L'OPTIQUE DE TYPE NEWTON

Le type Newton est le système optique choisi pour la réalisation du télescope. Son principe de fonctionnement est le suivant : La lumière des astres est recueillie par un miroir principal de forme parabolique situé au fond du tube. Les rayons sont alors réfléchis vers un miroir secondaire plan, généralement de forme elliptique, placé au centre du tube, qui renvoie l'image sur le coté du tube où l'on peut alors observer à l'aide d'un oculaire placé dans le porte oculaire.

Le télescope Newton est classiquement le type de télescope construit par les amateurs, les autres types de systèmes optiques tels que les schmidt-cassegrains nécessitent l'utilisation de miroirs plus complexes.

LE CHOIX DE LA TAILLE DU MIROIR

La puissance d'un instrument astronomique d'observation dépend essentiellement du diamètre du miroir principal c'est-à-dire de la surface collectrice de lumière.

Ainsi, le diamètre du miroir détermine la magnitude limite des objets observables. La magnitude est une grandeur qui caractérise la luminosité des étoiles. Plus le chiffre est élevé, moins l'astre est lumineux. Entre deux unités de magnitude, il y a un écart de brillance de 2,5 fois. Il est intéressant d'avoir quelques ordres de grandeur de magnitude : Sirius, l'étoile la plus brillante est de magnitude -1,4, la galaxie d'Andromède (M31) possède une magnitude de 3,5 et enfin la magnitude limite du télescope spatial Hubble est de 29. 

La relation qui lie la magnitude au diamètre du miroir primaire est la suivante :

Le graphique suivant peut alors être établi; il est intéressant à considérer lors du choix du diamètre du télescope.

De plus la résolution du télescope dépend également étroitement du diamètre du miroir. La résolution maximale réelle (prenant en compte les défauts liés à l'atmosphère) est de 240/D, D diamètre du miroir primaire. Ainsi pour un télescope de 200 mm, la résolution est de 1,2 seconde d'arc.

Attention, à la vue de ce graphique on est évidemment tenté de choisir un miroir de grand diamètre mais il faut aussi prendre en compte le coût et les conséquences sur la mécanique du télescope. En effet, plus le diamètre du miroir est important plus son prix d'achat est élevé ( les différences de coût sont atténuées si les miroirs sont polis de façon personnelle.) et surtout plus la conception du barillet qui maintiendra le miroir est complexe et plus la monture devra être lourde et encombrante, surtout dans le cas d'une monture équatoriale. Il faut alors s'orienter vers des télescopes de type dobson.

Nous avons choisi un diamètre de miroir primaire de 200 mm, diamètre permettant d'envisager des observations nombreuses et de tout type (3900 galaxies sont théoriquement observables) tout en limitant le coût du miroir et en conservant une mobilité acceptable pour le télescope complet.

LA RÉALISATION DU TUBE OPTIQUE

Le tube optique de type Newton se compose des éléments suivants :

LES MIROIRS	LE BARILLET	L'ARAIGNÉE	LE TUBE	LE PORTE-OCULAIRE	LES OCULAIRES

Vous pouvez télécharger le logiciel newt.exe qui s'avère très pratique pour le dimensionnement des composants et notamment du miroir secondaire.

LES MIROIRS

Le miroir principal présente un diamètre de 200 mm et le secondaire est de forme parabolique dont la longueur du petit axe est de 42 mm. L'obstruction de l'araignée est alors légèrement supérieure à 4%. 

Les miroirs ont été commandés chez LICHTENKNECKER, société basée en Belgique qui propose des miroirs polis à la main certifiés à lambda/20. (Les miroirs Meade polis à la machine, généralement vendus dans les magasins spécialisés, sont quant à eux certifiés à lambda/8)

Le miroir est en Duran 50 et pèse 3 kilogrammes.

Une autre source pour la fourniture de tout type de miroir (paraboliques et plan notamment) est la société française mirro-sphere, spécialisée dans la fabrication d'optiques de précision pour l'astronomie. (voir lien ci-dessous).

Lors de l'assemblage des éléments dans le tube optique, il est nécessaire de connaître la distance focale du miroir primaire, notamment pour définir l'emplacement du plan focal où se formera l'image à grossir à l'aide des oculaires.

Or selon le constructeur la distance focale présente une précision de +/- 3 % (ce qui fait tout de même +/- 3 cm). Une méthode simple pour mesurer la distance focale de son miroir est la suivante. Elle consiste à fixer le miroir dans un support vertical et de créer une source lumineuse ponctuelle (fine fente éclairée par exemple). Puis il suffit de déplacer la source lumineuse jusqu'à ce que le faisceau retour soit focalisé. On se trouve alors au centre du rayon de courbure du miroir. En effet, un faisceau incident se réfléchit sur lui-même s'il passe par le centre du rayon de courbure du miroir.

La formule de base des miroirs sphériques donne alors la distance focale FS qui est telle que FS = CS/2.

LE BARILLET

Ce support permet de maintenir le miroir principal au fond du tube en toute sécurité ainsi que de l'orienter.

Le barillet que nous avons réalisé a nécessité environ 12 heures d'usinage (tour, fraiseuse, perceuse et tour à commande numérique pour la rotule) et il se présente de la façon suivante :

Explications du fonctionnement et des choix techniques :

Le barillet se compose de 2 disques en aluminium, le premier (épaisseur 15 mm) fixé dans le tube par 4 vis et le second (épaisseur 10 mm) mobile par rapport au premier. Le réglage de l'orientation du disque supportant le miroir s'effectue à l'aide de 3 ensembles vis, ressort, écrou à ailette, positionnés à 120° les uns des autres. Il faut noter que la tête des vis est montée serrée dans le disque supérieur.

