NOTER SES OBSERVATIONS
EN ASTROPHOTOGRAPHIE

Texte original par Pierre Paquette
Conférence donnée au Club Astronomie des Moulins
par Pierre Paquette le 7 avril 2003
Bonsoir !

Après ma conférence de vendredi dernier (4 avril), j'ose espérer que vous n'êtes pas écœurés de me voir la face… De toute façon, c'est ma dernière conférence d'ici la fin de la saison du Club Astronomie des Moulins…

Mes autres conférences couvraient divers aspects des activités de l'observateur : on a vu comment s'orienter, quels instruments utiliser, et quels objets observer. Ce soir, je vous suggère de garder un souvenir de vos observations, soit en les notant, soit en dessinant ou photographiant ce que vous observez.

a) Carnet d'observations

Plusieurs astronomes amateurs, autant des débutants que des vétérans, conservent un carnet d'observations, une sorte de « journal intime » qui ne contient pas les détails de leur vie, mais les détails de ce qu'ils ont observé.

Qu'inscrit-on dans un tel carnet ? Certains détails varient selon la personne qui remplit le document, avec des points facultatifs, mais il y en a d'autres auxquels on ne peut échapper : ainsi, on doit dans tous les cas inscrire la date, l'heure de début et de fin (en précisant si c'est en Temps Universel, en HNE/HAE, ou autrement), le lieu et les conditions d'observation, les instruments utilisés et accessoires additionnels (comme oculaires ou filtres) et le grossissement résultant.

L'idée est de suivre la méthode scientifique, réellement : pour qu'une observation scientifique soit valide, et pas seulement en astronomie, il faut connaître les conditions de l'observation, pour éventuellement répéter l'expérience. Évidemment, en astronomie, on ne parle pas vraiment d'expérience comme tel, mais si on veut revoir, par exemple, la nébuleuse d'Orion grande comme la main avec une teinte bleue, eh! bien, il faut utiliser un grossissement assez élevé et un filtre bleu, comme on pourra le lire dans un rapport d'observation que l'on aura écrit dans le passé.

Pour une meilleure efficacité, on peut regrouper tous les rapports d'observation dans un cahier ou un groupe de cahiers. La méthode de classement reste à votre discrétion, mais on utilise habituellement un ordre chronologique. On peut aussi regrouper ses observations par type d'objet, par exemple. Mais dans ce cas-là, il faut apporter chaque cahier quand on va observer, ou utiliser des feuilles mobiles, alors ce n'est pas trop pratique.

b) Dessin astronomique

La plupart du temps, une feuille de rapport d'observation inclut un espace de forme circulaire pour un dessin. Là, pas besoin d'être un artiste hors pair pour faire un dessin qui a de l'allure : ce qu'on recherche est une valeur scientifique, pas une valeur artistique.

On procède encore là avec méthode, en plusieurs étapes, toujours avec un crayon à mine et en faisant une sorte de « négatif » du champ observé (on pourra par la suite numériser [scanner] ou photocopier l'image pour en faire un positif). La première consiste à observer visuellement pendant un certain temps, sans rien faire d'autre que d'étudier ce que l'on voit pour se familiariser avec le champ observé. Dix minutes ne sont pas trop dans le cas d'un objet qui a beaucoup de détails. Cette période vous permettra aussi d'apprendre à observer, puisque bien des gens jettent un court coup d'œil à l'oculaire et disent ensuite avoir observé l'objet pointé : ce n'est pas ça, « observer » ! Taper doucement le télescope pour faire vibrer l'image peut faire ressortir des détails difficiles, puisque la rétine de l'œil dans l'obscurité voit mieux ce qui bouge que ce qui est immobile.

Ensuite, on place les étoiles les plus brillantes et quelques unes du bord du champ pour le délimiter, l'orienter et éventuellement le recentrer. Les autres étoiles suivent ensuite. Pour indiquer les différences de magnitude des étoiles, on peut utiliser des points de plus en plus gros au fur et à mesure que l'étoile devient plus brillante, ou encore, par exemple, toujours tracer un petit point, mais le faire gris pâle si l'étoile est faible, et gris foncé ou noir si l'étoile est brillante.

Avec un crayon HB pour un objet brillant ou un 2H si l'objet est faible, on dessine la forme générale de l'objet. On garde en mémoire qu'on ne dessine jamais la Lune entière, mais seulement quelques cratères ; pour les planètes et les objets de ciel profond, on dessine tout.

