Mise en température des tubes ?

[Etoile Pl@te 0]

Devoniak: C'est effectivement t'as une "bonne" idée . Dès j'aurais un peu plus de temps pour aprofondir le sujet je m'y colle. Je préviendrai tt le monde lorsque ces travaux seront en ligne.

Pour bien faire les choses, dites moi les paramètres qui vous interresses.
De plus si vous avez déjà des infos sur les caractéristique physique des matériaux utilisés, je suis preneur. Celà me fera déjà ça de moins à faire!!!

[Olivier Meeckers 3 868]

Attention les ingénieurs!

Un tube fermé est plus lent à mettre à température pour la simple et bonne raison qu'il n'y a pas d'échange de chaleur direct avec l'extérieur (si je puis dire) mais que la chaleur doit se dissiper par rayonnement + conduction au travers des parois du tube optique,... et non plus par rayonnement + convection. Si en plus, comme dans le cas des Takahashi, le miroir est massif et a une épaisseur "importante", le processus de refroidissement sera encore ralenti.

Je possède des instruments de même marque l'un avec tube ouvert, l'autre avec tube fermé, de diamètres sensiblement identiques (~220mm), de focales identiques (l'un est un Schmidt-Cassegrain, l'autre est un Cassegrain), et ce que je constate (ingénieur ou non) c'est que le Cassegrain met environ 1h30 à se mettre à température et le Schmidt-Cassegrain près de 3h! Pour le SC, un cooling fan permet d'accélérer sensiblement le processus en faisant circuler de l'air (convection) autour du miroir primaire qui est, à mon idée, l'élément le plus lent à se mettre à température vu sa masse.

Si vous ne voulez plus vous tracasser pour la mise à température de votre instrument, sortez-le en fin d'après-midi, ainsi, il sera dispo dès la nuit tombée!

[Ce message a été modifié par Olili (Édité le 07-11-2003).]

[Etoile Pl@te 0]

Olli, suite à ton message et les 1h30 de mise à temp je viens de refaire les calcules.
J'ai commis une petite erreur hier en effet dans les hypothèse de calcul que j'ai fait à la va vite au boulot.
L'erreur vient du coeff d'échange convectif que j'ai pris, deux fois trop grands !!!! Il faut donc 80min et non 40 (c'est ce que tu mets pour mettre à température ton cassegrain).
Cependant, permet moi d'aporter une petite correction à ce que tu dit. Il n'y a absolument pas rayonnement dans cet échange de chaleur. Il y a en fait, un phénomène de convection dans le tube sur la parois interne de celui-ce, de la conduction entre la parois interne et la parois externe du tube et denouveau de la convection entre la paroi externe et le milieu ambiant. Comme je le démontre plus haut le phénomène de conduction est nul.
Reste maintenant effectivement à "élussider" le problème du miroir, mais je ne dispose pour le moment d'aucune info pour réaliser les calcules.
Pourrais tu, stp, je donner le matériau utilisé pour la fabrication de ton miroir, ses caractéristique mécanique et thermique, son épaisseur, son profile et son rayon de "sphérissité". Merci d'avance,

En ce qui est de la méthode de mise en temp tout le monde ne peut pas agir de la sorte, en ville c'est plus dur. Mais de tout façon il suffit de sortir le tube en premier lorsqu'on arrive sur le site, et le temps de tout installer, de boire une bière avec les potes et se vanner un peu, le tube est parfait pour l'observation.

Mais, j'aime bien pouvoir apréhender les problèmes physiques afin de pouvoir confronter les résultats numériques avec les acquis sur le terrain.

Par contre, c'est un Taka que tu as ???
Si tel est le cas, as tu déjà constaté qu'à diamètre égal et formule optique égale, je pense plus particulièrement au cassegrain, la mise en temp est plus lente que sur d'autre marque ???? Car ils ont apparemment cette réputation, qui pour moi n'est fondée sur walloo !!!!!!

Merci,A+

[Olivier Meeckers 3 868]

Comment peut-il ne pas y avoir de phénomène de rayonnement à partir du moment où l'on dispose d'une masse (corps noir), en l'occurence le miroir primaire, qui a accumulé de la chaleur et qui la restitue à son environnement immédiat puisqu'on a exclu la conduction et la convection (dans ce cas-ci)? Je peux concevoir que la conduction est négligeable, la convection intervient uniquement au niveau de la masse d'air contenue dans le tube ; mais, pour moi, le reste, c'est-à-dire l'évacuation de la chaleur contenue dans les miroirs primaire et secondaire, ne peut être que le résultat d'un rayonnement secondé par la convection lorsque le tube est aéré (ouvert ou cooling fan). Entre nous, je trouve l'efficacité du cooling fan assez faible!

