christian viladrich

Effets de la diffraction par l'araignée du secondaire

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Deux remarques cependant sur ces simulations :
La première juste pour la forme : dans le paragraphe "Incidence de l'épaisseur des lames sur la largeur du lobe central" une coquille s'est glissée dans le commentaire sur l'image de droite (et non gauche )
Sur le fond du sujet : ça fonctionne certes comme cela dans le vide
Hélas sur Terre, une mince couche d'air au contact de chaque lame complique sensiblement la question.
(je parle d'un sandwich dont la lame n'est que le jambon ! )
L'effet optique de cette couche limite - qui peut atteindre en cumul plusieurs mm d'épaisseur de part et d'autre dans le pire des cas - ne peut pas être dissocié en pratique de la pure diffraction générée par la lame elle-même.
C'est pourquoi l'épaisseur mécanique de cette lame n'est pas le seul critère pertinent à prendre en compte pour en simuler l'effet sur l'image.
Son comportement thermique (en particulier radiatif vers le fond de ciel ou d'autres masses proches), son exposition au vent, etc. ajoutent de la réfraction, symétrique ou pas, de la micro-turbulence, etc.
Bref, c'est tout sauf un long fleuve tranquille de simuler ç't'affaire...
Ce qui est sûr, c'est que tu as eu le courage de t'y coller ; c'est parlant et fournit une bonne illustration du phénomène, mais on aurait tort de trop s'y fier pour concevoir une araignée en s'imaginant qu'on aura automatiquement à l'oculaire une vision parfaitement conforme à la théorie de la diffraction
La désillusion guette en particulier les constructeurs inexpérimentés qui font la guerre à l'épaisseur des lames en croyant que c'est le premier critère qui déterminera leurs effets optiques dans le champ...
Or c'est plus retord que ça : c'est leur épaisseur optique totale qui doit être prise en compte (celle de tout le sandwich, et non seulement celle de la tranche de jambon ), avec ses différents effets.
Maintenant entendons-nous bien quand même, faut pas pousser non plus dans l'excès inverse : 2% du diamètre ça fait quand même 10mm/500mm...
On tourne plutôt dans les 0,5 à 1% pour l'épaisseur mécanique de la lame, à laquelle il faut ajouter 2 couches limites d'épaisseur variable, dont l'incidence - elle - ne dépend pas ou très peu de l'épaisseur propre de la lame, mais bien plus de la nature du matériau employé et de sa hauteur dans le faisceau (plus la couche est froide/T° ambiante et haute, plus la réfraction y est forte)
D'où l'intérêt - on en a déjà parlé - d'utiliser un matériau et une finition aussi peu rayonnants que possible vers le fond de ciel (ce que Texereau obtenait en polissant les lames, mais que les composites permettent aujourd'hui de réaliser sans introduire de reflets indésirables dans le champ)

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Salut Christian,

Joli boulot ! ça me rappelle quelques chose
(J'ai le même jeu de simulation dans les cartons, avec quelques paramètres complémentaire en plus, je suis en train de rédiger la synthèse du post sur le contraste de phase)

Pour ce qui est de la couche limite sur les lames, la fluctuation d'indice local au voisinage de la lame en fonction de la température est quand même pas énorme (c'est en 1/T²), mais je peut me tromper.

Bernard

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Salut à tous
Il y a dix ans j'ai fais un résumé sur cette question dans Astrosurf Magasine n°11. C'est incomplet et maintenant je traiterais cette question un peu différemment notamment avec un peu de FFT...
http://www.astrosurf.com/magazine/asm11.pdf
Pages 14 à 17

L'article qui fait référence dans ce domaine:
James E. Harvey and Christ Ftaclas. «Diffraction effects of telescope secondary mirror spiders on various image-quality criteria.» James
E. Harvey and Christ Ftaclas. Applied Optics. Vol.34, N°28, 1995

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Document précieux s'il en est, et qui n'a pas franchement vieilli : probable que sa lecture il y a quelques mois, j'aurais commis l'erreur de me diriger vers une araignée courbe vue la manière dont elles sont encensées outre-atlantique...

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"Pour ce qui est de la couche limite sur les lames, la fluctuation d'indice local au voisinage de la lame en fonction de la température est quand même pas énorme (c'est en 1/T²), mais je peut me tromper."