Pour rendre les contours flous dans le cas d'un objet de ciel profond ou pour faire des ombres bien dégradées, on peut frotter le dessin doucement, avec un chiffon ou un doigt propre. Pour les zones plus claires, on peut utiliser une efface blanche (très important), aiguisée en biseau.

La dernière étape consiste à indiquer où se trouvent les points cardinaux et à indiquer la taille angulaire du champ dessiné.

Encore une fois, ce qu'on recherche est une qualité scientifique, et même si le dessin n'est pas beau, il doit être précis. Si vous n'êtes pas capable de dessiner un certain détail, rien ne vous empêche de le décrire avec des mots en marge du dessin, en pointant la zone concernée avec une flèche.

c) Astrophotographie

Le dessin a comme avantage qu'il indique exactement ce que l'observateur voit, tandis qu'aucune technique de capture d'image ne fera ce travail parfaitement. C'est dommage, mais c'est ça. Et ça donne lieu à des phénomènes bizarres : ainsi, nous sommes habitués de voir les nébuleuses d'émission plutôt rouges, parce que les photos les montrent rouges, mais à l'œil, on les voit plutôt vertes. Alors quand Fuji a sorti un film qui donnait des couleurs plus vraies, plus fidèles à ce que l'œil voit, la plupart des astronomes amateurs ont chialé parce que leurs nébuleuses avec ce film étaient vertes et non rouges comme avec les autres films.

Le choix du film sera donc crucial pour qui veut faire de l'astrophotographie. Le choix est beaucoup plus simple du côté de l'appareil et des adaptateurs, puisque seul une caméra reflex est nécessaire pour prendre des photos à travers un télescope, et dans ce cas comme dans le cas d'une photo sur trépied fixe, on utilisera un appareil qui permet à l'utilisateur de choisir le temps de pose, ce qui se fait habituellement avec un bouton « B » ou « T ».

Pour ce qui est d'adapter éventuellement l'appareil au télescope, on a le choix entre un adaptateur pour utilisation au foyer primaire ou encore un autre qui permet d'utiliser un oculaire. Habituellement, ce dernier a une partie détachable pour utilisation au foyer primaire : on a donc un « 2 pour 1 » avec lui !

ATTENTION : Dans certains cas, l'adaptateur pour foyer primaire devra être fait spécialement pour l'instrument, puisque le film ne pourra pas être placé au foyer.

Pour ce qui est du temps d'exposition, ça dépendra de la technique et du film utilisés, du diamètre et du rapport focal de l'instrument, mais aussi – et surtout – de l'objet. C'est certain qu'une photo de la Lune va être plus courte qu'une photo d'une nébuleuse très faible…

Mais allons-y par étapes, et photographions ce qu'il y a de plus facile à observer avant tout, puis on va augmenter le niveau de difficulté peu à peu.

Première étape, donc : les étoiles. Équipement : un appareil photo (une caméra, comme on dit dans le langage courant) muni du bouton « B » ou « T », un film, un déclencheur souple et un trépied. Si on peut choisir l'objectif, on utilisera autant que possible un 50 mm ou plus court. L'idée sera de cadrer au moins une constellation, et ça rajoute un cachet artistique, mais pas scientifique, d'inclure une partie du paysage, comme des arbres ou une montagne. Si la Lune ou une planète brillante est présente, ça peut aussi être intéressant.

Le temps de pose dépendra de si vous voulez que les étoiles soient des points ou des traces causées par leur déplacement apparent dans le ciel. Dans ce dernier cas, une dizaine de minutes est un minimum pour montrer des traces intéressantes, mais quelques dizaines de secondes suffiront habituellement à produire des traces au lieu d'un point. Ça dépend en fait de la distance focale de la caméra : le temps en secondes sera de 500/Fmm, et au gros maximum de 700/Fmm.

Si on veut prendre une bonne image de la Lune, on devra utiliser un téléobjectif, c'est-à-dire un objectif de distance focale de 200 mm ou plus, parce que son image sera relativement petite sur le film : Fmm/110 millimètres. En agrandissant au format 3 x 5", on a à peu près Fmm/35, et Fmm/26 pour un tirage de 4 x 6".

La Lune étant un objet brillant, on n'a pas besoin d'exposer beaucoup, et ça ne dépendra pas du diamètre mais bien du rapport focal de l'objectif, que l'on peut remplacer par une lunette ou un télescope, auquel on attache la caméra avec un adaptateur pour photo au foyer primaire.

