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Construction de Chambres Photographiques de Schmidt |
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Construction de Chambres Photographiques de Schmidt |
| En 1930, les plus grands télescopes photographiaient le ciel profond pour decouvrir galaxies, nébuleuses, et autres objets célestes faibles. Leur très faible champ rendait pratiquement impossible la réalisation d'un atlas photographique. Bernhard Schmidt, opticien d'origine Estonienne eut l'idée géniale de corriger l'énorme aberration de sphéricité d'un miroir sphérique très ouvert en plaçant en son centre de courbure une lame de verre déformée (convergente en son centre et divergente sur le bord), réalisant ainsi une chambre photographique donnant des images très lumineuses, d'une finesse inégalée et sur un champ de plusieurs degrés. |
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| Comme
on l'a vu, le miroir principal de ce télescope photographique est
sphérique, ce qui en fait une pièce optique facile a réaliser,
mais qui a pour conséquence d'échelonner le foyer sur une
plage étendue et inacceptable pour une utilisation correcte.
Schmidt a donc calcule la forme qu'aurait une lame correctrice placée devant ce miroir pour annuler cet effet. En contrepartie, la surface focale n'était plus plane mais sphérique. Il réalisa sa première lame par une méthode originale consistant a roder la lame de verre en la plaçant sur une sorte de récipient dans lequel il fit un vide partiel. La lame ainsi déformée avait initialement une surface supérieure sphérique concave; après rodage et relâchement des contrainte, la lame prenait naturellement la forme théorique désirée. La méthode moderne généralement utilisée par les amateurs est différente: on utilise pour la mise en forme de la lame un outil auquel on a donne une forme particulière provoquant un degré d'usure différent suivant la zone concernée. |
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Le miroir
principal est toujours très ouvert avec un rapport f/d voisin de 2
ou 3, ce qui rend la mise en forme au carborundum assez longue et pénible.
En revanche, le polissage final ne diffère en rien du travail habituel,
et n'a rien a voir avec la difficulté de parabolisation d'un miroir
très ouvert.
Le contrôle de la forme se fait par la méthode de Foucault habituelle.
C'est la grosse affaire!...mais aussi la partie la plus passionnante du travail.
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Comme on le voit
sur le schéma en coupe ci-contre, (dont l'échelle verticale
a été considérablement amplifiée) l'une des
faces de la lame de verre est plane, l'autre s'écarte du plan d'une
quantité 
avec : |
| Il y a
plusieurs méthodes pour contrôler la mise en forme de la face
déformée de la lame. La première dérive de la
méthode de Foucault habituelle, la lame étant alors placée
devant un miroir sphérique et le couteau remplace par un fil. On
observe alors l'extinction des zones d'un écran de Foucault en mesurant
les divers tirages comme on le ferait pour une lame de fermeture a faces
parallèles. Une autre méthode consiste a observer les franges d'interférences en lumière monochromatiques produites par le coin d'air entre la face déformée de la lame et un plan étalon: ces franges sont la représentation directe de la valeur delta désirée. |
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Nous avons donc décidé
de profiter de la mise en forme de la face plane de la lame pour réaliser
trois étalons plans (puisqu'ils ne peuvent être réalisés
que par trois par contrôle mutuel). On peut aussi éviter
la fabrication des étalons plan en prenant plutôt comme plan
de référence la surface d’un récipient plein d’eau
ou d’huile : nous avons aussi testé cette méthode qui est
également très précise. |
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Un interfrange correspond
a une différence d'épaisseur du coin d'air de une demi longueur
d'onde (dans le sodium). Les franges sont en fait comme les lignes de
niveau d’une carte qui indiquent la forme de la lame à contrôler,
avec une définition de l’ordre de 300nm, ce qui est extrêmement
précis dans notre cas. |
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Outre la methode interférentielle déjà décrite, le contrôle peut être effectué par la méthode de Foucault. |
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Ci-contre, deux figures observées lors d'un contrôle: l'une avec un test de Ronchi, l'autre avec un test de Foucault avec fil. |
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Ce support (appelé
"pierre") doit être de forme sphérique, de rayon égal a
la focale; il est taille dans un flanc d'aluminium, dégrossit au tour
et mis en forme définitive avec des abrasifs et un outil de verre ou
de métal, tout comme un miroir classique. Le contrôle se fait au
sphéromètre.
Il doit être amovible, repositionnable facilement et précisément
a l'aide de butées aimantées; il est muni d'une bague presse film
ajustée a frottement doux, afin de plaquer le film contre la forme sphérique.
Ce film est une rondelle découpée dans un plan-film au diamètre
convenable grâce a un outil rotatif muni d'une lame tranchante.
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Sur la photo ci-contre,
on voit a droite le dispositif de contrôle interférentiel
des plans, et a gauche, la structure métallique du Schmidt 190/255/564.
La distance miroir sphérique - plan du film doit être maintenue rigoureusement constante malgré les variations de température. Une première solution est d'utiliser des barres en Invar, alliage métallique au coefficient de dilatation très faible. Ce matériaux est cependant très cher. Nous avons opté pour une combinaison acier aluminium, en combinant coefficient de dilatation de ces matériaux et longueur des barres pour arriver au même résultat, suivant une méthode utilisée depuis longtemps pour la fabrication des balanciers d'horloges astronomiques de précision. Nous avons en fait utilisé le fait que le coefficient de dilatation k de l’acier est pratiquement égal à la moitié de celui de l’aluminium. Donc comme le montre la figure ci-dessous si l’on combine les dilatations d’une barre d’acier et d’une barre d’alu deux fois plus petite, les allongements sont identiques et de sens opposés. Donc globalement, l’extrémité de la barre alu supportant la pierre reste à la même distance du miroir quelle que soit la température. Dans la pratique, ce dispositif s’est avéré tout à fait efficace puisque nous n’avons jamais constaté de défocalisation selon la température ambiante. La pierre est en outre maintenue par des aimants sur un support permettant un réglage avant-arriere et un réglage de son assiette par trois vis a 120°. Le tout a été place dans un tube en carton bakelisé, muni d'une trappe afin d'accéder facilement a la pierre. |
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La mise au point et le
réglage de l'assiette sont d'abord dégrossis sur un objet place
a l'infini (arbre, montagne, lune), puis ensuite photographiquement. L'alignement
du miroir sphérique peut être réalisé avec un laser
suivant la procédure classique souvent mentionnée par divers auteurs
(v. bibliographie).
Lors de la prise de vue, le plus surprenant est la rapidité de la chambre:
on ne peut guère dépasser 6 à 7 min sans filtre en région
péri-urbaine; l'emploi d'un filtre rouge et d'une émulsion noir
et blanc hypersensibilisée est donc tout a fait indiquée et permet
la photographie rapide d’objets étendus et faibles
Ce qui est étonnant est aussi la remarquable finesse des étoiles
sur le négatif: rien a voir avec les images photos issues d'un Newton.
Outre le chercheur de cometes realise il y a 20 ans, et qui n'est plus en service, nous avons realisé deux chambres de Schmidt:
lame correctrice (en verre ordinaire) ; diametre 105 mm miroir spherique de diametre 210mm focale de 295mm champ d'environ 7°, sur un film rond de diametre 40mm le Schmidt 190/255/564:
Sur la photo ci-contre, on voit le tube du petit Schmidt, sa partie mecanique avec miroir et lame, et le petit telescope de Newton qui lui sert de guide. |
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