Mes instrument sont en effet des Takahashi. Les miroirs primaires, en pirex, ont une forme d'entonoir et sont relativement peu épais.

[Olivier Meeckers 3 868]

En relisant un peu plus haut dans tes remarques, je vois que tu parles de la mise à température de l'air! Je pense que cela à son rôle à jouer bien sûr, mais dans le cas des instruments astronomiques, n'est-ce pas davantage la mise à température du miroir primaire qui nous concerne et qui est la plus lente? C'est bien au niveau de la restitution de la chaleur du miroir primaire que le phénomène de rayonnement me semble entrer en jeu! Me trompe-je?

[Etoile Pl@te 0]

Olli,

>Comment peut-il ne pas y avoir de phénomène de rayonnement >à partir du moment où l'on dispose d'une masse (corps >noir).
Rappel: Entre deux corps rayonnants s'opère un échange réciproque d'energie: l'un des corps émet ce que l'autre absorbe. Pour une même radiation, le pouvoir émissif d'un corps est égal à son pouvoir absorbant; un corp idéal, "le corp noir" est défini comme répondant cette loi purement théorique. En pratique la substance qui s'en approche le plus est le noir de fumée (ou suie).
Pas terrible tt de même la suie pour un mirior !!!
Le principe du miroir me parait tout de même relativement loin de cette loi physique !!!! Et heureusement, car sinon, la lumière des étoiles (qui n'est que de l'energie) serait absorbée et l'on ne verrai rien !!!! Il me semble que l'on cherche justement en astro à restituer le plus de lumière possible !!!!! De plus je ne vois aucun lien entre la masse et le rayonnement dans cette loi du corp noir !!!!!
Certe, un miroir a une reflexion quasi spéculaire dans les longueurs d'onde du visible (heureusement dans notre "sport" favori) mais ne l'est pas necessairement pour toute la gamme des rayonnements thermiques. Mais il a un pouvoir absorbant quasi nul !!!! De plus, je ne pense pas que M13, NGC 5371 où même la pleine lune puisse avoir un influence (dégager une energie suffisante) pour venir perturber l'équilibre thermique du tube. Sinon, pourquoi faire une mise en temp ??????
Sinon, je suis d'accord avec toi, tout corps porté à une température supérieure au zéro absolu émet un faisceau d'energie rayonnante que, suivant la longueur d'onde, on classe selon la propriété dominante, en chimique (ultra violet), en lumineuse (rayon visible), et en calorifique (infra-rouge).

>...on a exclu la conduction et la convection
Où ai je exclu la convection ??????

>pour moi, le reste, c'est-à-dire l'évacuation de la >chaleur contenue dans les miroirs primaire et secondaire, >ne peut être que le résultat d'un rayonnement secondé par >la convection
Essaies un petite expérience! Lèches ta main et souffle dessus!!!
N'as tu pas l'impression de descendre brutalement la température de surface de ta peau ??? Il n'y a pourtant aucun rayonnement qui entre en compte!!! Cette chutte de température n'est dûe qu'à ton souffle donc la connvection !!! Permets moi tout de même de te rappeler que l'air que tu expires est à une température supérieure à celle de ta peau, et tu as pourtant une sensation de fraicheur !!!!!

Tu as dit dans ton premier message:
>le miroir est massif et a une épaisseur "importante"
Puis dans ton deuxième
>Les miroirs primaires, en pirex, ont une forme d'entonoir >et sont relativement peu épais
Il me semble avoir pris comme hypothèse de départ que le nombre de Biot était nettement inférieur à 1, ce qui me permettais de considérer le phénomène de conduction comme nul.
Le nombre de Biot est un nombre adimensionel qui prement de déterminer le comportement thermique aux extrémités d'un solide. C'est le rapport : Bi=Rcond/Rconv
Au départ, je basais mes calculs uniquement sur la surface du tube car je considérais la surface du miroir négligeable. Puis, Phil et toi avez suggéré que le miroir pouvait avoir un incidence non négligeable dans la mise en température. Je me suis penché sur le problème et vous ai proposé de refaire les calculs si vous me donniez les entrées nécessaires. Je n'ai toujours aucune de ces données aujourd'hui pour refaire mes calculs.
Alors, minces ou épais ces miroirs ???

