APO Propos

A propos des lunettes apochromatiques


Sommaire

La complexité de conception et de réalisation des instruments apochromatiques, leur qualité, objective sur le terrain, rapportée au diamètre, le petit côté mythique de la longue « lunette » pointée vers le ciel relativement à l'observateur placé en bas de l'instrument, leur prix très élevé et les secrets de fabrication soigneusement gardés par leurs artisans (fabrication totalement inaccessible à l'amateur) font que les attributs les plus extravagants leur sont attribués.

Je fais le point sur quelques aspects de cette communication. Ce n'est pas un traité d'optique, ce sont mes réflexions personnelles qui vous permettront, je l'espère, de prendre un peu de recul par rapport aux publicités, aux énoncés divers y compris... celui-ci !.

Historiquement, avant d'être apo-chromatique, les réfracteurs étaient a-chromatiques. Il s'agissait alors des longues lunettes à  F/D autour de 12 à 15. Dans une lunette achromatique, le rouge (C) et le bleu (F) ont le même foyer mais ne le partagent pas avec le vert (e) ; l'aberration de sphéricité n'est corrigée que pour une seule couleur (le vert). Ce décalage (dit « spectre secondaire ») n'est pas trop sensible à l'oeil humain pourvu qu'il soit raisonnable, d'où ce rapport F/D élevé mais cet inconvénient se révèle sensible en photographie, notamment dans le bleu du fait d'une répartition de la sensibilité chromatique différente de celle de l'oeil humain.

De ce fait, les opticiens de la fin du XIXème siècle ont imaginé des objectifs réduisant le spectre secondaire par ajout notamment d'une troisième lentille. Dans un premier temps, ces objectifs dits « apo-chromatiques » étaient, paradoxalement, moins ouverts (donc des tubes plus longs) que les objectifs achromatiques ! En effet, du fait des caractéristiques des verres nettement moins performants qu'aujourd'hui, ils devaient alors présenter une forte courbure ce qui nécessitait d'augmenter encore les focales... Il faut comprendre que cette technologie avait pour but de définir des objectifs hyper-corrigés pour l'époque et notamment pour la photographie mais pas nécessairement de raccourcir les « longues lunettes » pour les vendre comme des petits pains.

Cependant très vite, quelques opticiens de talent, notamment chez Zeiss, ont amélioré les technologies des verres en diminuant leur dispersion ce qui permettait avec un couplage adéquat d'augmenter l'ouverture relative et donc de raccourcir les tubes. L'utilisation de la fluorite a été même un secret bien gardé pendant longtemps chez Zeiss.

L'opticien allemand Ernst Abbe a alors défini des critères stricts pour ces nouveaux objectifs  qualifié « d'apochromatiques ». Selon Ernst Abbe, un objectif apochromatique admet les compromis suivants :

-        (1) réduction du spectre secondaire (ou chromatisme longitudinal) : au moins trois couleurs (définies) ont le même foyer (contre deux pour les lunettes achromatiques),

-        (2) l'aberration de sphéricité (sphérochromatisme) est corrigée pour au moins deux couleurs largement espacées (contre une seule, en théorie, pour les objectifs achromatiques),

-        (3) les objectifs sont corrigés de la coma.

Ces évolutions ont surtout servi à réaliser des objectifs photographiques et jusque dans les années 1980/90, les objectifs apochromatiques astronomiques étaient très rares.

Or, les utilisateurs veulent aujourd'hui des lunettes courtes et en outre bien corrigées pour la photographie!. L'usage de verres à faible dispersion dans un objectif triplet (trois lentilles) y pourvoit. C'est une technologie complexe mais de mieux en mieux maîtrisée grâce, notamment, aux interféromètres qui permettent des ajustements continus lors de la production (pour autant qu'ils soient utilisés évidemment...).

A gauche la PERL (achro) 112/1600 des années 1970.
A droite la TEC110FL (apo) 110/616 des années 2010 !

Et il se trouve que « triplet » et « apochromatisme » sont associés dans la littérature. Les lunettes « apochromatiques » ont alors été ressuscitées. Cependant, l'apochromatisme ne fait l'objet d'aucune définition normalisée et chacun peut y mettre à peu près ce qu'il veut, d'autant plus qu'avec des objectifs très courts, l'apochromatisme « officiel » selon Abbe peine un peu à suivre et n'est pas toujours le meilleur compromis.

En effet, les points (1) et (2) sont antagonistes : la réduction du chromatisme longitudinal, à savoir le croisement de trois couleurs (différentiées comme le rouge, le vert et le bleu) est toujours possible mais au prix de l'augmentation du sphérochromatisme (de l'aberration de sphéricité différentiée suivant les couleurs) surtout en deçà de F/8 ; or, les astrophotographes souhaitent parfois privilégier une correction du sphérochromatisme sur un très large spectre plutôt que le croisement strict de trois couleurs.

Ainsi, l'apochromatisme selon Abbé est en général a peu près respecté mais c'est aussi parfois, pour le meilleur mais aussi pour le pire, un fourre-tout dans le quel on trouve :

-         des objectifs apochromatiques au sens d'Abbe qui satisfont les utilisateurs visuels du fait de la réduction du spectre secondaire (1+, 2) mais sont un peu insuffisants en photo,

-         des objectifs « non apochromatiques » au sens strict d'Abbé (pas de foyer commun mais les foyers sont tellement proches que cela n'a aucune conséquence) mais en revanche extrêmement bien corrigés du sphérochromatisme sur un large spectre (1, 2++) et qui satisfont bien les astrophotographes.

