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Quel télescope acheter et pour quel usage ?
Les différents types de télescopes (I) Fondamentalement il existe deux types d’instruments pour observer visuellement ou photographier le ciel : - La lunette astronomique, également appelée réfracteur, dans laquelle la lumière est réfractée par un objectif composé d’une ou plusieurs lentilles vers un système oculaire secondaire, - le télescope, dans lequel la lumière est réfléchie par un miroir primaire vers un miroir secondaire qui assure la transition vers le système oculaire. S'il n’existe qu’un seul type de lunette astronomique, le système de lentille objectif peut être fabriqué de différentes manières afin d'obtenir une meilleure qualité d'image. En revanche, il existe peut être une dizaine de conceptions différentes de télescopes, pour citer parmi les modèles les plus connus le télescope de Newton, le Cassegrain, le Schmidt-Cassegrain, le Maksutov, le Dobson, le Ritchey-Chrétien, le Dall-Kirkham, la chambre de Schmidt, la chambre Rowe-Ackermann, le Riccardi-Honders, etc. Tous ces instruments ont été concus dans le même but : capturer le plus possible de lumière pour la focaliser en un point aussi plan et petit que possible où l’image sera agrandie et examinée au moyen d’un système oculaire plus ou moins puissant. La différence entre ces modèles est la manière d’y parvenir et de corriger les aberrations optiques. Tout se fonde en effet sur les propriétés de la lumière, sur le fait qu’un objectif constitué d'une lentille ou d'un miroir est taillé d'une certaine manière entraînant des aberrations qui ne peuvent être supprimées qu’en interposant un second, voire plusieurs éléments dans le trajet lumineux. Cet élément optique complémentaire correcteur est constitué d'une ou plusieurs lentilles à indice de réfraction différents dans le cas des lunettes et d'un miroir secondaire ou d'une lame de fermeture (ou les deux) dans le cas des télescopes taillés de telle manière à réduire ou éliminer certaines aberrations jusqu'au 3e ordre (chromatisme, astigmatisme, coma et sphéricité, cf. les termes du polynôme de Zernike), afin que l’image résultante offre toutes les caractéristiques d’une image exempte d’aberrations ou plutôt une image dont les aberrations sont confinées sous la limite de diffraction de l’instrument, c'est-à-dire sous sa limite de résolution, ou reportés en dehors du champ S'ajoute à ces aberrations, les problèmes éventuels d'alignement (tilt) ou de collimation et la focalisation qui déforment également l'image (ils forment les termes de 1er et 2e ordre du polynôme de Zernike). Par nature, les aberrations seront toujours présentes dans un instrument d'optique mais dans les modèles de bonne qualité elles seront réduites et circonscrites au diamètre des étoiles telles qu’elles figurent dans l'axe, au foyer jaune-vert de l’instrument (543-550 nm). Parfois, sur les meilleures optiques, ces défauts sont reportés loin de l'axe (à plus de 65 mm au niveau du foyer) ou en dehors du spectre de travail (à moins de 380 ou 400 nm et au-delà de 706 ou 1000 nm).