>...je constate (ingénieur ou non) c'est que le Cassegrain met >environ 1h30 à se mettre à température et le Schmidt->Cassegrain près de 3h
C'est le début de mon poste avec d'autre mot (et l'origine de celui-ci) cf. "Il parait acqui dans le monde de l'astronomie, que les tubes fermés se mettent plus rapidement en température que les tubes ouvert. Hors, à mon sens ce devrait être l'inverse."
"Hors, à mon sens ce devrait être l'inverse." Finalement nous sommes d'accord, et le fait d'être ingénieur ou non n'a absolument rien avoir la dedans !!!

>C'est bien au niveau de la restitution de la chaleur du >miroir primaire que le phénomène de rayonnement me semble >entrer en jeu
Effectivement, si le miroir se met beaucoup moins vite en température que l'air, la différence de température entre les deux milieux va créer une turbulence (l'air chaufer "contre" le miroir va monter et aspirera ainsi de l'air froid contre le miroir, qui en se réchauffant ...). Je viens de citer ici le fonctionnement des convecteurs (convection) et non des radiateurs (rayonnement).

>dans le cas des instruments astronomiques, n'est-ce pas >davantage la mise à température du miroir primaire qui >nous concerne et qui est la plus lente
J'aimerais pouvoir répondre à cette question !!!! Envoies moi les caractérisitque de ton miroir !!!! STP !!!!

Bonne journée, @tte

[Olivier Meeckers 3 868]

"Lèches ta main et souffle dessus!!!
N'as tu pas l'impression de descendre brutalement la température de surface de ta peau ??? Il n'y a pourtant aucun rayonnement qui entre en compte!!! Cette chutte de température n'est dûe qu'à ton souffle donc la connvection"

Attention, on ne parle pas de la même chose! Je suis d'accord qu'il n'y ait aucun rayonnement mais la sensation de froid sur la main s'explique par ce qu'on appelle la "chaleur latente d'évaporation"! C'est-à-dire que l'eau, pour s'évaporer, puise de l'énergie à son environnement immédiat, à savoir la main, d'où une sensation de froid. Le phénomène est encore plus perceptible avec de l'éther qui est beacoup plus volatile! Le souffle ne fait qu'accentuer la sensation de froid, tout comme le vent le ferait à l'extérieur sans toutefois diminuer la SAT (static air temperature).

"Je viens de citer ici le fonctionnement des convecteurs (convection) et non des radiateurs (rayonnement)"

Pour moi :

1. le miroir primaire agit comme un radiateur (rayonnement) tout comme le ferait un brique réfractaire vu qu'il ne fait que restituer la chaleur accumulée. Une photo dans l'infrarouge devrait le démontrer. Le but pour le constructeur est de trouver le matériau (verre, pyrex, zérodur,...) qui accumulera le moins cette chaleur ou/et qui la restituera le plus vite tout en ayant un coéfficient de dilatation le plus faible possible.

2. le phénomène de convection n'intervient qu'au niveau de la masse d'air contenue dans le tube optique, sachant que la convection se produit quand une couche d'air en contact avec une surface chaude est chauffée par la conduction. Donc, il semblerait que la conduction ait son mot à dire aussi!

[Ce message a été modifié par Olili (Édité le 08-11-2003).]

[scc 147]

Par rapport à l'alu ou l'acier, le mirroir est un très mauvais conducteur de chaleur. Le verre est un matériaux plutôt réfractaire (d'ailleurs certains mirroirs sont en Pyrex et le Pyrex, c'est utilisé pour les plats à enfourner). En d'autres mots, un mirroir à la température ambiante d'une maison va atteindre l'équilibre à une plus basse température beaucoup moins vite que l'alu ou l'acier de tube.

Comme ce mirroir est en général plutôt isolé des parois (pas ou peu de conduction)il ne peut perdre sa chaleur que par convection ou rayonnement.

[Olivier Meeckers 3 868]

Voilà, je cite: " Le verre est un matériaux plutôt réfractaire (d'ailleurs certains mirroirs sont en Pyrex et le Pyrex, c'est utilisé pour les plats à enfourner)", où le mot "réfractaire" est nommé, càd "rayonnement"!

Je pense qu'en fait les trois modes de propagation de la chaleur interviennent mais à différents niveaux :

La conduction:

A l'intérieur même de la matière (le miroir) vers la surface du corps.

Le rayonnement:

Depuis la surface vers la masse d'air ambiente.

La convection:

De la masse d'air contenue dans le tube vers les masses d'air voisines.