-         des objectifs apochromatiques (1, 2-) mais très « bof-bof » car mal optimisés ou insuffisamment corrigés dans le bleu (surtout en dessous de 7 ou 8 d'ouverture relative).

-         et bien évidemment des objectifs qualifiés d'apochromatiques mais sur le papier seulement et dont les performances sont médiocres du fait d'un suivi de production insuffisant (1-, 2-).

Il ne faut donc pas trop attendre de cette définition académique de l'apochromatisme : il faut plutôt juger sur pièces pour déterminer l'efficacité de la correction dont on a besoin ; c'est à dire, par exemple, en disposant des courbes d'aberrations longitudinales réelles après interférométrie sachant que les courbes d'aberrations longitudinales théoriques généralement publiées peuvent n'avoir qu'un très lointain rapport avec le résultat obtenu, suivant la qualité du suivi de fabrication.

A l'appui des spécifications des lunettes apochromatiques, différents informations sont fournies ou devraient l'être. Le diagramme d'aberration longitudinale constitue une information intéressante car il est très « parlant » sauf que ce n'est pas le plus évident à comprendre.

Le diagramme est relatif à la position du foyer (suivant l'axe horizontal) pour les rayons issus de l'objectif dont l'ordonnée (= distance au centre optique) est lue sur l'axe vertical. Le diagramme est fourni au moins pour trois couleurs : Rouge (C) vert (e) et bleu (F) pour un demi-objectif. Le violet est parfois ajouté ce qui est intéressant pour une application photo.

Plus les courbes sont inclinées, pour une même échelle, plus l'aberration de sphéricité (sphérochromatisme) pour la couleur concernée est prononcée.

Par ailleurs, les rayons doivent se croiser pour les trois couleurs C, e, F (en principe mais il peut y avoir des exceptions acceptables) a peu près à 70% de la hauteur du diagramme (le rayon à 70% étant le plus significatif pour la formation de l'image).

Lecture du diagramme d'aberration longitudinale

A gauche diagramme théorique fournie par TEC pour la TEC110FL : position commune du foyer pour C e F (et léger décalage pour le violet). L'inclinaison des courbes traduit le sphérochromatisme sur l'aberration longitudinale qui est évidemment nettement plus prononcée pour le violet que pour le rouge (minimal).

A droite diagramme réel, très similaire, tel que mesuré par Airylab (TEC110FL#2) pour les trois couleurs CeF.

Les échelles ont été ajustées pour être identiques en X Y et l'image retournée pour se présenter dans les mêmes directions.

D'un seul coup d'oeil, on peut ainsi se rendre compte de l'efficacité du design, notamment apprécier le sphérochromatisme en relatif pour chacune des couleurs (problème n°1 des APOs modernes), apprécier son équilibre pour différentes couleurs (par exemple, du rouge au bleu proche en visuel et au bleu lointain en photo) et déterminer ainsi si l'objectif est adapté à l'usage escompté. A défaut de constituer une information précise de la qualité produite, ce diagramme permet, au moins, de comprendre les intentions du design.

Remarques à propos de ce diagramme :

Voir à ce sujet :

http://www.telescope-optics.net/ray_geometric_aberrations.htm

http://www.rfroyce.com/refractor%20spots.htm

Un objectif achromatique n'est corrigé que dans le vert ; le diamètre de la tâche d'Airy d'un bon doublet Fraunhofer (le plus courant) du bleu ou du rouge est, au mieux, 3 à 5 fois celui du vert à son foyer. Le spectre secondaire (aberration chromatique longitudinale) d'un bon doublet est, au mieux, 10 fois supérieur à celui d'un apochromat de bas de gamme (mais correctement réalisé) et les apochromats haut de gamme font encore bien, mieux. Toutefois, il se trouve que l'oeil humain est peu sensible dans le bleu et que, suivant les individus, le chromatisme visible d'un bon doublet typique reste admissible même pour l'observateur averti.

Dans les années 2000-2004 il y a eu une déferlante de doublets achromatiques chinois, très courts (par exemple, des doublets de 150mm à F/8 !), bafouant tous les concepts fixés antérieurement et démontrant d'énormes aberrations chromatiques mais dont beaucoup se satisfaisaient ! Cela prouve, la variabilité d'appréciation de l'aberration chromatique suivant les individus et/ou leur expérience... Il semble qu'il en existe encore sur le marché. Certes, si la qualité de réalisation du doublet est supérieure à celle du triplet (et c'est vite fait, les tolérances étant sans communes mesures), une bonne achromatique peut se révéler être meilleure qu'un triplet déréglé ou raté (et moins chère) ; si vous avez de la place (et avec une bonne monture), un bon doublet donne alors des résultats tout à fait gratifiants en visuel. Mais il faut respecter les critères d'ouvertures définis, en leurs temps, pour les doublets achromatiques soit, en théorie F/D > 0.122D (D en mm, par exemple 2700mm de focale pour une lunette achromatique de 150mm !). Réduire ce rapport inconsidérément (par exemple, en le divisant par deux comme cela a pu être la mode dans les années 2000-2004), passé le premier coup d'oeil toujours flatteur à très faible grossissement, expose à de très amères déceptions à l'usage. En gros, au delà de 110mm/120mm, une achromatique devient quasiment impraticable.