Document Gregg Dinderman/S&T adapté par l'auteur. Pour atteindre cette qualité optique, les verriers et les ingénieurs opticiens utilisent des verres spéciaux et des revêtements ad hoc qui expliquent pourquoi certains instruments présentent un prix parfois cinq fois supérieur aux modèles apparemment concurrents. Ainsi que nous l'expliquerons à propos de la qualité des optiques et des aberrations optiques, la qualité est une caractéristique qui doit respecter certaines normes, qui exige du travail et qui a donc un prix. Comme nous le verrons à propos des erreurs à ne pas commettre en achetant un télescope, le choix d'un instrument spécifique, adapté à votre activité devrait vous retenir plusieurs mois car le choix est vaste, non seulement parmi toutes les marques existantes mais également dans la variété des accessoires. Choisir une optique astronomique dépend avant tout de votre budget, du temps que vous souhaitez consacrer à l’astronomie mais aussi de considérations concernant la commodité d’utilisation et les performances techniques de l’instrument. Parmi les critères de sélection citons le poids, l’encombrement, la portabilité, la qualité, les performances, la panoplie des accessoires, l’ergonomie, la finition, mais également le support technique, la localisation du magasin, etc. Evaluer les performances techniques concernent la qualité optique, la conception de la monture, la précision mécanique du guidage, l’informatique embarquée, l’électronique, les rouages, etc., sans oublier la qualité de l’ensemble et le service après vente du commerçant. Bien souvent, au bout de quelques années, l’amateur averti dispose de deux voire de plusieurs télescopes. A mesure que vous pratiquez l’astronomie, vous allez envisager d’observer certains types d’objets plutôt que d’autres ou vous allez préférer certains modèles d'instruments plutôt que d’autres.
Avec l'expérience, vous allez vous rendre compte que soit le petit instrument soit le plus gros est inadapté, trop peu puissant, encombrant ou trop lourd et qu’il aurait été plus utile de prendre l’autre appareil. Aussi avant de vous décider pour un modèle ou un diamètre précis, prenez le temps de la réflexion, parlez-en autour de vous et essayez de vous projeter dans l’avenir pour déterminer vos besoins futurs ou l’intérêt que vous portez à l’observation du ciel et surtout si vous avez un lieu d'observation. Peu d’amateurs construisent eux-mêmes leur instrument. La raison vient du fait qu’à l’heure actuelle le marché regorge d'instruments de toutes tailles et de toutes les qualités. Un amateur peut acquérir pour un prix raisonnable (1000 ou 2000 €) soit un petit instrument inféreur à 200 mm d'ouverture avec console GoTo soit un dobsonien de 400 mm de diamètre en kit et le monter en quelques dizaines de minutes. Un bricoleur talentueux peut aussi acheter des pièces détachées et construire un télescope newtonien de 300 mm de diamètre ou plus et s'il est doublé d’un mécanicien et d’un électronicien, il peut s'attaquer à des projets plus ambitieux. Mais cela devient rare devant l’abondance des modèles commercialisés dont la qualité générale s'est améliorée ces dernières années. Pour vous aider à faire le bon choix, les principaux magazines et certains forums d'astronomie ont dédié quelques pages à la revue de matériels. A
voir : Les
différents modèles de télescopes et montures,
ODHTV A consulter : Astrosurf Magazine - Forum Astrosurf - Astronomie Magazine
Voyons à présent les différents types d'instruments astronomiques, leurs avantages et leurs inconvénients en commençant par l'instrument historiquement le plus ancien, la lunette astronomique. La lunette astronomique La lunette astronomique est un réfracteur constitué d’un tube contenant à l'une extrémité un objectif constitué de lentilles et de l'autre un système oculaire. La lumière traverse ce tube optique sans aucune déviation et en ligne droite. Comme toute optique aucune impureté n'est donc tolérée dans le verre car la lumière doit passer à travers lui. C'est ici que joue la concurrence car tous les constructeurs fixent le niveau du contrôle qualité de leur matériel à un seuil plus ou moins élevé. C'est ainsi que les lunettes astronomiques sont divisées en deux grandes familles, selon l'objectif utilisé : - la lunette achromatique : l'objectif est constitué d'un doublet de lentilles dit de Fraunhofer corrigeant partiellement l'aberration chromatique (appelée spectre secondaire) - la lunette apochromatique : l'objectif est constitué d'un groupe de lentilles plus complexe (triplet, 2+2, 3+2) corrigeant