Ce système est généralement retenu pour la plupart des barillets, mais il subsiste un jeu latéral au niveau de chacune des vis ce qui a pour conséquence un mouvement latéral assez important du disque soutenant le miroir par rapport au tube.

Ainsi nous avons décidé de supprimer ce jeu en ajoutant un dispositif au centre du barillet constitué d'une rotule, d'une pièce tournée pour la guider ainsi que d'un ressort pour maintenir la rotule plaquée en permanence contre le chanfrein usiné dans le disque supérieur. (La rotule est en laiton afin d'éviter des frottements trop importants avec l'aluminium.) Le jeu est alors annulé tout en permettant l'inclinaison de la plaque supérieure.

Trois brides à 120° permettent d'une part le centrage du miroir (à l'aide de 3 vis en nylon) et d'autre part de le maintenir en appui sur les 3 contacts ponctuels vissés dans le disque supérieur. (il s'agit de têtes de vis en nylon usinées afin d'obtenir des rotules.)

Il faut également préciser comme il apparaît sur la photo que les deux plaques ont été percées afin de faciliter les échanges thermiques entre l'intérieur du tube et l'air ambiant. Le miroir prend ainsi la température du milieu ambiant plus rapidement.

L'ARAIGNÉE

photo de l'araignée ainsi que du miroir secondaire (qui apparaît noir sur la photo)

La réalisation de ce support a nécessité environ 6 heures d'usinage.

La spécificité de cette araignée est l'emmanchement conique bloquant en rotation les pièces B et C. Ainsi, une fois la mise en position parfaite aucun dérèglement n'est possible notamment lors des transports du tube optique.

Pour le reste l'araignée reste classique avec 3 vis de réglage pour l'orientation du miroir.

Cette photo fait apparaître le cône usiné sur la pièce supportant le miroir.

Remarque :

Le collage du miroir secondaire sur l'araignée est fortement déconseillé. En effet, il faut impérativement choisir de la colle souple de type silicone et l'utiliser en faible quantité (par exemple en 3 points sous le miroir). Un mauvais collage provoque la compression du miroir. Dans ce cas celui-ci peut se courber ou prendre la forme de la pièce qui le soutient et la non planéité du miroir devient alors une source importante d'astigmatisme pour le télescope.

LE TUBE

Ce tube, fournit par la société Arcane, est en bakélite, un matériau thermiquement inerte. De plus le montage des différents éléments contenus à l'intérieur est sans difficulté, le matériau se travaillant facilement. L'intérieur du tube est recouvert d'une peinture noire mat limitant ainsi fortement les réflexions de lumière indésirables. Nous avons choisi de nous procurer un tube cylindrique plutôt que de réaliser une structure de section carré ou octogonale. En effet, un cylindre laisse possible à tout moment une rotation possible du tube dans son support ce qui permet de placer le porte oculaire dans la position la mieux adaptée à l'observation. Nous avons laissé de coté la solution du tube de type serrurier principalement faute de temps; en effet ce type de tube doit nécessiter une conception plus délicate du tube. Mais il s'agit certainement de la meilleure solution (plus grande légèreté, moins d'encombrement (démontable)...) pour des diamètres de miroir important et donc pour la réalisation d'un Dobson.

LE PORTE OCULAIRE

L'origine de ce porte oculaire est également la société Arcane. La mise au point s'effectue d'abord grossièrement en coulissant le tube-allonge puis de façon plus fine en tournant les manetons. Le pas pas de la vis est de 1 mm ce qui permet un réglage particulièrement fin. La réalisation d'un porte oculaire est envisageable pour un amateur : il suffit de trouver deux tubes qui coulissent avec frottement l'un dans l'autre et ayant un diamètre intérieur de 31,75 mm pour le plus petit. Mais cette réalisation doit être particulièrement soignée étant donné que le porte oculaire supporte la dernière pièce optique du télescope, l'oculaire. De plus le mouvement répétitif de translation due à la mise au point nécessite un montage fiable.

.LE CHOIX DES OCULAIRES

L'obtention d'un grossissement dépend de l'oculaire utilisé pour un télescope donnée. Afin de prévoir le grossissement que permettra d'obtenir un oculaire, il faut connaître la distance focale du télescope (en l'occurrence la distance focale du miroir principal dans le cas d'un télescope Newton), distance qui est de 1200 mm dans notre cas. Le grossissement est alors calculé, pour chaque oculaire par la formule suivante :

Lors de l'achat d'un oculaire, il est spécifié la focale de l'oculaire ainsi que son champ apparent. Ce dernier permet alors de calculer le champ de vision que procurera l'oculaire. A titre d'exemple, le champ de vision nécessaire pour pouvoir observer la pleine lune dans le champ est de 30 minute d'arc soit 1/2°.

L'application suivante vous permet de calculer le grossissement et le champ de vision après avoir entrer les données nécessaires.

CONCLUSIONS

Les différentes observations menées avec ce tube optique sont amplement satisfaisantes. En ce qui concerne la résolution, nous pouvons séparer très facilement les étoiles doubles epsilon1 et 2 de la Lyre ( écartées respectivement de 2,6 et 2,3 secondes d'arc ) qui constituent généralement de bons tests quant à la qualité d'un instrument. Nos observations en ciel profond (galaxies et nébuleuses) s'avèrent meilleures que dans un C8 et en ce qui concerne le planétaire les images obtenues à l'aide d'une caméra Quickcam donnent une assez bonne idée des résultats, bien qu'il faut préciser que les observations à l'œil laissent percevoir généralement des détails d'une plus grande finesse.

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