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Quel télescope acheter et pour quel usage ?

Objectif Takahashi ED TAO-130 (130 mm f/7.7)

Les caractéristiques optiques (I)

En achetant un instrument d'optique et afin de ne pas être déçu, après le prix et le choix du diamètre, le facteur décisif reste la qualité de l'instrument. A priori déterminer les qualités optiques et mécaniques d'un instrument est une affaire de spécialistes. Et de fait il faut souvent des connaissances assez pointues en la matière pour pouvoir tenir une conversation avec un expert. Mais j'espère qu'après avoir lu ce dossier et quelques autres vous conviendrez avec moi qu'il est possible en peu de temps de s'informer et d'apprendre quantité de choses intéressantes sur le sujet pour éviter de tomber dans les pièges de la publicité.

La puissance lumineuse

Donnée à titre indicatif, il s’agit de la capacité théorique du télescope à collecter de la lumière. Cette valeur est comparée à celle de notre oeil prise pour unité. Cette valeur est directement proportionnelle au carré de l'ouverture du télescope. Ainsi si vous disposez d’une pupille de 7 mm (étant enfant) un télescope de 200 mm d’ouverture présente une puissance lumineuse 816 fois supérieure à celle de votre oeil. (200/7)2.

On en vient donc à ce premier constat sans appel : en astronomie le diamètre du télescope prime sur tout autre facteur. C'est du moins l'idée de base. En effet, à budget constant vous avez tout intérêt à choisir l’instrument offrant le plus grand diamètre possible. La seul problème que vous rencontrerez est d'ordre financier car cette relation toute simple n'a pas échappée à l'attention des commerciaux. Dans la plupart des cas en doublant le diamètre de l'objectif, vous doublez ou triplez également le montant de votre facture. Car un télescope de la même série mais deux fois plus grand est aussi beaucoup plus lourd; il nécessite un travail d'optique plus conséquent et une mécanique adaptée. Il y a donc un compromis à trouver entre tous ces facteurs, c'est le rapport qualité/prix sur lequel nous reviendrons dans d'autres pages de ce dossier.

Mais nous devons nuancer l'idée que le diamètre est essentiel car selon l'usage de l'instrument d'autres facteurs influencent le choix d'un télescope, venant tempérer votre ardeur à vouloir un grand diamètre...

Si les professionnels se réservent les miroirs les plus grands, certains amateurs n'hésitent pas à construire des télescopes aux dimensions peu communes, de 600 mm à 1.5 m de diamètre ! Une échelle les conduit au ciel ! A gauche, le Ritchey-Chrétien avec foyer de Newton de 600 mm de Michel Peyro construit par Dany Cardoen; au centre le dobsonien de 1 mètre de Steve Swayze et à droite celui construit par Jim Burr, président de JMI, Inc.

Le diamètre du télescope

L’ouverture d’un télescope, c'est-à-dire son diamètre, à différencier de l'ouverture relative ou rapport focal, est donc le facteur le plus important à considérer lors de l'achat d'un instrument d'astronomie, qu'il s'agisse d'une lunette ou d'un télescope à miroir.

Le but d’un instrument astronomique est de capter le plus possible de lumière. C’est l’objectif qui assure cette fonction. Plus son diamètre est important plus la surface collectrice captera de lumière et sera en mesure de résoudre les fins détails.

En corollaire et indépendamment du rapport focal, plus l’ouverture est grande plus l’image sera lumineuse, claire, et de meilleure qualité. Ainsi plus l'ouverture du télescope sera grande, plus facilement vous pourrez tenter de résoudre des objets difficiles comme les étoiles individuelles dans les amas globulaires, les étoiles doubles serrées, les détails sur la surface de la Lune, dans les atmosphères planétaires ou les objets du ciel profond. En passant par exemple d’un télescope de 100 mm à un 200 mm d’ouverture, le fait de doubler le diamètre permet de recueillir 4 fois plus de lumière. En passant d'un C8 de 200 mm à un C14 de 356 mm, vous allez recueillir 3x plus de lumière, réduisant d'autant le temps d'exposition. Dans ces conditions et si la météo le permet (nuit sans Lune, peu de pollution lumineuse, atmosphère peu turbulente et stable), vous pouvez utiliser les oculaires les plus puissants pour discerner des objets à la limite de résolution de votre instrument.