l'aberration chromatique jusqu'à la limite de diffraction. Elle utilise notamment un verre en fluorite (CaF2) à très faible dispersion. Parmi les constructeurs de lunettes utilisant (ou ayant utilisé) le fluorite citons Astro-Physics, Borg, LZO, TEC, Takahashi, Tele Vue, Vixen, William-Optics, et même certains modèles de Sky-Watcher (Synta). Leur gamme de fluorite diminue toutefois chaque année au profit de triplets apochromatiques en fluorite synthétique, le verre FPL-53 ou FPL-51 d'Ohara, un substitut à base d'oxydes. Le premier est utilisé pour les rapports focaux supérieurs à f/7. A lire : Des lunettes astronomiques à moins de 100 € (sur le blog) Le Galileoscope: une lunette de 50 mm pour 40 €
D'un point de vue technique, il n'existe pas de troisième choix et nous insisterons encore sur ce point dans d'autres articles. En effet, certains fabricants et marchands évoquent parfois la lunette "semi-apochromatique", un terme que n'utilisent jamais les ingénieurs opticiens ! Que cache cette dénomination hybride ? En fait il s'agit d'un terme marketing qualifiant une lunette mieux corrigée qu'une achromate mais présentant malgré tout une aberration chromatique supérieure à celle d'une apochromate. Pour réduire les coûts de fabrication tout en maintenant les aberrations sous des seuils raisonnables, ce type de lunette utilise un verre moins cher et moins fragile (doux) que la fluorite à base d'oxydes dont le verre de substitut FPL-53 ou FPL-51 à extrêmement faible dispersion (ED ou LD). Aujourd'hui on retrouve ce verre dans de nombreux triplets de milieu et haut de gamme (Astro-Physics, Celestron, Meade, Orion, Takahashi, Tele Vue, etc.).
Nous verrons dans l'article en quête d'un petit télescope portable et polyvalent que certaines lunettes d'Astro-Physics et de Takahashi affichent un rapport de Strehl (écart quadratique moyen entre le front d'onde ou PSF théorique et le front d'onde réel) de 0.972 voire supérieur soit d'au moins λ/35 RMS et un rapport P-V d'au moins λ/10, une qualité de niveau professionnel qui exige un rapport de Strehl d'au moins 80% à travers tout le spectre visible pour qualifier l'optique de "diffraction limited". Mais on ne peut pas en dire autant de tous les constructeurs dont les généralistes (Celestron, Meade, Orion, Sky-Watcher, etc.) comme on le voit dans le graphique présenté à gauche où seules les véritables lunettes apochromatiques présentent un niveau d'aberration inférieur ou égal au seuil de diffraction. Chez Takahashi, certaines lunettes haut de gamme de grand diamètre (triplets 130 mm f/7.7 et 150 mm f/7.3) comprenant deux verres FPL-53 dits ED sont qualifiées d'ortho-apochromatique (TOA). Avec les Astro-Physics, elles comptent parmi les apochromates présentant le moins d'aberrations. Dans la catégorie des achromates, les lunettes utilisant un verre à très faible dispersion sont regroupées sous la dénomination générique de "doublet ED" mais il comprend malheureusement des verres LD, SD et UD de toutes origines, ce qui explique leurs qualités très inégales. Ces optiques sont rarement voire jamais "diffraction limited". Enfin, la lunette "superachromatique" corrige l'aberration chromatique, de sphéricité et la courbure de champ mais au prix de l'utilisation de verres en fluorite acceptant très peu de tolérance. Son coût de fabrication est très élevé, trop élevé même diront la majorité des utilisateurs. Carl Zeiss en a fabriqué pour ses appareils photos mais ce concept fut abandonné au bénéfice des apochromates en substitut de fluorite. L'aberration chromatique est présente dans les lunettes achromatiques mais est moins visible dans les doublets et les (mauvais) triplets ED et un observateur occasionnel peut même ne pas la remarquer. Si ce halo coloré (jaune-rouge en avant et bleu-violet en arrière de la mise au point) autour des astres à fort contraste comme les étoiles brillantes ou la Lune vous dérange et souhaitez le supprimer, vous pouvez placer l'un des filtres suivants à demeure à l'entrée du renvoi à 90° : - un filtre "Minus violet" qui bloque tout rayonnement en dessous de 420 nm - un filtre "Baader Fringe Killer" qui coupe tout rayonnement en dessous de 430 nm et donc quasiment tout le violet ainsi que le proche IR - un filtre "Contrast Booster" qui bloque tout rayonnement en dessous de 485 nm (bleu) ainsi que d'autres raies spectrales. Sans transformer votre lunette en apochromate, pour un prix très accessible (comptez entre 65 et 125 € selon le filtre) le résultat donne des images mieux focalisées et donc des étoiles plus petites et plus nettes.