La formule pour calculer le temps d'exposition est relativement simple
t= f 2 / sB
t :est le temps en secondes,
f :est le rapport focal,
s :est la sensibilité (ou vitesse) du film,
B :

est un facteur dépendant de la phase : de 7 à 10 pour un croissant très fin, aux alentours de 20 pour un croissant normal, environ 40 pour une demi-lune, 80 à 120 pour une lune gibbeuse (entre la demi-lune et la pleine), et 200 à 220 pour la pleine Lune.

Il est possible – et même recommandé – d'utiliser des valeurs de B tournant autour de celles données : on prend habituellement des photos avec des temps de pose variant autour de la valeur calculée.

Pour les petits détails lunaires, les étoiles doubles ou les planètes, par exemple, on aura besoin d'utiliser une technique dite de projection à l'oculaire, puisque la taille d'un détail ou d'une planète sur le film sera de :

a : est la taille apparente du détail ou de la planète, en secondes d'arc
F :est la distance focale en millimètres.

Ça donne au mieux 0,32 mm pour un objectif de 1 000 mm de distance focale, donc presque rien ! En insérant un oculaire entre la lunette ou le télescope et la caméra (utilisée sans objectif), on agrandit fortement l'image fournie par l'instrument, que l'on aurait au foyer primaire.

Quelques formules sont alors requises pour calculer la taille de l'image que l'on obtient alors. On définit d'abord un facteur d'agrandissement, une distance focale résultante ou effective, et un rapport focal effectif.

A
=
(S – F2) / F2
Ftotal
=
F1 x A
feff
=
Ftotal / D
A :est est le facteur d'agrandissement,
S : est la distance entre le plan focal de l'oculaire (bord supérieur du tube métallique, environ) et le plan du film, en millimètres,
F2 :est la distance focale de l'oculaire, en millimètres,
Ftotal :est la distance focale résultante de l'instrument,
F1 :est la distance focale de l'instrument proprement dit,
feff :est le rapport focal effectif de l'ensemble,
D :est le diamètre de l'objectif de l'instrument.

Si on remplace F pour Ftotal dans la formule g = a x F / 206 280, on a la taille de l'image sur le film obtenue avec l'ensemble.

Note : Il existe une autre méthode utilisant un oculaire, auquel on ajoute l'objectif de la caméra, mais je n'en parlerai pas aujourd'hui.

Les temps d'exposition dépendront cette fois du rapport focal effectif, feff, et seront calculés en utilisant les valeurs suivantes de B dans la formule t = f2 / sB :

Soleil 8,58 x 107 (85,8 avec un filtre ND=6)
Pendant une éclipse totale de Soleil :
Protubérances 160 Couronne 80 à 0,08

La Lune :
Dans l'ombre, pendant une éclipse totale de Lune 0,05 à 0,001
Lumière cendrée 0,02 à 0,005

Planètes :
Mercure 750 à 75 Vénus 2 200 à 1 050
(varie réellement de 2 000 à 29) Mars 138 à 66
Jupiter 42 à 35 Saturne 9,6 à 8,3
Uranus 2,6 Neptune 0,88

Autres objets étendus :
« Noyau » cométaire 1,0 à 0,01 (beaucoup plus si la comète est très brillante)
Coma interne 0,01 à 0,001 Queue de poussière <0,001
Coma externe <0,001 Queue de gaz <0,0003
Aurora 0,005 à 0,0005 Nébuleuse planétaire <0,009
Nébuleuse diffuse <0,0008 Amas globulaire <0,00032
Galaxies <0,00013 Ciel de campagne <0,000008

De longs temps de pose sont donc requis pour la plupart des objets, ce qui implique l'emploi d'une monture équatoriale pour soutenir l'appareil. Il est à noter que plusieurs objets de ciel profond sont assez grands pour être photographiés au foyer primaire ; c'est même la technique la plus utilisée dans ce cas. On utilise alors un second instrument, en parallèle à l'ensemble photographique, pour guider la pose, afin de s'assurer que l'objet pointé demeure toujours au même endroit dans le champ tout au long de l'exposition.

d) Dispositifs à transfert de charge et techniques avancées

Les années 1990 ont marqué un tournant dans l'astronomie d'amateur dans la mesure où l'on a alors assisté à une baisse impressionnante des prix des dispositifs à transfert de charge, les DTC ou CCD selon leur acronyme anglais. Il s'agit d'un appareil permettant de capter la lumière, tout comme le fait un film, mais qui convertit la lumière en impulsions électriques, que l'on peut alors stocker dans un ordinateur, sur disquette ou CD, et afficher sur un écran ou imprimer sur du papier grâce à des logiciels appropriés.

