La photographie des éclipses totales de Soleil.

Philippe Morel,

Société Astronomique de France

Arrivés au jour J nous aurons tous le souhait de tenter de garder le souvenir le plus fidèle possible de cet instant magique. Il ne faut toutefois pas se faire trop d’illusions ; n’est fidèle que le souvenir visuel. La photographie réalisée avec les moyens conventionnels n’offre au mieux qu’une pâle réplique de la réalité et si vous assistez à une première totalité d’éclipse de Soleil, tous les chasseurs d’éclipses vous donneront le même conseil : simplifiez au maximum votre projet photographique pour vous donner le plus de chance possible de l’accomplir avec succès et surtout, gagnez du temps pour admirer le spectacle féerique qui vous sera offert.

Quelles photographies réaliser ?

Le projet photographique doit être défini assez longtemps à l’avance. Nous pouvons nous poser deux questions :

- Que faire avec mon matériel ?

- Quel matériel dois-je réunir selon le type de clichés à réaliser ?

Pour ce faire il importe donc de résumer les possibilités photographiques des équipements dont nous pouvons disposer.

Que faire avec mon matériel ?

Dans tous les cas mieux vaut placer le matériel sur un solide trépied, voire sur une monture équatoriale si le temps de pose l’exige, (voir plus loin). Les choix suivants sont définis pour un format de 24x36mm.

Objectifs de type " Fish-Eye"

Ces objectifs ont la particularité d’offrir un champ de 180° ou plus et donc de permettre la réalisation de clichés montrant l’ensemble de la voûte céleste. Ils seront donc appréciés pour des clichés montrant l’arrivée ou la fuite de la colonne d’ombre et l’effet de crépuscule tout autour de l’horizon durant la totalité. Ces objectifs ont une focale inférieure à 16mm ; il ne faut donc espérer aucun détail sur la couronne solaire. Leur courte focale rend superflu l’usage d’un équatorial y compris pour des poses de plusieurs secondes mais leur très grand champ exige une installation en hauteur par rapport aux opérateurs sous peine de voir l’un de ces derniers faire ombre à l’éclipse.

Objectifs de 20 à 50mm de focale

Ils s’attribueront un bon nombre des clichés de paysages durant le phénomène. Paysages bien sur durant la totalité où il ne faudra pas oublier le premier plan, mais aussi photographie des croissants de Soleil au pied d’un arbre, de l’assombrissement progressif du ciel durant l’ensemble du phénomène, des ombres volantes et de la colonne d’ombre dans les secondes ou minutes précédant ou suivant la totalité. Ces focales seront aussi appréciées en vue de la réalisation de photographies en chapelet. Pour placer sur un même cliché le Soleil éclipsé et l’horizon le 11 août prochain la focale utilisée devra être inférieure à 35mm.

Objectifs de 85 à 200mm de focale

Ils conviennent à la réalisation des clichés montrant les rassemblements planétaires au voisinage du soleil éclipsé. Le 11 août prochain, seules les planètes Mercure et Venus seront placées de part et d’autre du Soleil, à respectivement 18 et 15° du Soleil. Au delà de 85mm de focale il sera donc bien difficile de faire rentrer tout le monde sur un même cliché. Des focales de 135 à 200mm permettent déjà d’intéressants clichés de couronne externe mais les images seront encore trop petites pour apprécier vraiment les fins détails de la basse couronne, des protubérances et de la chromosphère.

Objectifs de 300 à 600mm de focale

En argentique avec 300 mm de focale sur pied fixe le 4 décembre 2002, © : Philippe Morel, SAF

Ces téléobjectifs, le plus souvent à miroirs se trouvent facilement et à peu de frais sur les foires à la photo. Ils permettent de détailler la couronne externe et surtout la couronne moyenne quand on approche ou dépasse les 500 mm de focale. L’usage d’une monture équatoriale est alors souhaitable et la mise au point ne se contente plus des indications gravées sur la monture de ces optiques.