A l'exception des étoiles qui restent ponctuelles dans les télescopes amateurs (et la plupart des grands télescopes), à mesure que l'ouverture de l'instrument augmente, pour un même rapport focal l'aspect des astres devient de plus en plus grand, brillant et détaillé, et dans le cas des planètes l'image prend des couleurs. Observez l'image réduite à environ 1 m pour avoir une idée de son aspect au télescope.

Le diamètre conditionne la quantité de lumière que peut capter un télescope. Un instrument de 200 mm d'ouverture recueille 4 fois plus de lumière qu'un 100 mm et un 300 mm en recueille 3 fois plus qu'un 200 mm. Comme on le voit sur ces images de M13, plus le diamètre du télescope est grand, plus les images sont lumineuses. Dans de grands télescopes (~350 mm), on peut même observer de faibles couleurs dans les nébuleuses brillantes.

Champ d'un oculaire de très courte focale d'un télescope de 200 mm (gauche) comparé à celui d'un 356 mm (droite) utilisé au même rapport focal. Si l'image de droite est deux fois plus petite que celle de gauche, elle est 3 fois plus lumineuse et plus détaillée, offrant un meilleur contraste, ce qui permettra à l'observateur de pousser le grossissement, donnant littéralement l'impression de survoler la Lune !

La longueur focale

La longueur focale (exprimée en mm) représente la distance entre l’objectif et le foyer de l’instrument. Si elle est inconnue il suffit de multiplier le diamètre de l’objectif par le rapport focal. Ainsi un télescope de 200 mm f/10 présente une longueur focale de 2000 mm.

Plus la longueur focale d’un télescope est longue, plus il permet des grossissements élevés, plus l'image sera grande mais au détriment d'une diminution du champ visuel et d'un certain assombrissement. Ainsi un télescope de 2000 mm de distance focale présente un champ visuel deux fois plus petit que celui d’un télescope de 1000 mm de focale mais sa plus longue focale permettra d'exploiter des grossissements plus élevés.

Les longues focales sont principalement utilisées pour étudier les surfaces planétaires (entendons par là le Soleil, la Lune et les planètes) car ces objets brillent tellement qu'ils n'entraînent qu'une légère perte de contraste aux rapports focaux élevés.

En revanche, pour les objets du ciel profond il est conseillé d'utiliser des optiques très lumineuses, offrant un petit rapport focal, inférieur à f/10 ou des modèles acceptant un réducteur focal afin "d'ouvrir" le télescope et rendre les images plus lumineuses.

Un rapport focal f/13 ou f/5 ?, telle est la question que plus d'un client se sont sans doute posée en achetant un télescope. De manière générale en astronomie l'avantage revient aux optiques offrant un petit rapport focal. Pour moins de 900 € vous pouvez par exemple choisir entre d'une part un Meade ETX de 90 mm f/13 (gauche) ou une lunette achromatique Celestron NexStar de 80 mm f/5 GT (droite). Une longue focale est intéressante pour observer les planètes, le Soleil ou la Lune en haute résolution et donc à fort grossissement (1.5x à 2x le diamètre de l'optique exprimée en mm). Mais ce type d'instrument est inadapté pour observer de vaste champs stellaires, les nébuleuses brillantes, des galaxies pâles ou des comètes alors qu'il est facile de placer une lentille de Barlow pour doubler la longueur focale d'une lunette dite "rapide".

Le rapport focal

Le rapport focal ou ouverture relative d’un télescope est le rapport entre la longueur focale de l’instrument et son diamètre (f/D). Ainsi un télescope de 2000 mm de focale et de 200 mm de diamètre présente un rapport focal f/D = 10 ou f/10.

Lors de la photographie des objets étendus comme la Lune ou les nébuleuses, ce rapport focal peut être assimilé à la brillance (l’éclat) de l’image.

Ainsi que nous l’avons expliqué, pour les sources ponctuelles (étoiles) l'éclat varie en fonction du diamètre du télescope ; plus l’ouverture est grande, plus l’image est lumineuse car l'objectif capte beaucoup plus de lumière.