En fait optiquement ca peut assez facilement doubler l'épaisseur des lames comme on peut le voir sur ce Foucault photo:

Le fond de ciel est en haut donc la couche froide se voit bien au dessus des lames classiques peintes en noir, et également au dessus du porte secondaire.
C'est sur un 1m, les lames doivent faire dans les 3 mm d'épaisseur.

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En effet, c'est assez impressionnant, le profil des lames n'est pas "tranché", mais l'épaisseur équivalente est bien augmentée.

Merci David.

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On remarque même que pour le premier quart de la longueur des lames, en partant du porte secondaire, elles sont pleines et le phénomène est plus intense, au delà, les lames sont ajourés, et le phénomène est un peu moins présent.
Le phénomène est important sur cette image car le foucault photo est fait sur Rigel, à 40° de hauteur, donc la surface haute des lames voient bien le ciel. Si le télescope était pointé au zénith, ca minimiserait le phénomène.

Quand on aura changé ces lames pour des lames en inox polies, ce phénomène devrait disparaitre.

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D'après de Suiter, la perte de strehl represente le rapport de surface lames d'araignée sur surface captant la lumière.
Toujours de bonne lecture de référence: star testing astronomical telescopes.

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Salut à tous,

Très intéressant ces échanges :-)

Alain : tu fais bien de soulever ce point. Ce n'est pas trop mon objet de parler de choix de matériaux, etc, mais c'est vrai que c'est un point important de la différence entre la théorie (simplifiée) et la pratique ;-) J'ai ajouté quelques mots pour signaler cela.

Bernard : ça fait suite à quelques questions que je m'étais posé à l'occasion de post d’anthologie. Ça m'a permis de jouer avec les FFT.
J'ai hâte de voir ta synthèse de ce fameux post et les nouveautés que tu y ajoutes.

Eric : ...et en plus j'ai ce numéro ... comme quoi il faudrait se replonger dans les anciens AstrosurfMag de temps en temps ;-)
J'ai surtout cherché ici à me focaliser sur ce qui peut avoir un impact en HR.

David : impressionnant ce Foucault. L'effet est bien visible. Cela t'ennuie si je mets un lien sur l'image ... il n'y a pas obligation de dire oui ;-)

Stanislas : le Suiter est incontournable, il y a aussi beaucoup de choses très intéressants sur le site de Vladimir Sacek.


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Salut Charles,

Il y a le système focal du télescope solaire de Art Whipple qui est supporté par des fils :

Il n'y a pas de secondaire ... c'est directement le système grandissant suivi de la caméra.

[Ce message a été modifié par christian viladrich (Édité le 15-12-2014).]

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Si l'ami Bernard Augier passe par ici..

Bernard avait fait une araignée en fil, en corde à piano il me semble, je ne sais plus pour lequel de ses télescopes: il en est revenu, assez vite d'après ce que je me souviens, le ratio avantage/embêtement n'étant pas si favorable...

[Ce message a été modifié par astrovicking (Édité le 15-12-2014).]

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Très intéressant ce post. Le Vicking, tu m'obliges à sortir de ma torpeur de lecteur

Effectivement mon 400 m'avait permis de tester une configuration à fil.

C’était suite aux déboires que j'avais avec des lames alu trop minces ( si si!)découpées dans du clinquant. Ah ça oui elle étaient brillantes, mais frisaient à la moindre brise et ne permettaient pas de maintenir correctement la collimation parce que trop souples. Bref thermiquement idéales mais impraticables en observation.

Du coup l'idée m'était venu de tester l'araignée à fil. De la corde à piano en l'occurrence.Un vrai casse tête pour assembler tout ça en repartissant correctement les tensions et garder les alignements (je ne veux voir que quatre aigrettes, et pas une qui dépasse, compris?). Et les maintenir avec le temps et les effets de la dilatation, un cauchemard. Bref amusant mais prise de tête.

Le coup de grâce fut un "chtoing" suivi d'un "blong" caractéristique lors d'une nuit coupole ouverte à l'OCA, à Calern. Rien que d'y penser brrrrr...

En terme de FFT c'est peut être génial le truc, mais pour ma part difficile à mettre en œuvre et surtout dangereux en nomade.

Et puis franchement, mes aigrettes, elles n’étaient pas particulièrement fines de ce que je me rappelle.

Je suis alors revenu aux lames épaisses en acier poli taillées à la disqueuse, bien tendues et c'est top!

