Descriptif et principe

Qu'est-ce qu'un planétarium ?

C’est une machine qui projette l’image de la voûte étoilée sur un dôme hémisphérique faisant office d’écran, les spectateurs se trouvant à l’intérieur de celui-ci ont la vague impression d’être sous un ciel nocturne. Selon le degré de sophistication atteint, le réalisme et les possibilités s’accroissent comme on va le voir à présent.

Le plus simple étant le petit engin que je vous ai décrit dans la page précédente , le système est radicalement amélioré si on projette une image sphérique du ciel étoilé sur un écran de projection hémisphérique.

La projection

Il y a plusieurs façons de projeter l’image des étoiles: Le plus simple étant une sphère percée d’une multitude de trous en lieu et place des étoiles, au centre de laquelle est placée une source lumineuse ponctuelle.

C’est cette technique qui est retenue pour tous les petits planétariums du commerce mais aussi par celui de la Cité des Sciences et de l'Industrie de la Villette.

La seconde solution, tel un oeil de mouche, fait appel à un certain nombre de projecteurs de diapositive assemblés entre eux, reproduisant chacun une partie du ciel. Le planétarium du Palais de la Découverte fonctionne sur ce principe.

La dernière en vogue est celle utilisant un projecteur unique muni d’un objectif spécial de type «fish-eye», comme à la géode. C’est une image de synthèse réalisée par informatique que l’on projette alors. Ainsi, tout devient possible, il n’y a plus de limite.

Nous avons retenu la première solution, la boule percée, par souci évident de simplicité.

Les mouvements

Il faut maintenant animer cette sphère. Un axe de rotation A passant par les pôles reproduit le mouvement diurne et un autre B perpendiculaire à celui-ci, permet d’orienter la sphère selon la latitude choisie du lieu d’observation.

Un troisième axe C perpendiculaire au plan de l’écliptique visualise le mouvement de précession des équinoxes. Enfin, un dernier axe vertical D, perpendiculaire à celui de latitude, permet d’orienter le ciel dans n’importe quelle direction et ainsi, de reproduire un ciel de n’importe où dans l’espace, par exemple, sur une lune de Jupiter ou dans une station spatiale.

Toujours dans un souci de simplicité, nous avons retenu que les deux premiers axes de rotations A et B cités qui à eux seuls, permettent déjà beaucoup de possibilités

Descriptif du Stellarium 4000

La coupole de projection : (voir)

  • diamètre : 5 m

  • hauteur : 3,80 m

  • nombre de spectateurs : 30

  • mise en forme par gonflage

Le projecteur : (voir)

  • motorisation : 2 axes (latitude, mouvement diurne)

  • étoiles : 4 000 (Mg : 5,8)

  • planètes : 5

  • soleil : mouvement annuel motorisé

  • lune : 11 phases

  • projections diverses : voie lactée, 12 constellations zodiacales (dessins mythologiques), 5 objets diffus, 1 constellation (dessin mythologique, alignement simple, limites)

  • cercles de coordonnées : équateur, écliptique, méridien local, pôles célestes

  • éclairage d'ambiance : aube & crépuscule automatique, effet de coucher et de lever de soleil, pollution lumineuse

Histoire de trous...

Pour faire l'image des étoiles, on va utiliser le principe de la passoire à nouilles (pour les deux demi-sphères percées) et du sténopé. Drôle de nom pour désigner un simple trou. Toutefois, il est intéressant de constater que ce trou va se comporter comme un objectif photographique.  En effet,  les rayons lumineux issus d'un objet quelconque vont «s'organiser» après leur passage obligé par ce trou.

Ils vont projeter  une image fidèle de cet objet. La taille de cette projection dépendra du grandissement fonction des distances respectives de l'objet au trou, et du trou à l'image. La luminosité dépendra directement du diamètre de ce trou. Mais, à partir d'un certain diamètre, on n'a plus à faire à un sténopé. L'image devient de plus en plus floue et on obtient une tache de plus en plus grosse.

Dans le cas de notre planétarium, on voit que notre lampe doit avoir un filament le plus ponctuel possible car c'est l'image même de celui ci qui sera projeté. Les étoiles peuvent prendre des aspects surprenants si on y prend garde. Pour éviter l'effet de tache des étoiles les plus brillantes, on collera sur ces trous des lentilles colorées afin d'obtenir de «belles images». (voir réalisation).

Les projections annexes

A cette image du ciel étoilé  il faut maintenant ajouter les "astres errants", planètes, lune et soleil. Les images sont obtenues par des petits projecteurs indépendants les uns des autres. Plusieurs solutions sont possibles pour placer ces astres dans leur position respective sur la voûte céleste (voir).

Chaque projecteur peut être orienté manuellement au début de séance pour visualiser le ciel du jour. Ils peuvent aussi être assujettis à une mécanique plus ou moins sophistiquée pour les amener automatiquement dans la position désirée et reproduire leurs trajectoires complexes. Dans notre cas, nous avons pris une solution hybride : les planètes et la lune seront fixes, seul le soleil sera mobile. Grâce à un moteur , il possédera son mouvement propre et cheminera dans le ciel en fonction de la date d'observation. Ce sera le mouvement annuel. On pourra mettre en évidence les notions d'écliptique, donc de zodiaque et les phénomènes de saisons. Plus tard, on pourra envisager d'automatiser une (ou plusieurs) planète grâce à une petite monture altazimutale pilotée par un calculateur tenant compte de l'orientation de la voûte céleste. Vaste programme...

Le repérage

Pour une meilleure compréhension du ciel et de ses mouvements propres, les planétariums ont la possibilité de projeter les principaux cercles de coordonnées. Nous retiendrons ici l'écliptique, l'équateur céleste et le méridien local, ce qui est déjà pas mal.

Pour faire joli, on peut ajouter quantité d'autres projections. Notre machine sera équipée pour la visualisation de la voie lactée, de quelques objets diffus et les dessins des constellations du zodiaque.

Voici présentée dans le détail cette délicate mécanique. A cela, il faut ajouter un panneau de commande, que dis-je, de pilotage et un dôme de projection démontable gonflable de cinq mètres de diamètre, cette dimension permettant d'accueillir une trentaine de personnes.