Repères pratiques pour réussir des images d’éclipse partielle ou annulaire de Soleil

 

Depuis la Playa Coronado, Panama, le 8 avril 2005, © : Philippe Morel, SAF

 

Philippe Morel,

Société Astronomique de France

 

Réussir de belles images d’éclipse de Soleil est aisé à un instant donné, réussir un ensemble d’images durant toute la durée d’une éclipse l’est beaucoup moins. En effet, pendant que nous nous émerveillons devant la beauté du spectacle…des phénomènes occultes agissent « dans l’ombre » et à notre insu, conduisant rapidement à la destruction d’une mise au point photographique réalisée avec précision. Ces quelques considérations ne sont d’ailleurs pas spécifiques à la prise de vue d’images solaires ; elles sont aussi valables, pour deux d’entre elles pour n’importe quelle prise de vue astronomique.

 

Dilatation linéaire du tube du télescope et tolérance de mise au point

 

La plupart des tubes optiques des instruments d’amateur du commerce sont constitués d’un cylindre réalisé à partir d’une feuille d’acier.

 

Si l₀ est la longueur du tube à la température t₀, C le coefficient linéaire de dilatation de l’acier (1,22 x 10^-5), la longueur l du tube à une température t donnée devient approximativement :

 

l = l₀ x (1 + (t – t₀) x  C)

 

Prenons l’exemple d’un télescope de 150 mm de diamètre ouvert à F/D = 5, dont le tube mesure 750 mm de long quand il fait une température de 5°C. combien va-t-il mesurer quand il fera 20°C ?

 

l = 750 x (1+(20 – 5) x 1,22 x 10^-5)

 

…soit l = 750,137 mm

 

Une augmentation de 15°C de la température ambiante a donc suffi pour allonger le tube de 0,137 mm !

 

Qu’en est-il alors de la mise au point ?

 

Si λ est la longueur d’onde de la lumière (0,55 μm dans cet exemple), Δλ la précision du miroir sur l’onde (1/10^ème dans cet exemple), et F/D le rapport d’ouverture de l’optique (5 dans cet exemple), la tolérance de mise au point TMAP à pour expression :

 

TMAP = +/- 8 x (F/D)² x λ x Δλ

 

…soit, dans l’exemple :

 

TMAP = +/- 8 x 25 x 0,00055 x (1/10)

 

…ou TMAP = +/- 11 μm !

 

Si donc, notre tube de 750 mm de longueur s’est échauffé de 15°C entre le moment où est faite la mise au point et le moment de l’observation, l’allongement du tube sera de plus de 10 fois la tolérance de mise au point de l’optique (dans l’exemple pris ici).

 

A F/D = 15, toujours avec une même précision optique et pour la même longueur d’onde, cette tolérance de mise au point atteint à peu près +/- 0,1 mm. Les méfaits liés à la dilatation du tube seront donc bien moins sensibles pour un rapport F/D long. Inutile d’opter pour un tube en aluminium : c’est encore pire. A l’inverse, si le budget le permet, on optera pour un tube en fibres de carbone ou pour un calibrage de la distance objectif-plan focal par des tiges d’invar. Cependant, hors de ces deux solutions particulièrement onéreuses il faut obligatoirement, pour toutes les optiques et particulièrement pour les plus ouvertes d’entre elles…

 

 

Pouvoir séparateur, mise au point et imagerie Hα

 

Contrairement à ce qui est admis habituellement, le pouvoir séparateur  d’une optique astronomique n’est pas toujours égale à 12/D ; D étant le diamètre exprimé en centimètres. Ce pouvoir séparateur correspond à ce qu’on mesure en lumière jaune, soit pour une valeur de  λ égale à 0,55 μm. En imagerie Hα, λ  prend pour valeur 0,65628 μm.

 

Pour cette longueur d’onde, le pouvoir séparateur ps devient :

 

Ps = 251643 x λ / D

 

Dans le cas, par exemple, d’un Solarmax 60, le  pouvoir séparateur n’est donc pas de 2’’ mais de 2,75’’. A tolérance de mise au point, dans ce cas, sera un peu plus large et atteindra à F/D = 5 : +/- 13 μm, ce qui ne change pas grand-chose à la difficulté qu’on aura de maintenir la mise au point.

 

Mettre au point…mais pas n’importe où

 

Avec un télescope de type Newton, on a l’habitude de mettre au point sur l’axe optique car à cet endroit, l’image est la plus parfaite qui soit. Cependant, rien ne prouve qu’il en est de même tout autour du limbe du Soleil ; zone de loin la plus intéressante au moment de l’éclipse annulaire.

 

Le rayon RPCN du champ de pleine netteté dépend de la focale de l’objectif F et de son diamètre D. il a pour expression :

 

RPCN = arctang (0,0109 x F²/D³) x 206135

 

Où F et D sont exprimés en millimètres et RPCN en ’’.

 

Toujours pour notre télescope de 150 mm et de 750 mm de focale, on trouve :

 

RCPN = 374’’, soit 6’14’’.

 

Dans cet exemple, si on met au point sur l’axe optique, le limbe sera flou. Avec 150 mm de diamètre, l’ensemble du disque du Soleil sera net si la focale choisie n’est pas de 750 mm, mais de 1200 mm, soit un rapport F/D = 8.