Ceci principalement dans un tube ouvert! Dans un tube fermé, le processus de refroidissement est plus lent car le phénomène se répète une deuxième fois à cause des parois du tube et de la lame de Schmidt (ou ménisque de Maksutov,...) et au travers de celles-ci qui sont les seules fuites possibles de la chaleur [convection (de la msse d'air interne vers les parois) -> conduction + rayonnement (de la parois intérieure vers la parois extérieure du tube pour la conduction et de la parois vers l'environnement pour le rayonnement) -> convection vers la masse d'air extérieure adjacente au tube optique vers l'atmosphère]

[Ce message a été modifié par Olili (Édité le 08-11-2003).]

[scc 147]

Ce que je voulais dire c'est qu'effectivement l'élément perturbateur dans le telescope c'est la source de chaleur. La source de chaleur c'est le miroir. Son caractère réfractaire fait qu'il a du mal à perdre sa chaleur (c'est sa structure cristalline qui fait qu'il a un mauvais coefficient de conduction de chaleur). La convexion et le rayonnement ont une efficacité moindre parce que la chaleur n'arrive pas vite à la surface du miroir. Contrairement à l'alu et à l'acier. De plus, le miroir reste l'élément qui a l'épaisseur maximum dans le telescope. Le principe d'un matériau refractaire c'est précisément soit de retarder l'échauffement (isolation), soit de restituer la chaleur plus longtemps (capacité).

Le fait que le tube soit ouvert ou fermé va effectivement influencer le comportement global, mais c'est pas l'acier ou l'alu du tescope qui constituent des "capacités à chaleur".

[Olivier Meeckers 3 868]

Donc les moyens de transfert de chaleur qui nous affectent le plus dans le cas de la mise à température du télescope sont:

- la conduction (au sein du miroir même de part les propriétés physiques de la matière le constituant)

- le rayonnement qui constitue le principal facteur permettant à la chaleur de s'évacuer de la surface du miroir une fois que la conduction a joué son rôle d'acheminer la chaleur contenue au centre du miroir.

La convection ne joue alors qu'un rôle mineur d'évacaution de la chaleur de la masse d'air ambiente vers l'environnement, processus toutefois assez rapide!

[Ce message a été modifié par Olili (Édité le 08-11-2003).]

[Etoile Pl@te 0]

Ok, je continu à réfléchir, mais je prend dorènavant le rayonnement en compte.
D'ailleur c'est cool, ça devrai accélérer le refroidissement.

@tte

[scc 147]

Je crois en effet que la conduction dans l'acier et l'alu n'est pas l'élément principal dans le problème qui nous occupe.

Au début de ma pratique avec un SCT, j'ai été intrigué par l'aspect que prenait l'image d'une étoile défocalisée. J'avais bien le disque noir au milieu entouré des cercles de diffraction, mais je notais un espèce de secteur triangulaire trouble dans le bas du disque où les cercles n'étaient plus visibles. Au bout d'une demi/heure, le triangle diminuait de surface (circonférentiellement) et au bout de 3/4 d'heure il disparaissait.

Le miroir qui perdait sa chaleur lentement et provoquait un courant d'air chaud dans le tube.

[Olivier Meeckers 3 868]

Cette aspect d'une étoile défocalisée avec les anneaux interrompus par cette espèce de cheminée est typique d'une mauvaise thermalisation de l'instrument. Dès que l'équilibre thermique est atteint, cette cheminée disparaît pour laisser apparaître l'image que l'on connaît.

[Ulysse 0]

Etoile pl@te, je doute fort que tu puisses calculer le temps de refroidissement d’un télescope en jetant trois lignes de calcul sur le coin d’un nappe.

Les trois formes de transfert de chaleur interviennent effectivement simultanément : le rayonnement, la conduction et la convection.
Le rayonnement intervient tant que le corps n’est pas à la même température que les objets environnants. Dans le télescope, il faut considérer au moins trois éléments : le miroir, le tube et le milieu extérieur, auxquels il faut ajouter la lame frontale pour les tubes fermés. Ces éléments ont en effet des températures différentes, même en régime établi. Le fond du ciel par exemple est très froid en terme de rayonnement, et aucun objet ne peut atteindre l’équilibre radiatif avec le fond du ciel, car la convection dans l’air environnant l’en empêche. Il faut donc calculer les échanges entre ces différents éléments, tenir compte du sol qui constitue au moins la moitié de l’environnent, et le tout en régime transitoire. Bonjour les calculs.
Certes la surface du miroir est très peu émissive, mais :
1°) Je ne suis pas sûr qu’on puisse négliger le rayonnement de cette surface
2°) Je pense qu’on doit tenir compte du rayonnement du tube pour connaître sa température, et donc l’intensité de la convection autour de celui-ci
3°) L’arrière du miroir, lui, est très émissif !! donc il se refroidit par rayonnement. Il faut donc en plus prendre en compte le barillet.

