvez hypersensibiliser afin de réduire le temps d'exposition d'un facteur 8 à 10 par rapport aux émulsions conventionnelles non traitées.

Ci-dessus, de haut en bas, les spectres de Jupiter et Vénus et deux spectres de Saturne (le deuxième exposé 10 sec) réalisés par Sorensen sur film Tri-X avec un spectrographe à fente fixé au foyer d'un T.400 mm. On reconnaît la série de Balmer, la bande G (CN) et Ca I. En fait ces planètes réfléchissent la lumière du Soleil. Cliquer sur les images pour les agrandir.

Pour accentuer les raies spectrales et le contraste d'un film noir et blanc présentant un faible gamma (0.7 pour le T-MAX400), pour les amateurs ne disposant pas d'ordinateur et de logiciel de traitement d'image, une technique consiste à réaliser un contact du négatif sur un film à haut contraste tel le Kodak 5069, le Recordak ou encore le Kodalith, ce dernier étant orthochromatique et donc insensible à la lumière rouge.

Rappelons qu'on peut développer tout film Technical Pan de faible sensibilité (tel l'ancien TP 2415) dans le Microdol-X dilué à 1:3 pendant 32 minutes à 25°C. Vous atteindrez un gamma de 2.9.

Optiques et accessoires

Pour ne pas devoir trop agrandir les négatifs stellaires et perdre ainsi de définition, il est recommandé d'utiliser des objectifs d'au moins 200 mm de focale ou d'insérer le spectroscope au niveau du système oculaire du télescope. Cette dernière technique requiert l'usage du diviseur optique ou d'une lunette guide pour assurer le guidage durant l'exposition.

De gauche à droite, le spectroscope portatif vendu par Edmund Optics, le FICS vendu par Oriel, le spectromètre MMS1 vendu par Zeiss et le spectrographe haut de gamme auto-guidé de SBIG attaché à une caméra CCD ST-7E.

Concernant les accessoires, Edmund Optics et Oriel proposent des spectroscopes (modèle FICS) dont le prix oscille entre $300-600. Il vous est éventuellement possible d'en trouver d'occasion chez Bausch & Lomb et Lichtenknecker Optics. Actuellement en fait les constructeurs vendent surtout des spectromètres équipés de réseau de diffraction, pour citer Oriel et Zeiss. Ces accessoires coûtent environ $600. Enfin SBIG propose également un spectrographe de qualité professionnelle et auto-guidé. Sa résolution atteint 2.4 Å. Pesant environ 1.5 kg et coûtant près de $5000 (sans le capteur CCD !) il est malheureusement réservé aux spécialistes. En raison du prix élevé de cet accessoire, les amateurs préfèrent en général construire leur propre spectroscope.

Pour plus d'information

Visual Spec (logiciel, Valérie Desnoux)

SpecLab (logiciel, CLEA)

Self-Guiding Spectrograph (SBIG)

Rainbow Optics

Edmund Optics  

Lichtenknecker Optics

Oriel

Zeiss

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