Cette dernière remarque ne concerne pas les doublets dont un des éléments est un verre à basse dispersion (ED ou Fluorite) ; si ces doublets restent en retrait par rapport aux vrais apochromats, le spectre secondaire est néanmoins amélioré jusqu'à un facteur 3 à 5 (environ) suivant le rapport focal par rapport au doublet classique, ce qui est très sensible visuellement. Comme ces doublets ED ou Fluorite font la moitié du chemin entre l'achromat et l'apochromat on les appelle parfois « semi-apochromats ». Ils sont à mon avis suffisants dans bien des cas et à F/8 ou F/9 (pour une lunette de 100/120mm par exemple), ne présentent pratiquement pas de sphérochromatisme, mais ils ne sont pas très « vendeurs » (le commerce privilégie désormais plutôt les triplets APO) ; c'est dommage car il y a de quoi se faire plaisir à prix raisonnable. On peut encore améliorer un doublet ED en asphérisant l'une des surfaces...

Concernant les triplets, ces derniers étant de réalisation, de loin, plus délicate, soyez prudent car un médiocre triplet est certainement inférieur à un bon doublet ED.

Les différentes formules d'objectifs triplets apochromatiques classiques sont les suivantes

(1) le triplet huile

Ici les trois lentilles sont accolées au moyen d'un gel inerte dont l'indice est proche de celui du verre (ce n'est plus de l'huile depuis longtemps). Ces triplets dit (improprement) "huile" sont l'apanage de Astrophysics, TEC (USA) et CFF (Hongrie) qui perpétuent une technologie introduite par Zeiss avec sa série APQ (*).

Les avantages sont :

(*) les premiers barillets barillet Zeiss (à "immersion") étaient beaucoup plus complexes

Les inconvénients/difficultés sont :

Le triplet huile trouve son application principalement en observation visuelle du fait de son excellente qualité de transmission et de la faible diffusion ; les applications photos sont cependant fréquentes (les résultats obtenus avec les lunettes Astrophysic en attestent) ; il peut subsister, pour les puristes, un petit halo bleu autour des étoiles brillantes plus ou moins prononcé suivant le rapport focal ; un correcteur de champ dédié (TEC par exemple) peut améliorer légèrement le sphérochromatisme dans le bleu.

(2) le triplet air

Le triplet air est le plus courant (LZOS, Takahashi, Synta et toutes optiques OEM). Ici les trois lentilles sont séparées par une fine lame d'air après un calage micrométrique (la précision requise est de quelques dizaines de microns seulement). L'opticien dispose alors de degrés de liberté supplémentaires pour régler sa formule par rapport au triplet huile.

Les avantages sont (par rapport au triplet "huile") :

Les inconvénients sont :

Point de vue personnel (Huile vs Air) : Le triplet air est d'usage assez universel (visuel et photographie). Pour une application visuelle pure (ou occasionnellement photo), la différence de performances est peu sensible avec le triplet "huile" (à gamme équivalente) ; le choix est à considérer à partir d'autres critères tels que le prix, la réputation du fabriquant et la constance de la qualité (ou le rapport qualité/prix), le poids, les accessoires, la disponibilité et la fiabilité de la transaction... A noter qu'en photo, l'aplanisseur (et correcteur) de champ reste nécessaire dans tous les cas car tous les triplets ont une courbure de champ équivalente à focale identique (~1/3 F).

(3) le triplet air grand espacement

Seul Takahashi avec sa série TOA commercialise ce type d'objectif. C'est un triplet air sophistiqué avec un espacement inter-lentilles important (espacement entre la lentille frontale et un doublet air).

Les avantages sont :

Les inconvénients sont :

Point de vue personnel : Il faut savoir rendre justice : la TOA est à l'APO ce que l'APO est à l'achromat. Le triplet air grand espacement est surtout intéressant en photo car la meilleure correction chromatique obtenue pourrait être assez peu sensible visuellement, en observation courante, par rapport à un excellent triplet classique. Indépendamment du prix qui dépend du change, les inconvénients sont le poids et la durée de mise en température.

Le triplet n'est pas la seule solution pour réaliser un apochromat (ou plus). L'opticien peut envisager des combinaisons optiques plus complexes (appartenant à la famille des Dialytes dans la littérature), à savoir :

Dans le quadruplet Petzval dont l'exemple le plus connu est la lunette Televue TV101, les deux doublets achromats situés chacun aux extrémités du tube, ont une taille presque identique. Suivant le design initial avec doublets en Crown/Flint le spectre secondaire est réduit par rapport à l'achromat d'un facteur 3 ou 4 et reste supérieur à celui du triplet apochromat. Mais l'utilisation de verres à faible dispersion, comme c'est le cas pour les lunettes Televue et FSQ de Takahashi, permet d'atteindre le spectre secondaire de l'apochromat avec, surtout, des corrections hors axe supérieures à celle du triplet et un champ quasiment plan. En outre, le doublet secondaire agit en réducteur de focale (en général un facteur de l'ordre de 0.5) et il est possible d'obtenir des lunettes de rapports focaux courts (mais aux tubes longs) inaccessibles aux triplets apochromatiques.

Sur le papier, cette formule n'a que des avantages. En pratique elle a quelques inconvénients tout de même  (il y en a toujours) : une longueur de tube sensiblement plus importante à rapport focal égal que le triplet et une collimation plus critique des deux blocs optiques qui peut réduire les performances théoriques (ici, pas question d'agir sur la collimation de l'objectif sans un banc optique). Cette formule ne supporte pas une réalisation mécanique approximative ce qui explique sans doute pourquoi peu de constructeurs s'y sont lancés. Les contraintes du design et du prix de vente limitent actuellement le diamètre commercial à 127mm (TV127).