A cela il faut ajouter les échanges par convection, qui se produisent sur la face avant du miroir, sur sa face arrière, sur l’intérieur du tube, et sur l’extérieur. Peut-on se passer d’une lourde simulation numérique pour quantifier ces phénomènes ?

Ajoutons une pincée de conduction. Puisque le verre est assez isolant, ses parties superficielles vont se refroidir plus vite que les zones internes. Il faut donc résoudre l’équation de la chaleur pour connaître le champ de température dans le miroir et sa variation dans le temps, afin d’accéder à la température superficielle, qui conditionne elle même l’intensité de la convection et du rayonnement. Ouf !

Je n’exclus pas que certaines approximations bien senties puissent simplifier le problème, mais je suis incapable de dire, a priori, quel phénomène est négligeable et quel phénomène ne l’est pas. Et sans vouloir te vexer, j’ai l’impression que tu es dans le même cas que moi .

[frédogoto 2 035]

peut etre pourait on se contenter de faire un calcul basé sur des généralité : pour tel typ de scope (Sc, Mak, Miou etc) puis ensuite avec des param de types taille, materiaux etc...

------------------
Frédéric T | | AVEX
Parc régional du Vexin
C9'1/4 EQ6 - mak 127

http://astrosurf.com/avex
Liste AVEX

[bzastro 8]

A quand le frigo à télescope que l'on peut brancher chez soi ou sur la prise de l'allume-cigare?
Ce serait la solution idéale à mon sens...
Juste le pb de l'homogénéité de la température à l'intérieur du frigo, et de la taile du frigo...

Y a plus qu'à savoir quelle température il va faire et régler le thermostat!

[Etoile Pl@te 0]

Pas bête !!!!!

Sinon, j'ai pris un peu de retard sur le sujet, éclipse de lune passant pas là.
Je vais vous proposer une modélisation, et on l'annalysera ensemble.

Olli, je te présente mes excuses pour le message de la nuit de vendredi à samedi. En le relisant je me suis appreçu qu'il pouvait être paraitre agressif. Méacoulpa !!!!!!!!

@tte

[Ulysse 0]

Non, la solution idéale c'est les jumelles.
Pas de souci de mise en température, pas d'états d'âmes sur le choix des oculaires, ça rentre même dans une Panda et en plus c'est souvent vendu avec une tête binoculaire.

[Olivier Meeckers 3 868]

Etoile pl@te, ne te tracasse pas, je n'ai vu aucune agressivité dans ton message. De mon côté, je ne me gêne pas de dire les choses telles que je les pense et c'est mieux ainsi plutôt que de tourner autour du pot!

[vincent 2]

Pour avoir une idée de l'influence du rayonnement du primaire, il me faut citer en exemple un telescope très particulier, le Lurie-Houghton (faire une recherche Google, si tu vois pas à quoi cela ressemble). Ce telescope utilise un correcteur et un miroir sphérique. Le correcteur est un doublet à lame d'air qui corrige l'aberration de sphéricité et la coma. Roland Christen a possédé un instrument de ce type et notait que: "la mise en température est infinie et l'aberration de sphéricité induite ne cesse de diminuer. Pourtant, la température de l'air à l'intérieur du tube était égale à celle de l'extérieur (ventilation). La seule explication est que le rayonnement thermique du miroir primaire était absorbé par la lentille interne du doublet et modifiait ses rayons de courbure, même très légèrement, ce qui est suffisant pour ne plus corriger parfaitement l'aberration de sphéricité. Ce phénomène n'apparait pas sur les Maksutov-Cassegrain et le Schmidt-Cassegrain."

On peut donc en déduire que le rayonnement du miroir primaire n'a que peu d'influence sur le performances d'un télescope plus classique, ouvert ou fermé.

Note: le Lurie-Houghton de Roland Christen était équipé d'un correcteur avec 2 rayons de courbures différents. Sur un correcteur Houghton (4 rayons de courbure différents) conçu pour un Houghton-Cassegrain f/2.5 f/10, la tolérance sur les rayons de courbures semble grande et le phénomène cité par Roland Christen ne devrait pas apparaitre.