En définitive comme le suggère David, des lames d’épaisseur honnête mécaniquement, mais ajourées semblent être un bon compromis.


[Ce message a été modifié par Bernard Augier (Édité le 15-12-2014).]

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De mémoire, l'araignée du T1m au pic est en corde à piano...

J'ose a peine imaginer le chtong suivi du bloing (ca fait froid dans le dos)

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"le chtong suivi du bloing "


Tttttt, le chtoing puis le blong c'est pas pareil , ceci dit c'est très parlant...

Salut Bernard, il me semblait bien qu'il y avait eu une rupture, oui, c'est bien ça qui m'a dissuadé de m'aventurer dans un essai... Pourtant au départ ce système m'avait conquis...

[Ce message a été modifié par astrovicking (Édité le 16-12-2014).]

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Le mieux est parfois l'ennemi du bien : il vaut parfois mieux privilégier la stabilité et la robustesse quitte à avoir une aigrette un peu plus épaisse qu'essayer de chipoter pour quelques dixièmes de strehl : entre les cordes qui font faire blonggggg après leur tchoing et les fans des araignées courbes qui sont ravis alors que sans s'en rendre compte ils rendent la résolution des doubles bien plus compliquée qu'avec des aigrettes, même épaisses, on se dit qu'il vaut parfois mieux en rester çà des formules éprouvées.
Le tout est de trouver un moyen de matifier au maximum les parois du télescope afin de se permettre d'avoir des branches polies de chez polies...

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Un tube fermé et/ou un environnement bien sombre est idéal pour ça.
Maintenant faut pas trop stresser quand même : sauf cas particuliers les reflets sur une lame polie c'est pas non plus la fête des lumières à Lyon !
On peut vérifier sur le ciel que ça fait le boulot sans histoire.
Après, vouloir gratter coûte que coûte sur son épaisseur mécanique n'est pas un bon calcul si pour maintenir la rigidité il faut renoncer à l'ajourer par exemple : on voit bien sur le Foucault de David (merci au passage pour cette illustration très parlante ) l'intérêt d'ajourer jusqu'au plus près du secondaire, là où la lame est la plus haute dans le faisceau.
Dans cette zone proche du secondaire la perturbation provoquée par la lame est supérieure à 2x son épaisseur : ramener la lame de 3 à 2mm par exemple n'aurait pas de sens, si pour cela il fallait renoncer à l'ajourer sur toute sa longueur.
On en revient ainsi à un raisonnement global sur toute la cage secondaire : plus la conception nécessite une mise en tension vigoureuse de l'araignée, plus on sollicite la cage, les ancrages, les matériaux ; le cas extrême étant effectivement atteint par l'araignée filaire.
On sait comment les vraies araignées ont résolu magnifiquement cela dans la nature, en créant dans le champ visuel des insectes des obstacles si solides et si fins qu'ils en deviennent presque invisibles...
Hélas pour nous l'élasticité est interdite dans nos montages ; ça oblige à trop pré-contraindre les fils, ce qui les fragilise et provoque tôt ou tard leur rupture par fatigue.
A largeur équivalente dans le faisceau, la section travaillante d'une lame est bien supérieure d'un facteur dix au moins à celle d'un fil, et encore si elle est très ajourée.
Donc à part pour une application spécifique le fil ne fera pas le poids en général, même si optiquement idéal comme le souligne Charles.
Le cas du télescope solaire est particulier car les effets thermiques sont critiques et justifient ce choix ; mais voyez la robustesse des ancrages, et la longueur de la triangulation sur le tube focal

[Ce message a été modifié par Alain MOREAU (Édité le 16-12-2014).]

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Très intéressante cette discussion astro-arachnophile.

Pour mes télescopes à araignée(s) ( T 350 et T 410 mm), j'ai opté pour de l'inox poli d'épaisseur 1.5 mm. Le secondaire plan assez lourd, de 100 mm de petit axe, est ainsi fermement maintenu...
L’araignée support du miroir tertiaire de mon Cassegrain coudé de 410 mm est de facture similaire en inox poli.

Jean-Jacques

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Bjr JJ,
pour la fourniture tu trouves ça ou ? ...j'ai un mal fou a trouver sans devoir acheter une plaque de 2000x1500. Pour polir l'inox pas de problème par contre j'ai ce qu'il faut !

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