La deuxième solution consiste en une cellule d'objectif à quatre lentilles : cette solution a été quelquefois proposée par le passé aux amateurs (dans les années 60-70) mais elle existait déjà dans le monde professionnel (objectifs photographiques et astro-photographiques). Elle permettait alors de s'accomoder des verres disponibles pour tendre vers la correction apo-chromatique mais elle est devenue obsolète avec le développement de verres à basse dispersion permettant de réaliser des triplets (voire des doublets) avec des corrections supérieures ou bien le développement de télescopes (réflecteurs) photographiques à grand champ. Airylab a testé deux lunettes Astreya (Russie) munies en fait de deux doublets collés, séparés par une lame d'air : les résultats étaient loin d'être convaincants (sphérochromatisme important) avec peut être un léger avantage théorique sur la correction de champ (pour autant que la réalisation soit de qualité) et avec sans doute beaucoup d'inconvénients pratiques. L'histoire ne dit pas encore si l'usage de verres à faible dispersion permettrait d'obtenir des résultats intéressants sur ce type de formule, comme c'est le cas avec les Petzval, mais Takahashi avec sa série TOA a montré que ce n'était pas nécessaire...

La troisième solution évoquée (le doublet achromatique avec correcteur au foyer) est plutôt une solution de « secours » pour une application visuelle ; ici, un correcteur complexe placé devant l'oculaire permet la correction de l'aberration chromatique (sphérochromatisme) au foyer du doublet. Cette solution a été proposée un temps sous la forme du « Chromacor » en accompagnement à la déferlante des doublets chinois . Mais ce n'est pas une bonne solution : si la correction sur l'axe est satisfaisante, la correction hors axe est très mauvaise avec un chromatisme latéral et une coma très importants. De ce fait d'ailleurs, la correction sur l'axe est beaucoup trop sensible au réglage et à la collimation. En outre la longueur du tube est celle de l'achromat classique ce qui ne correspond plus à la demande. En conclusion, on en parle plus.

En conclusion, la solution quadruplet n'est viable que pour les formules Petzval.

Point de vue personnel : le quadruplet Petzval a un intérêt évident en photo. Pour une application visuelle, je ne le conseille pas du fait du prix, du poids et de la longueur du tube supérieurs à diamètre équivalent. En outre, en pratique (suivant les productions disponibles), il semble que les performances effectives sur l'axe, si elle sont très bonnes, n'atteignent pas l'excellence de celles des meilleurs triplets (cela est sans doute lié à la complexité du design et de l'assemblage).

Les objectifs apochromatiques coûtent cher, pourquoi ?

le design : le design d'un objectif APO n'est pas trivial mais, depuis l'avènement des logiciels de modélisation,  ce design est à la portée d'un ingénieur opticien normalement formé (voire d'un amateur éclairé) ce qui a très largement favorisé leur production. Disons que dans la chaîne, c'est peut être la partie la moins critique. Il est cependant à noter que le design final d'un triplet de haut de gamme (surtout "huile") ne peut généralement intervenir qu'après mesure des indices sur les verres fournis mais cette difficulté se rapporte plus à la réalisation.

la fourniture des verres : cela a toujours été un problème pour les opticiens du fait des petits volumes concernés qui ne motivent pas les industriels. Les choses ne s'améliorent pas, au contraire, avec les récentes règles environnementales : suppression du plomb dans les verres, conditions de production des verres incorporant de la fluorite (récupération du gaz), récupération des poussières de fluorite lors du polissage, etc.  A moyen terme, les normes environnementales pourraient condamner certaines formules. C'est donc un domaine où l'on régresse plutôt (du point de vue de la variété des verres évidemment.) avec en outre une distorsion de concurrence entre les pays qui appliquent ces règles et ceux qui s'en fichent. A savoir, et c'est paradoxal, les opticiens ont parfois plus de difficulté à approvisionner les verres à haute dispersion utilisés dans les triplets que les verres à basse dispersion (CaF2 et dans une moindre mesure FPL51,53) largement utilisés par les fabricants d'objectifs photographiques. Les fabricants de triplets « huile » sont davantage concernés par cette contrainte dans la mesure ou la formule ne possède que peu de degrés de libertés (elle est donc davantage dépendante des caractéristiques des verres).

la qualité des verres : outre le problème de la fourniture, se pose aussi celui de la qualité : variation des caractéristiques, homogénéité, absences de filandres, etc. Les fournisseurs de verres ne s'embarrassent pas de ces détails et c'est au fabricant opticien, suivant son sérieux, de faire le tri, de mesurer les constantes optiques afin d'optimiser son produit final et de passer à la poubelle les blocs (fussent t'ils en FPL53 ou fournis par Ohara...) qui ne remplissent pas les conditions fixées. Les déchets sont considérables jusque 80% (selon TEC) !. C'est une part significative d'écart de qualité finale et de prix entre les objectifs de bas, moyenne et  de haut de gamme.

Bloc de verre FPL53 (TEC)

Vérification des verres : moindre diffusion sur la fluorite (TEC)

la réalisation, le polissage : c'est une partie sensible évidemment. Le polissage est moins critique que ce l'on peut le penser, du moins en ce qui concerne la forme générale, sauf pour les verres en fluorite qui se travaillent très difficilement. L'obtention des surfaces théoriques à ¼ lambda près à l'aide de machines numériques est désormais possible. Pour les objectifs haut de gamme qui visent une précision supérieure, le calcul du triplet se fait une fois connus les paramètres des verres et des corrections  manuelles sont appliquées en phase finale après contrôle régulier (interférométrique) de l'objectif.

l'assemblage de la cellule : l'assemblage d'un triplet apochromatique air est extrêmement critique, à quelques dizaines de microns près ; les assemblages huiles ne sont pas beaucoup plus simples à réaliser et les verres sont plus difficiles à coupler. C'est aussi une grande part de l'écart de qualité entre la production de masse et le haut de gamme. Dans ce domaine, les secrets sont bien gardés (autant que possible.).