L'utilisation d'un DTC demande cependant certaines pratiques inhabituelles pour l'astrophotographe. Ainsi, on doit calibrer chaque image astronomique avec une image noire et une image claire de même durée, question d'éliminer les points d'image (pixels) qui ne fonctionnent pas convenablement. C'est une méthode de réduction du « bruit » électronique, à laquelle on ne peut échapper si on veut des résultats de qualité.

Autre problème, le faible champ de vision des DTC, qui ne mesurent que quelques millimètres habituellement, au lieu de quelques dizaines de millimètres dans le cas d'un film conventionnel.

Ces inconvénients relatifs sont tout à fait contrebalancés par la sensibilité extrême des DTC, soit environ 10 000 à 50 000 ISO ! On peut donc prendre beaucoup plus d'images dans un temps donné, même en incluant les images de calibration et les images supplémentaires pour couvrir tout l'objet quand celui-ci est étendu.

Une fois l'image finale en banque, on peut la modifier pour faire ressortir l'information, grâce à des logiciels comme Photoshop ou Corel Photo-Paint, que je préfère personnellement. On peut aussi modifier les images prises sur film classique, en les numérisant. On devra alors numériser le négatif ou la diapo original, et non une copie papier, puisque celle-ci n'est qu'une photo du négatif ou de la diapo… qui peut être développée différemment selon les laboratoires !

Il faut garder en mémoire que ce que l'on cherche à faire avec l'ordinateur n'est pas de modifier l'image, mais bien d'aller chercher les informations qu'elle cache. Ainsi, ce ne seront que des corrections que l'on apportera, et non des changements. On peut donc « jouer » sur le contraste, la brillance, ou encore la balance des couleurs, mais on n'effacera jamais d'étoiles et on n'en rajoutera jamais d'autres, par exemple !

Un autre moyen d'obtenir des photos numériques est d'utiliser une caméra digitale, que l'on trouve sur le marché depuis quelques années à des prix toujours plus bas. La Nikon CoolPix est un bon choix pour débuter. De plus en plus, on trouve aussi des personnes faisant de l'astrophotographie avec des WebCams ! Le problème tant des caméras digitales que des webcams est qu'elles ne disposent pas de circuits de refroidissement, et qu'elles sont donc très sujettes au bruit électronique.

Enfin, pour ceux qui préfèrent la photographie conventionnelle, il est possible de se procurer un kit de développement noir et blanc pour environ 100 $ à peine. Vu que l'on obtiendra toujours plusieurs poses ratées, autant en conventionnel qu'en DTC ou en digital, on n'imprimera que les clichés réussis. Dans le cas du conventionnel, cela signifie une nette diminution des frais de développement !

Les possibilités de l'astrophotographe sont très vastes, et il me serait difficile de toutes les couvrir, même sommairement, ce soir, par manque de temps, et peu de livres sont assez complets sur le sujet car leur nombre de pages est souvent gardé à un niveau minimum par les éditeurs, à cause du prix du papier.

Tout ce que je peux alors vous suggérer est d'y aller de vos propres tentatives, et voici quelques liens pour ceux qui voudraient entreprendre de l'astrophotographie digitale ou corriger leur propres images à l'ordinateur :

Groupe de discussion [digital_astro] :
http://yahoogroups.com/group/digital_astro

Digital Camera Astronomical Imaging FAQ :
http://users.erols.com/szykman/Astro/AstroDigiCamFAQ.html

Mediachance offre de nombreux gratuiciels :
http://www.mediachance.com/digicam/blackframe.htm

AstroStack, gratuiciel conçu spécialement pour l'astronomie, mais légèrement limité :
http://www.astrostack.com/

Cadet, autre gratuiciel conçu spécialement pour l'astronomie, plus complet :
http://www.terra.es/personal2/oscarcj/introeng.htm

Iris, de la même trempe :
http://www.astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm

GIMP est gratuit et a de nombreuses fonctions de traitement d'image :
http://www.gimp.org/

Merci, et bonne soirée !

Pierre Paquette
7 avril 2003