Avantages - Simplicité de la conception optique (invention de Kepler et Galilée modifiée par Fraunhofer et Steinhell) - Facile à utiliser. L’astre est dans l’axe du tube optique. - Le tube est fermé et nécessite peu ou pas d’entretien. Le tube optique fermé réduit les courants d'air tout en améliorant la qualité des images et en protègeant le système optique. - L’objectif ne nécessite aucun réglage car il est fixé et aligné de manière permanente dans son barrilet. - Contraste élevé de l’image. N’ayant pas d’obstruction centrale l’image est beaucoup plus contrastée et offre un bien meilleur piqué que celle d’un télescope disposant d’un miroir secondaire dans le trajet des rayons lumineux. Toute la luminosité du sujet se concentre dans le disque central de diffraction (disque d'Airy). - Excellente correction du spectre secondaire dans les objectifs apochromatiques constitués de lentilles fluorite ou à très faible dispersion (verre ED en qualité H1). - La longue focale (f/8 et supérieure) est adaptée à l’observation planétaire et des étoiles, surtout si le diamètre est conséquent. - Les petits diamètres à tube court (type Orion ST-80 et les "spotting scope") sont d'excellents instruments pour l’observation terrestre.
Revues des lunettes astronomiques 60 à 78 mm - 80 à 90 mm - 100 à 110 mm - 120 à 130 mm - 140 mm et sup. (Cloudy Nights Telescope Reviews)
Désavantages - Présence d’une aberration chromatique ou spectre secondaire dans les doublets achromatiques (mais corrigible au moyen d'un filtre oculaire). - Plus lourd et plus encombrant qu’un télescope de même diamètre en raison du triplet formant l’objectif et de la longueur du tube optique. - Les lunettes ayant un rapport focal relativement élevé (au moins f/8) sont inadaptées à la photographie du ciel profond car elles imposent des durées d’exposition totales souvent supérieures à 1 heure qui découragent l’astrophotographe même passionné. - Le prix. Mis à part les petits modèles d’entrée de gamme achromatiques, les lunettes de qualité sont plus chères que les télescopes newtoniens ou les catadioptriques de même diamètre, et ce dans un rapport de 2 à plus de 10. Pour une lunette apochromatique, comptez entre 3000 et 5000 € par 100 mm d'ouverture. - Le coût de la conception d’une optique de qualité limite la dimension maximale des objectifs à ~250 mm de diamètre. Leur diamètre maximum limite donc leur usage et on retrouve principalement ces optiques dans des instruments de petites ouverture (50-180 mm) comme les lunettes d’initiation, les lunettes-guides, les lunettes dédiées à l'observation du Soleil sous filtre interférentiel et les astrographes mais dont le rapport ne descend pas en dessous de f/3.8 (Vixen). - Le délai d'attente. Pour les modèles haut de gamme d'Astro-Physics (GTX), attendez-vous à être inscrit sur une liste d'attente d'environ... 10 ans (elle était déjà de 8 à 9 ans pour les modèles EDF) sachant que la production est d'environ 100 exemplaires par an. - Les petits modèles d'importation d'entrée de gamme ont une mauvaise réputation en raison de leur mauvaise qualité. Cette réputation peut injustement retomber sur des modèles de marques peu connues à verre ED, triplets et autres astrographes. Prochain chapitre
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