Turbulence et observation de Mars
par Philippe Morel,
Société Astronomique de France
- Mis en ligne le : 5 Juillet 2003 -
Voilà bien le pire ennemi de l'observateur. Avec ses multiples aspects, la turbulence est un paramètres très souvent déroutant. On lui connaît trois origines principales :
- l'atmosphère,
- le site d'observation,
- l'instrument.L'atmosphère : petite météorologie de la turbulence
Les ondes de turbulence circulent à des altitudes comprises entre 3 et 30km et ont 10 à 25cm de longueur. Ces ondes peuvent induire des déplacements de l'image télescopique de 0,05 à 2''. Tout le monde le sait : rien n'est plus simple que de produire de la turbulence atmosphérique.
La déformation est très facile à obtenir : une nappe d'air de 15cm chauffée de 1° suffit à modifier le chemin optique d'une valeur égale à lambda/4.
- Le Jet Stream
La turbulence atmosphérique générale dépend d'un courant d'altitude circulant aux environs de 10000m au-dessus du sol : le Jet Stream. Son étude doit beaucoup à la navigation aérienne puisque les vols long courriers circulent à cette altitude.
Plus il y a de vent d'altitude et plus il y a de turbulence. Il importe donc de connaître son évolution quotidienne pour tenter de prévoir la turbulence au-dessus d'un site donné.
Ces informations sont aujourd'hui accessibles sur le site gratuit :
http://www.wunderground.com/global/Region/eu/JetStream.html
Le Jet Stream est plus actif, dans l'hémisphère nord, en hiver qu'en été
Les images seront donc plus facilement turbulentes en hiver qu'en été.
- Les cartes isobariques
Autre information précieuse à collecter et à anticiper pour préparer une nuit d'observation planétaire : l'évolution des isobares. Leur évolution s'accompagne de différences de température parfois brutales et génératrices de turbulence et l'évolution de la pression atmosphérique règle aussi la direction et l'intensit é des vents de basse altitude.
Quand la pression atmosphérique arrive à son maximum nous sommes alors placés au centre d'un anticyclone et le vent au sol s'annule. Si, dans le même temps, le Jet Stream ne croise pas en altitude, il y a de grande chance que la turbulence atmosphérique soit au plus faible et l'image télescopique limitée uniquement par la diffraction..
Il est donc très important de connaître aussi l'évolution des isobares de pression que l'on peut aujourd'hui trouver sur le très riche site gratuit :
... site sur lequel on peut aussi trouver la cartographie du Jet Stream et la simulation prédictive de la couverture nuageuse jusque 9 jours d'avance.
Ce n'est jamais le ciel le plus transparent qui est le moins turbulent, du moins, en plaine.
- Prévisions locales et couleur du temps
Les prévisions météorologiques radio ou télédiffusée peuvent donner d'intéressants renseignements immédiats. Ainsi, au terme d'une longue période chaude et sèche si les prévisions prévoient un changement de temps pour le lendemain les conditions sont optimales et la turbulence a une bonne probabilité de devenir nulle durant quelques heures, le temps du passage de la crête de pression.
Dès son passage terminé apparaissent des cirrus hauts et minces d'aspect chevelus...
... ou des cirro-stratus.
La présence de ces nuages détruit la stabilité des images.La présence d'alto-cumulus minces...
... ou de strato-cumulus minces...
... signent l'absence de vent d'altitude : les images peuvent alors être très stables.
- Turbulence et petit matin
Abstraction faite de tout autre paramètre, la meilleure stabilité des images dans une zone de hautes pressions survient le matin juste avant le lever du Soleil. Le refroidissement par rayonnement est alors terminé et les basses couches de l'atmosphère sont stratifiées et se forme une inversion. Les vents sont presque nuls et très faibles sur plusieurs milliers de mètres au-dessus... si le Jet-Stream ne croise pas dans les environs.
Turbulence et site d'observation
Le site d'observation doit être :
· A l'air libre,
· Le plus élevé possible,
· Placé près du bord d'un lac avec vent venant du lac,
· Situé ailleurs que face aux pentes d'un toit,
· Hors d'une forêt de pins,
· Sur un sol herbeux,
· Ailleurs que sur du béton.Turbulence et instrument d'observation
L'instrument d'observation doit être :
1. A l'air libre et à l'ombre avant la tombée de la nuit :
Si l'instrument est placé dans un abri durant la journée, celui ci doit être peint d'une teinte claire ou être recouvert d'un matériau réfléchissant pour limiter au maximum un échauffement à l'intérieur. De même, il ne faut pas hésiter à couvrir l'intérieur de plaques de polystyrène expansé pour améliorer l'isolation thermique. Il faut sortir l'instrument au minimum 3 heures avant le début de l'observation.
2. Le plus fermé ou aéré possible :
La solution idéale est le tube plein fermé à ses deux extrémités. Le tube plein ouvert s'équilibre difficilement surtout si le tube est en bois. Le bois emmagasine la chaleur le jour mais la restitue beaucoup plus lentement la nuit. C'est pour cette raison qu'observer en forêt et surtout dans une forêt de pins est le meilleur moyen d'entretenir la turbulence. De plus, pour garantir une rigidité suffisante, le tube en bois doit avoir plusieurs millimètres d'épaisseur. Un tube métallique présente les mêmes inconvénients mais deux avantages d'importance : une épaisseur beaucoup plus faible et un beaucoup plus rapide échange de chaleur.
Reste donc l'option aération, d'où la diffusion de plus en plus importance des tubes ajourés, surtout pour les optiques de gros diamètre.
Le barillet doit aussi être le plus aéré possible si le tube est ouvert.3. De teinte claire :
Il faut rendre le tube en bois le plus imperméable possible aux échanges de chaleur, ce qui est relativement facile à l'extérieur en choisissant une teinte claire mais impossible à l'intérieur à cause du noir mat de rigueur.
4. Muni d'un tube métallique :
Un tube métallique présente les mêmes inconvénients qu'un tube en bois mais deux avantages d'importance : une épaisseur beaucoup plus faible et un beaucoup plus rapide échange de chaleur.
Si le tube est ajouré, les barres doivent être métalliques et teintes d'une couleur claire, quitte à les recouvrir une fois l'équilibre fait, d'une mousse isolante de canalisation de teinte sombre.
5. Comporter le moins possible de retours du faisceau dans le tube :
Plus le faisceau fait d'aller retour dans le tube et plus il croise la turbulence. Les réfracteurs sont à cet égard très avantagés. Viennent ensuite les réflecteurs Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain, Maksutov-Gregory, Rutter-Maksutov fermés à l'avant, les réflecteurs Newton et enfin les Cassegrain et Dall-Kirkham.
L'échelle de turbulence
Toute observation planétaire doit être assortie de la quantification du niveau de turbulence selon une échelle à 5 niveaux.
(D'après J. Texereau : " La Construction du Télescope d'Amateur ")
Philippe Morel.
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