Objectifs de 700 à 1200mm de focale

En argentique avec 1270 mm de focale sur altazimutal piloté le 21 juin 2001, © : Philippe Morel, SAF

Pour la photographie de la chromosphère, des protubérances de la basse et moyenne couronne apparaît ici un instrument idéal et très tolérant sur la mise au point : la lunette de 60 mm du débutant ; l’un des meilleurs instruments qui soit pour qui veut tenter la haute résolution sans se donner trop de mal dans la préparation. Le recadrage à ces focales étant particulièrement difficile et périlleux et l’allongement des temps de pose étant nécessaire à l’obtention de la couronne moyenne, l’équatorial devient indispensable. A plus de 1000 mm de focale on peut obtenir les jets de couronne externe mais en décadrant l’image de la Lune, ce qui n’est pas très évident en cours de totalité.

Objectifs de plus de 1200mm de focale

Ces focales sont à réserver à la haute ou très haute résolution de toutes les structures de la chromosphère à la basse couronne. Entraînement équatorial obligatoire et difficultés de transport et de mise en place sur le site croissant avec la focale. Plus la focale augmente plus précis doit être le pointage polaire.

Quel matériel dois-je réunir selon le type de clichés à réaliser ?

Les phases partielles

Le 21 juin 2001 avec 1270 mm de focale et un filtre Mylar grade 4, © : Philippe Morel, SAF

L’aspect du Soleil pendant les phases partielles de l’éclipse (c’est à dire avant la totalité, après la totalité, ou depuis un point situé en dehors de la zone de totalité) est strictement identique au Soleil que l’on peut voir tous les jours. Simplement, une partie de sa surface n’est pas visible, car cachée par la Lune. Les techniques d’observation du Soleil pendant les phases partielles sont donc strictement identiques aux techniques d’observation du Soleil n’importe quel jour, les précautions à prendre également. Une focale de 500mm représente un minimum et ici encore la lunette de 60 mm de diamètre des débuts fait des miracles ; il faut absolument la protéger d’un filtre solaire pleine ouverture ou d’un filtre Astrosolar ou à défaut Mylar.

Le 8 avril 2005 à 21h37m UT au Solarmax 40, © : Philippe Morel, SAF

Depuis peu, l’imagerie des phases partielles a repris de l’intérêt avec la mise à disposition de filtres H alpha à faible largeur de bande passante par la firme Coronado. Il est donc désormais possible d’anticiper ce qui va se passer au moment des contacts principaux et d’obtenir, sur le disque, des détails y compris en période de minimum d’activité solaire. Le seul inconvénient est le faible diamètre de cette optique si l-on ne veut pas casser sa tirelire. Les CCD seront bien plus performants que les CMOS sur ces instruments mais les CMOS parviennent quand même à sortir des détails et il ne faut pas hésiter à compositer plusieurs images. A F/D=15, avec un CMOS et une éclipse placée à environ 35° de hauteur, le temps de pose sur équivalent 100 ISO était de 1/45^ème de sec pour la surface et 1/80^ème de sec pour les protubérances.

Le 3 octobre 2005 à 9h18m UT au PST + Solarmax 40, © : Philippe Morel, SAF

Chapelet d’images

La photographie en chapelet permet de résumer sur un même plan film l’ensemble du phénomène. Il suffit pour cela de déclencher toutes les trois à cinq minutes après avoir neutralisé l’avance du film. L’effet esthétique est garanti car, en plus du déplacement apparent de l’éclipse dans le ciel, le chapelet montrera l’évolution du phénomène. Il faut pour cela poser à intervalle de temps très régulier, placer le boîtier sur un solide trépied très stable, ne réaliser qu’un seul cliché en milieu de totalité et ne pas oublier de placer un premier plan. L’ensemble de l’éclipse doit rentrer dans le champ et en format 24x36mm une focale de 35mm paraît être un bon compromis.

Chapelet de l’éclipse du 21 juin 2001 recomposé à partir de 31 images prises avec 1270mm de focale, © : Philippe Morel, SAF

Il est cependant possible de nos jours de réaliser un chapelet sans soumettre l’ensemble du programme de prise de vue à la réussite ou au raté d’un seul cliché. Il suffit, grâce à un logiciel d’éphéméride de reconstituer la course apparente qu’avait l’éclipse à l’endroit où elle a été observée et de se servir, après redimensionnement et orientation adéquats, des images élémentaires ou compositées réalisées avec une focale plus longue.