En résumé, une fois les verres trouvés (ce qui n'est pas la partie la plus évidente du travail), les points les plus critiques sont : le tri des verres, le contrôle interférométrique et les retouches manuelles qui en découlent puis l'assemblage final de la cellule.

L'avantage indéniable et reconnu des lunettes est leur disponibilité quasi-immédiate. La mise en température est assez rapide (suivant le diamètre et la formule comme exposé ci-dessus) et, surtout, il n'y a pas d'échange de chaleur préjudiciable au trajet optique dans le tube : une fois l'équilibre obtenu, il est stable. Les cellules des objectifs sont compensées en température, ce qui n'est pas trop difficile à obtenir puisque les coefficients de dilatation de l'aluminium et des verres sont proches. L'objectif est lui même éloigné du sol et de l'observateur. De plus les cellules sont conçues pour être utilisées dans toutes les positions, d'autant plus que les formules ont très peu de coma alors qu'un télescope réflecteur montre toujours un petit peu de décollimation (et donc de coma) à l'horizontale. Malgré tout, suivant le diamètre, un gradient de température entre les faces internes et externes de l'objectif peut altérer la correction (ne pas stocker sa lunette près d'un radiateur !).

Après une session d'observation, il est recommandé de laisser se désembuer les objectifs au sec avant de les stocker afin d'éviter la formation de moisissures (à l'arrière ou entre les lentilles). Dans le cas où il y aurait une très forte différence de température entre l'intérieur ou l'extérieur, il convient d'éviter un choc thermique brutal en laissant la lunette dans son coffre quelques heures puis de faire en sorte que la buée disparaisse par une exposition au sec. Fermer le tube au stockage et éviter l'ouverture intempestive ou prolongée du PO pendant les observations (un RC à prisme est idéal mais à partir de F7 seulement).

Bien que les traitements soient très résistants, le nettoyage des objectifs doit être limité (pour mes optiques, une fois par an) mais seule la face externe des objectifs est nettoyée facilement. Il existe différentes façons de procéder : après soufflage des poussières, j'utilise des micro-fibres : soit elles sont imbibées d'une solution de nettoyage, soit le produit est vaporisé sur la surface (un seul passage par zone de micro-fibre). Roland Christen recommandait, dans ses notices, de l'alcool isopropylique pur (pharmaceutique) coupé à 30/50% d'eau distillée comme solution ; mais depuis quelques années, on trouve dans les magasins d'astronomie, des produits spécifiques dont le "Purosol" et qui sont très bien : aucune trace alors qu'il en reste toujours +/- avec l'alcool isopropylique. Sur les traces de pollen, un passage préalable du doigt avec un peu de salive peut aider à les décoller mais c'est parfois difficile et il faut, probablement, des solutions plus agressives chimiquement (mais pas de conseil la dessus). Les micro-fibres doivent être nettoyées à la main, sans adoucissant et avec très peu de lessive (rinçage abondant). Eviter les détergents : s'ils conviennent bien aux miroirs que l'on peut rincer abondamment, ils laissent des traces sur les lentilles. Eviter les tissus en coton ou les Kleenex (ou équivalent) qui n'abiment pas les verres mais laissent toujours des petites fibres. Eviter l'acétone qui peut endommager certains matériaux (polymères, plastiques...) présents dans les cellules (joints, cales...) et est en outre très toxique (y compris par la peau) et qui attaque le système nerveux de façon cumulative. Enfin, ne vous faites pas trop d'illusions, vous ne rendrez jamais les verres dans l'état dans lequel ils étaient lorsqu'ils sont sortis du traitement... pour la bonne raison qu'ils n'ont (probablement) pas été nettoyés mais manipulés avec précaution pour l'assemblage final... Les quelques traces qui peuvent rester ne vont pas nuire à vos observations.


Retrait de la cellule de la TEC140 pour nettoyage
Oui, les lentilles ont cette épaisseur !

Note : Le sujet fait débat, mais pour moi, le stockage n'a pas d'effet sur la stabilité des triplets APO. Pour les triplets "huile", le gel maintient les verres par capilarité et la gravité est sans incidence sur la stabilité ; le gel ou les verres ne fluent pas et ne glissent pas dans le temps. Dans un triplet air, il n'y a pas de raison que les lentilles se décalent ou "se coincent" à la suite d'un stockage. Si un très léger biais se produit, lié au jeu indispensable, il entraîne une décollimation qui est imperceptible sur un triplet (contrairement aux télescopes catadioptriques ou Newton). Il est possible de stocker les lunettes n'importe comment mais... au sec ! Bien entendu un incident peut toujours se produire (fuite du gel, décalage de lentilles d'un triplet air, moisissure) mais est très rare, non significatif (du point de vue statistique) et nécessite alors presque toujours un retour au fabricant. Par contre, une altération du traitement est irrémédiable ; au moins elle est moins grave que sur un miroir car cette altération n'évolue pas dans le temps (vivre avec).

La correction du champ est environ 1/3 de la focale pour les doublets et les triplets (quel que soit le design). Un correcteur de champ, adaptée à la focale, est donc requis pour les lunettes les plus courtes suivant les exigences.