Mais pour les objets étendus l'éclat apparent varie en fonction du diamètre mais également en fonction du grossissement utilisé indépendamment du rapport focal utilisé. Plus le rapport focal est petit, plus l’objet étendu est lumineux. Mais souvent aux rapports focaux les plus petits (sous ~f/7) les aberrations optiques sont plus prononcées car elles sont plus difficiles à corriger, rendant l'optique beaucoup plus cher. Les opticiens et les commerciaux doivent donc trouver un compromis entre qualité et prix.

Les principaux avantages que procurent les rapports focaux très courts sont la grande couverture du champ et le gain en durée d'exposition vu l'exceptionnelle luminosité de ces optiques. Comparons par exemple ces deux images de la nébuleuse NGC7000 du Cygne qu'une génération sépare. A gauche, un composite RGB réalisé par Hans Vehrenberg avec un C14 de 350 mm f/6.3. Les images monochromes furent exposées entre 45 et 60 minutes chacune sur film 103a. Cette image fut utilisée pour illustrer la couverture de son livre "Atlas of Deep-Sky Splendors" (Sky Publishing, 4e Ed. 1978). A droite, une exposition unique de 5 minutes non guidée sur film Kodak PJM-2 hypersensibilisé réalisée par Mike Treacy avec une chambre de Schmidt de 200 mm f/1.5. Cette optique est au moins 40 fois plus rapide que le C14 ! Cette image est une véritable performance car même de nos jours avec des moyens CCD sophistiqués et des lunettes de 100 mm f/6 ou des astrographes de 300 mm f/3, même des amateurs expérimentés sont habitués à passer plus d'une heure derrière leur instrument (par canal ou pour une photo couleur) pour obtenir le même résultat ! (voir par exemple les images prises par Robert Gendler, Adam Block avec Tim Puckett ou Richard Beauregard).

Une manière d'obtenir un petit rapport focal dans un instrument catadioptrique dont le rapport focal oscille entre f/10- f/13, est d'utiliser un réducteur-correcteur focal que l'on insère juste avant l'oculaire. Cet accessoire optique permet de réduire le rapport d'ouverture de 37 à 50 % (d'ordinaire entre f/6.3 - f/5).

Une autre solution consiste à déplacer le foyer de l'instrument au niveau du miroir secondaire, au foyer de Newton; le rapport focal peut être divisé par 3 ou par 5. Celestron par exemple proposait jusqu'en 2005 un modèle Fastar de 200 mm d'ouverture dont le rapport focal f/10 passait ainsi à f/1.95. Seul inconvénient, ce télescope était réservé à l'astrophotographie et ne permettait pas l'observation visuelle. Aujourd'hui son équivalent est l'Hyperstar proposé par Starizona.

Enfin, une solution très onéreuse consiste à utiliser des astrographes ou des chambres de Schmidt dont les optiques sont spécialement conçues pour photographier de grands champs stellaires. Leur rapport focal oscille en général entre f/1 et f/3. Citons pour mémoire la chambre de Schmidt Celestron-Epoch (1974) et son fameux porte-film, une solution peu pratique replacée avantageusement par des astrographes comme la chambre Rowe-Ackermann de Celestron à partir de 2014, celle de Lichtenknecker Optics, le modèle Epsilon de Takahashi ou encore les télescopes Riccardi-Honders ouverts à f/3 d'Officina Stellare.

Les télescopes dits "rapide", utilisant de petits rapports focaux, présentent un champ très étendu large de plusieurs dizaines de degrés. Ils sont également très lumineux ce qui permet de réduire drastiquement le temps d’exposition. Ainsi un télescope ouvert à f/4 demande une durée d'exposotion quatre fois inférieure qu’au rapport f/8. C'est cet avantage que les astrophotographes amateurs mettent à profit pour photographier les objets du ciel profond.

Il est donc à présent facile de comprendre que si un télescope Schmidt-Cassegrain ou Maksutov de 90 mm f/13 par exemple est tout à fait adapté pour observer les planètes et séparer les étoiles multiples, il devient difficile de l'utiliser pour observer les nébuleuses ou les petites galaxies qui sont nettement plus pâles. Dans ce cas précis, à diamètre et prix équivalents il est de loin préférable d'utiliser une petite lunette achromatique de 80 mm f/5, telle qu'en propose de nombreux constructeurs. Toutefois son petit diamètre ne lui permet pas d'observer beaucoup de galaxies pâles. Nous y reviendrons.

Deuxième partie

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