L’ombre des arbres

A l’ombre de l’éclipse du 3 octobre 2005, © : Jean François Degardin, CAC

Les petits interstices laissant passer quelques rayons solaires entre les feuilles d’un arbre jouent le rôle de sténopé, et projettent sur le sol ou sur un mur une image rudimentaire du disque solaire. Cette image est cependant suffisamment fidèle pour qu’on puisse bien y voir l’échancrure du disque lunaire pendant toutes les phases partielles. Il est alors très facile de réaliser des photographies du sol ou du mur qui porte ces images, et de suivre ainsi le déroulement de l’éclipse. N’importe quel appareil photographique permet cette expérience, et pour une fois, nous ferons confiance aux automatismes du boîtier. Penser simplement à être assez près de cet écran de projection de circonstance afin que les images du Soleil soient assez grosses pour être lisibles.

Ombre d’anneau le 3 octobre 2005, © : René Verseau, SAF

Les ombres volantes

Les ombres volantes se manifestent sur un écran (mur blanc par exemple) éclairé par le Soleil, quelques dizaines de secondes avant et après la phase de totalité. On peut photographier les ombres volantes en photographiant tout simplement ce mur, à quelques mètres, avec une focale standard, en laissant le boîtier photo faire ses réglages automatiques (sauf la mise au point, car ne trouvant pas de contraste suffisant, l'autofocus se mettra à pomper). On aura intérêt à choisir un film le plus contrasté possible. Ce phénomène très changeant est un excellent sujet pour les vidéastes.

Le cône d’ombre

La visibilité du cône d'ombre nécessite un site permettant de voir l'horizon à grande distance ; un point d'observation en hauteur (par exemple au bord d'une falaise face à la direction d'arrivée ou de départ de l'ombre) est à recommander. Si l'atmosphère est brumeuse, le cône d'ombre sera plus facilement matérialisé dans l'air. Les photographies sont à prendre avec un objectif grand-angle, ou un zoom standard dans ses courtes focales. Le boîtier photographique peut être laissé en automatique ; mais on aura intérêt à placer la mise au point sur l'infini, et à débrayer l'autofocus.

Les grains de Baily, la chromosphère, les protubérances et la basse couronne

Arc de chromosphère le 24 octobre 1995, © : Philippe Morel, SAF

Ces phénomènes nécessitent de grandes images et de la résolution. Les temps de pose sont très courts. Un long rapport F/D supérieur à 10 et une focale supérieure ou égale à 800mm conviennent parfaitement. Les lunettes astronomiques du débutant, les télescopes et téléobjectif catadioptrique sont les plus adaptés à ce type de prise de vue. L’entraînement équatorial, non obligatoire, permet cependant un gain de temps appréciable en assurant la constance du cadrage.

La moyenne couronne

Moyenne couronne le 26 février 1998 avec 1100 mm de focale,

© : Philippe Morel, SAF

Elle est accessible à la haute résolution avec une focale de l’ordre de 1000mm avec un entraînement équatorial et à plus faible résolution sans équatorial avec un téléobjectif de 400mm de focale ouvrant à F/D=5,6.

La couronne externe et les planètes proches

1000 fois moins brillante que la chromosphère, la couronne externe nécessite du champ et de la lumière, donc, un téléobjectif très ouvert d’une focale comprise entre 200 et 400mm. Selon l’élongation des planètes proches de l’éclipse, la distance focale pourra être inférieure à 200mm.

Le programme de photographie est maintenant choisi, reste à en maîtriser les contraintes. Ces dernières diffèrent selon la focale et le rapport F/D choisi si l’on souhaite prendre des clichés au téléobjectif, à la lunette ou au télescope.

La photographie de l’éclipse en pratique

Quel temps de pose utiliser ?

Le Tableau I donne pour une sensibilité de 100 ISO les temps de pose moyens à utiliser pour chaque phase de l’éclipse totale et pour plusieurs rapports F/D.