Le tube en fibre de carbone pour les lunettes apochromatiques a été ou est à la mode et est mis en avant pour ses avantages thermiques (moindre déformabilité lors des variations de température). Qu'en est il vraiment ?

Lorsqu'une optique se refroidit « uniformément », sa forme est inchangée et sa focale varie au prorata du coefficient de dilatation thermique et de la température. Ce cas est un peu théorique mais idéal. L'intérêt du tube en FC (fibre de carbone) se justifie si l'écart entre les variations de longueur du tube et les variations de focales sont réduites par rapport à d'autres matériaux.

Les coefficients de dilatation thermique des matériaux utilisés sont les suivants :

On constate que l'écart de déformabilité relative entre les verres d'un objectif apochromatique et le tube en aluminium est (+/-) équivalent à l'écart avec le tube en fibre de carbone mais dans des directions opposées. Il n'y a donc pas d'avantage au tube en fibre de carbone.

Par ailleurs, la fibre de carbone est un meilleur isolant thermique que l'aluminium et ceci n'est pas sans conséquences sur la dynamique de mise en température : un tube en FC ralentit la mise en température de l'intérieur du tube d'autant plus longtemps que le tube est fermé. Ceci est d'autant plus dommage que les lunettes ont pour elles un avantage avec leur objectif placé à l'extrémité supérieure et vers le ciel. Pendant la mise en température proprement dite, est bien malin qui peut déterminer l'intensité des variations du fait des gradients entre la face externe et interne.

Ces considérations ne valent pas pour d'autres formules ;

Les autres prétendus « avantages » du tube en fibre de carbone sont les suivants :

En revanche, il y a quelques inconvénients à signaler :

En conclusion, le tube en fibre de carbone pour les lunettes apochromatiques semble être un argument commercial sans grand fondement, surtout si le prix de vente est plus élevé. Au demeurant, aucun des grands « fabriquants » (AP/TEC/TAK) ne l'utilisent : CQFD.

Le bafflage permet de limiter les entrées de lumières parasites légèrement hors-axe (environnement immédiat, fond du ciel) jusqu'à l'oculaire par suite de réflexions sur les parois du tube. Quelle est l'utilité réelle du bafflage ?

De simples cerces sur les parois du tube, une peinture très mate, etc. permettent de piéger les réflexions parasites. Sur une lunette, par rapport à un Newton ou un catadioptrique, le trajet optique est beaucoup plus facile à protéger ; ceci explique aussi le petit « plus » des lunettes en ciel profond souvent rapporté en regard de leur plus faible diamètre (et toutes considérations sur la transmission comprise). Quelques baffles judicieusement placés suffisent.

Au delà de ses performances, la tenue du bafflage dans le temps est un critère presque plus important. Il est extrêmement désagréable de constater que la peinture du bafflage de certaines lunettes de bas ou de moyenne gamme se décompose et tombe en poussière sur la face interne de l'objectif...

Si la collimation réglable doit être la règle pour les doublets, l'intérêt de la collimation réglable pour un objectif triplet n'est pas nul mais faible. Ce ne doit pas être un critère de choix mais c'est plutôt la fiabilité de mécanique et de l'assemblage des différentes lentilles de la cellule qui doit être un critère, ce qui renvoie à la qualité de fabrication.

En cas de décollimation, le réglage de l'inclinaison du triplet  ne règle qu'une partie du problème car le réglage du triplet lui-même (des lentilles les unes par rapport aux autres) ne peut se faire qu'en atelier sur un banc interférométrique. L'avantage est aux robustes triplets « huile » de ce côté.

Par ailleurs, outre le fait qu'une légère décollimation simple du triplet (sans décalage des lentilles) est rare, les conséquences en sont quasiment imperceptibles du fait de l'excellente correction de la coma.

Cette exigence de certains utilisateurs d'avoir des objectifs collimatables vient de leurs expériences sur Newton, Schmidt-Cassegrain ou doublets qui nécessitent de fréquentes interventions ; elle est presque sans objet pour un objectif de lunette apochromatique, voire nuisible si le réglage est trop apparent (ou trop tentant.) sauf peut être sur un tube déformable à long terme (notamment un tube en fibre de carbone !).

Pour mémoire (non développé). La qualité mécanique du porte-oculaire et sa capacité à supporter du matériel lourd (par exemple 5kg), à permettre de lui associer des caméras (suivant les dimensions de leur capteur) est à prendre en considération. Il est parfois proposé un choix de porte-oculaires, non sans incidence sur le prix !

Pour mémoire (non développé).

Préambule :

- la Qualité c'est la conformité aux spécifications prévues et vendues. Les performances ce sont les spécifications annoncées puis obtenues... suivant précisemment la qualité de fabrication. Cette section et la suivante sont rédigées du point de vue de la Qualité.
- à défaut de pouvoir essayer/tester un grand nombre de lunettes, les appréciations portées résultent de la consultation régulière, sur une vingtaine d'années, de divers tests interférométriques (ou équivalents) publiés par Airylab, W Rohr, testeurs russes et japonais ou encore Ciel et Espace.

La qualité des optiques astronomiques est un sujet délicat même si les choses s'améliorent progressivement par rapport à ce qu'elles étaient au début des années 2000. Mais payer le juste prix par rapport à la qualité garantie (respect des spécifications annoncées) est légitime.

Les constructeurs, évidemment, se vantent tous de produire des optiques « au top ». Mais la fourniture de bulletins de contrôles interférométriques complets est plutôt rare et même les fabriquants les plus réputés (TEC, AP, Takahashi...) n'en fournissement pas car ils prétextent que la délivrance d'un bulletin de contrôle risque d'entraîner des réclamations des utilisateurs les moins bien servis à quelque centième de Strehl près : c'est probablement vrai mais Zeiss courait ce risque dans les années 95 (de même que les artisans polisseurs de miroirs...). A leur avantage, les "premiums" s'engagent sur une qualité minimale et aussi à reprendre les optiques ce qui arrive extrêmement rarement ; certes le prix est élevé mais le risque financier est minimal d'autant que leur valeur de revente varie très peu dans le temps.

Par ailleurs, lorsque des bulletins de contrôle sont fournis on peut toujours douter de leur fiabilité. Aussi, il n'y a pas de solution parfaite à ce problème du fait de l'absence de certifications indépendantes de la qualité. On peut consulter, à titre indicatif, quelques tests réalisés (après achat) par W Rohr, Airylab afin de se faire une idée de la constance des résultats (cf. également tests Astrosurf ou Ciel et Espace). Le test de Roddier est également bien répandu et est facile à réaliser par un amateur patient et un peu rigoureux et permet d'obtenir, au moins, une indication de la correction du sphérochromatisme pourvu d'utiliser des filtres sélectifs (rouge, vert, bleu).

Pour une lunette Apochromatique, on est en droit d'espérer des spécifications minimales garanties de 1/27 lambda RMS (Strehl 0.95) (*) du rouge au bleu proche. Les constructeurs sérieux qui contrôlent les optiques sur interféromètre avant les retouches finales atteignent ces spécifications. Pour une application photo on souhaite retrouver ces chiffres sur un plus large spectre.

(*) Pour une application visuelle, je trouve que la précision exprimée en 1/lambda RMS est la plus parlante puisqu'elle somme tous les défauts. La précision lambda/PV (crête à crête) sur l'onde seule mesurée à l'interféromètre ou sur un Roddier est utile pour caractériser l'importance de chaque défaut pris séparément mais il est plus difficile déduire l'effet global sur les images au foyer... (par exemple 1/8 PV pour l'astigmatisme, 1/6 PV pour l'aberration de sphéricité, etc).

Il existe un assez grand nombre de marques, un très grand nombre de modèles de lunettes apochromatiques mais en fait peu de fabricants connus ou OEM. Pourtant, à défaut de bulletin de contrôle certifié, la connaissance du fabricant-opticien est un élément d'appréciation essentiel de la Qualité. En général, un opticien qui signe ses optiques tient à sa réputation ; or si tous les instruments portent mention d'une marque, beaucoup sont de fabrications anonymes (ou OEM).

A noter qu'une optique ce n'est pas du "prêt à porter" et la connaissance du « designer » n'a qu'un intérêt anecdotique ; même s'il est animé de bonnes intentions, son pouvoir sur la qualité de réalisation, souvent, à plus de 10000km de son ordinateur est quasi-nul dans le contexte de productions délocalisées à prix serrés. De même la connaissance de l'origine des verres, comme expliqué ci-dessus, n'apporte aucune preuve tangible de la qualité de réalisation.

Il est également dommage que les spécifications ne soient pas toujours clairement énoncées (une façon de ne pas s'engager sur la qualité...).

Enfin, il faut noter que la diffusion des marques est assez différente entre l'Europe et les USA du fait des conditions de change, des taxes d'importantion, etc... car le prix est tout de même un élément de choix !

Les fabricants que j'ai répertoriés sont les suivants :

-         Astrophysics et TEC (USA), CFF (Hongrie) : réalisent et commercialisent leurs optiques exclusivement sous leur propre marque. Fabrication artisanale et très haute qualité conformes aux spécifications annoncées ; long délais mais qualité au rendez-vous.

-        LZOS et LOMO (Russie) : grosses entreprises russes qui réalisent des optiques professionnelles et amateurs de très haute qualité mais ne les commercialisent pas directement. LZOS a également la capacité de produire tous les verres optiques dont il a besoin, notamment le OK-4 équivalent du FPL53 ce qui est un gros avantage (certes, aux « normes » environnementales russes.). On retrouve des objectifs LZOS ou LOMO chez APM, Stellarvue, WO. Dans le cas, la provenance de l'objectif est toujours indiquée par ces derniers (sinon, ce n'est pas un objectif LZOS). Il est à noter que LZOS fournissait dans le temps TMB-APM mais les optiques TMB Optical sont séormais de type OEM (d'origine chinoise),

-    Takahashi (Japon) : Réalise et commercialise les optiques sous sa propre marque. On sait cependant peu de choses sur la production des optiques Takahashi comme souvent avec les entreprises japonaises (Takahashi est associé avec Canon). Très haute qualité, large choix de lunettes, originalité des design, large choix d'accessoires suivant les performances souhaitées et instruments en stock.

-    Televue : réalise essentiellement de petites lunettes Petzval (jusque 127mm). On en sait également peu sur la fourniture des optiques mais elles sont, d'après les retours et tests, de haute qualité.

-         Synta (Chine) : Synta est un des plus importants fabricants d'optiques pour instruments d'amateurs dans le monde. Synta dispose d'équipements de très haut niveau (automates Zeiss) ; Synta peut égaler (mais de façon inconstante) le haut de gamme. Synta fourni des objectifs notamment pour Orion, Vixen, Celestron, SkyWatcher (sa propre marque) et d'autres... Un bon signe est que Synta commence à signer ses barillets d'objectif. Bonne ou moyenne qualité à recommander de préférence à toute production anonyme.