Tableau I :

Temps de pose et rapports F/D selon les instants d’une éclipse totale de soleil pour une sensibilité de 100 ISO.

Phases\Rapport F/D	1,4	2,0	2,8	4,0	5,6	8,0	11	16
Partielles (filtre 1/10000^eme) :		1/8000	1/4000	1/2000	1/1000	1/500	1/250	1/125
Grains de BAILY :				1/8000	1/4000	1/2000	1/1000	1/500
Chromosphère et protubérances :			1/8000	1/4000	1/2000	1/1000	1/500	1/250
Protubérances faibles et basse couronne :		1/8000	1/4000	1/2000	1/1000	1/500	1/250	1/125
Couronne interne :	1/1000	1/500	1/250	1/125	1/60	1/30	1/15	1/8
Couronne moyenne :	1/250	1/125	1/60	1/30	1/15	1/8	1/4	1/2
Couronne externe :	1/60	1/30	1/15	1/8	1/4	1/2	1	2
Jets coronaux :	1/30	1/15	1/8	1/4	1/2	1	2	4
Lumière cendrée :	1/15	1/8	1/4	1/2	1	2	4	8

Ces temps de pose ont été établis pour une hauteur du soleil sur l’horizon égale à 45°. Il faut les multiplier par 2 si le soleil est aux environs de 20° au-dessus de l’horizon, par 4 si le soleil est à 10°, par 8 à 5° et par 25 à l’horizon. Si le ciel est brumeux il faudra multiplier encore une fois les temps de pose de référence par deux.

Quel champ pour quelle focale ?

Le Tableau II donne en degrés la valeur des champs couverts pour le format 24 X 36mm par les objectifs les plus couramment utilisés en photographie. Y est aussi mentionnée le diamètre du disque noir de la lune sur le film.

Tableau II :

Champs couverts pour le format 24 X 36mm par les focales les plus habituelles.

Champ couvert focale(mm)	Champ horizontal (°)	Champ vertical (°)	Champ diagonal (°)	Diamètre de l’image de la lune (mm)
50	40	27	47	0,5
85	24	16	29	0,8
135	15	10	18	1,2
200	10	7	12	1,8
300	6,9	4,6	8,2	2,7
400	5,2	3,4	6,2	3,6
500	4,1	2,7	5	4,5
600	3,4	2,3	4,1	5,4
700	2,9	2,0	3,5	6,3
800	2,6	1,7	3,1	7,2
900	2,3	1,5	2,8	8,1
1000	2,1	1,4	2,5	9,0
1100	1,9	1,3	2,3	9,9
1200	1,7	1,1	2,1	10,8
1500	1,4	0,9	1,7	13,5
2000	1,0	0,7	1,2	18,0

Nous remarquons immédiatement que les courtes focales couvrent des grands champs mais focalisent de toutes petites images de l’éclipse. Il ne faut donc pas les utiliser en espérant grand chose de l’éclipse mais pour l’ambiance et les rapprochements planétaires entourant le phénomène. Les focales supérieures à 300mm feront progressivement apparaître de plus en plus de détails mais sur un champ de plus en plus petit. Au-delà de 800mm la couronne externe déborde du champ et la couronne moyenne au-delà de 1500mm de focale. Une focale de 2000mm permet seulement la basse couronne, les protubérances, la chromosphère, la perle de diamant et les grains de BAILY mais avec une extrême résolution.

Très rares sont les APN disposant d’un capteur de 24X36 mm de côté. Ces capteurs sont beaucoup plus petits et, pour une focale f donnée, le champ sera plus petit. Si on nomme lh la dimension horizontale du capteur, lv la dimension verticale du capteur ; ces distances étant exprimées en millimètres, on peut obtenir la valeur approchée des champs comme suit…

…le champ horizontal est égal à ARCTAN(lh/f)*(180/PI())*2,

le champ vertical par ARCTAN(lv/f)*(180/PI())*2,

le champ diagonal par ARCTAN((lv²+lh²)^1/2/f)*(180/PI())*2.

Dans le cas d’un capteur de 15x22 mm (APN Canon EOS 10D), cela donne :