-    Toutes optiques OEM (Chine) : Il existe divers fournisseurs plus ou moins liés entre eux dans de très vastes consortiums chinois plus ou moins "étatiques" et il est impossible de s'y repérer ; on trouve par exemple UO Kunming (membre de Maxvision et fournisseur de Meade), Chongqing-Deron, Jinghua, Hioptic... Ils fournissent Meade et d'autres distributeurs d'optiques anonymes comme TS, Antares, William Yang Optic, TMB Optical, APM.... Leur principale raison d'être est de vendre en "quantités". Ici le sérieux du vendeur compte beaucoup car, in fine, lui seul est garant de la qualité vendue.

En ce qui concerne les marques qui montent des objectifs fabriqués par d'autres, le souci d'information sur la provenance des objectifs semble assez variable. Je ne porte pas de jugement de valeur sur ces marques mais incite à préférer les objectifs de provenance connue (dans l'ordre de préférence) : LOMO, LZOS ou Synta qui en général apparaissent sur le barillet.

Pour les optiques de provenances inconnues (OEM), l'intérêt est à évaluer en fonction :

Pour terminer, quelques perles publicitaires glanées ici et là.

-         Optique à diffraction limitée : « diffraction limited », en anglais cela fait plus sérieux. Ne donne aucun élément chiffré sur la qualité... et en fait ne veut rien dire puisque même une « bouse infâme » (et surtout celle-ci d'ailleurs) est limitée par la diffraction. Une variante est que l'optique fait mieux que "diffraction limited" ! Fait (indirectement) référence à un critère de Strehl minimal de 0.8 mais qui ne représente qu'un aspect du sujet. Ne donne aucune indication sur la transmission des contrastes, les corrections chromatiques...

-         Seulement limitée par les lois de la physique : Vous estimerez sûrement qu'il est intéressant d'avoir confirmation que les lois de la physique s'appliquent bien à votre achat. Très grande valeur contractuelle en cas de litige !

-         Désigné par le célèbre opticien xxx : cela nous renseigne peu sur la qualité de la réalisation, surtout si ce "célèbre" opticien est inconnu.

-         Testé sur le ciel avant envoi au client : C'est mieux que rien et appréciable si le vendeur est de confiance mais suivant quels critères ? Un test visuel peut permettre de détecter un gros défaut mais comment est il traité ? Y a t'il un rapport détaillé ?

-         Images découpées au rasoir, couleurs éclatantes,  corrections époustouflantes, absence totale de chromatisme,  etc. : sans commentaires...

-         Verre japonais FPL53 de chez Ohara (ou Hoya...) : en général cette mention (ou d'autres du même type) permet de s'affranchir de toute spécification de qualité de l'optique en faisant croire (à tort) que celle-ci repose sur le "célèbre" fabriquant du verre (OHara, Hoya, etc...). Or, en ce qui concerne les optiques astronomiques, Ohara, Hoya, etc... ne sont que des fournisseurs de blocs de verres bruts au même titre que St Gobain et ils ne réalisent pas d'objectifs ni aucune optique de précision. Ces blocs présentent, en outre, toujours des défauts (à l'échelle des exigences de l'optique astronomique) ce qui occasionne des déchets importants, à la charge de l'opticien (réalisateur effectif de l'optique) tant en ce qui concerne le tri que la perte financière qui en résulte. Enfin, et ce n'est pas le moins important, la faible dispersion annoncée, si elle contribue à la correction calculée, n'est pas, en soi, un signe de qualité : c'est le bon couplage (effectif) entre le verre à faible dispersion et les verres à haute dispersion qui permet de respecter la correction du design et il n'y a aucune garantie de l'usine productrice des verres sur ce point. In fine, c'est bien le sérieux apporté au contrôle des verres et à la réalisation qui comptent et il est d'ailleurs à noter que TEC, AP, Taka n'indiquent jamais leur fournisseurs...

-         Le verre FPL53 (ou tout autre verre à faible dispersion) est plus durable, moins sensible à l'humidité que la Fluorite, etc. C'est vrai, en théorie, mais sans conséquence pratique. Dans un triplet, la fluorite est protégée par sa position médiane dans la formule ; dans la plupart des doublets (sauf la série FS de Takahashi), la fluorite est à l'arrière. Par ailleurs, les lentilles sont traitées et il n'a jamais été rapporté de problèmes tangibles sur plusieurs décennies. Zeiss mais aussi Canon, Nikon... fabriquent des objectifs incorporant des verres en fluorite depuis longtemps et ils ne sont pas encore tombés en poussières... La fluorite est surtout plus difficile à travailler et à aussi assembler dans une cellule avec d'autres verres ce qui renchérit le coût. En tout état de cause, quel que soit le type d'optique, il est important de faire sécher l'instrument après les observations, avant de le stocker afin d'éviter de favoriser la formation de moisissures susceptibles de dégrader les traitements.

-         Excellente correction de la courbure de champ du triplet « yyy » : la courbure de champ d'un triplet est une constante égale à ~1/3 de la focale. Il n'y a aucune chance, à focale égale, qu'un triplet soit meilleur qu'un autre de ce point de vue. Des correcteurs de champ peuvent être utilisés pour améliorer la courbure de champ et la conception de certaines lunettes le prévoit d'office comme les objectifs quadruplets Petzval : seules ces lunettes peuvent effectivement prétendre à une réduction de la courbure de champ.