Le cratère Archimède et Saturne. Deux essais photographique (2008).











Astrophotographie

Une pratique extrêmement courante de l'astronomie amateur revient à produire des images du ciel. Elle peut se pratiquer à des degrés très divers, pour des budgets pouvant varier d'un facteur cent suivant le domaine d'observation visé et les résultats attendus.

L'exercice consiste à combiner un objectif et un capteur :

-L'objectif est l'élément optique qui va projeter le ciel sur une surface focale passant par le foyer de cet objectif. En pratique, cet objectif est un objectif d'appareil photographique, ou plus communément de télescope (réfracteur, réflecteur ou catadioptrique). La distance focale de l'objectif conditionne le grandissement de l'image : plus la focale est grande plus l'image est grande — et donc plus le champ est petit pour une même aire au niveau de la surface focale.

-Le capteur est l'élément qui transforme le signal lumineux en un signal chimique ou électrique et qui se traduira par l'impression d'une image fixe sur un support (tangible ou électronique). Il est placé de manière à coïncider avec la surface focale de l'objectif afin de garantir la mise au point – on parle alors d'imagerie au foyer. La pellicule photographique a été jusqu'à la deuxième moitié du XXe siècle le seul moyen de fixer une image ; depuis lors, les supports numériques ont envahi le marché et bien qu'il reste quelques irréductibles de l'astrophotographie argentique, l'avenir est aux capteurs optoélectroniques (CCD ou CMOS).

Dans certains cas, on peut effectuer une projection au moyen d'un oculaire ou bien un montage afocal, techniques plus complexes et moins usitées que l'imagerie au foyer.






Argentique:

L'astrophotographie argentique est rentrée depuis les années 1990 dans un cercle vicieux qui tend à accélérer sa disparition : le grand public étant séduit par les atouts du numérique, les fabricants de pellicule — souvent les mêmes que les fabricants de capteurs électroniques — ont eu tendance à axer leur production sur ce nouvel eldorado, ce qui a fait que le choix en matière de films photographique s'est rétréci comme peau de chagrin, accentuant encore le désengagement du public envers l'argentique.

Les films techniques comme le célèbre Kodak Technical Pan 2415 ont longtemps été, après hypersensibilisation, des outils de choix des astrophotographes. Comme les films couleur sensibles dans le rouge (rouge comme l'abondante raie hydrogène-alpha des nébuleuses), ces films ont aujourd'hui, hormis quelques modèles pour diapositives, totalement disparu du marché.

L'astrophotographie argentique peut toutefois donner d'agréables résultats sur les grands champs d'étoiles notamment (constellations) moyennant des poses de l'ordre de la dizaine de minutes avec un objectif standard, en parallèle avec un instrument de guidage. Plus simple encore : les filés d'étoiles (éventuellement circumpolaires) ne nécessitent pas de suivi. Ceci étant, la photographie argentique au foyer a toujours été une technique d'autant plus délicate que la focale de l'objectif est longue, et ce pour des raisons de précision du suivi équatorial.






Caméra CCD:

La voie royale pour l'imagerie du ciel profond reste la technologie CCD (charge coupled device) , qui offre une sensibilité exceptionnelle et bénéficie des avancées technologiques les plus récentes. À ses débuts très coûteuse et exigeante, cette technique a eu tendance à se répandre plus facilement grâce notamment à la baisse des tarifs et à l'apparition de l'autoguidage permettant d'automatiser le suivi de la monture supportant l'instrument. Il n'en demeure pas moins que les techniques d'acquisition et de traitement ne sont pas de la première simplicité et exigent un savoir-faire certain.

Information! Il existe des logiciels gratuits et payants pour le traitement des images planétaires ou du ciel profond. Voici les liens vers les sites respectifs:







Webcam:

Les années 1990 ont vu l'apparition des premières webcams, ces petites caméras de visioconférence informatique. Quelques amateurs géniaux ont eu l'idée de placer ces mini-caméras — préalablement défaites de la lentille sommaire faisant office d'objectif — au foyer de leur télescope.

Utilisées telles quelles, ces webcams devenues astrocams permettent d'enregistrer de petites séquences vidéo de la Lune et de planètes : les capacités de calcul des ordinateurs personnels rendent possible l'application à ces séquences d'images de techniques performantes de traitement d'images (enregistrement, composition...) qui permettront d'améliorer très nettement le rapport signal/bruit par rapport à une image brute, même sans un suivi précis de l'astre. En ce début de XXIe siècle, la webcam est à la fois l'outil le moins coûteux et l'un des plus efficaces pour produire de belles images de la Lune, de Mars, de Jupiter ou de Saturne.

Même si la taille réduite et la sensibilité limitée des pixels du capteur ne prédispose pas les webcams à une activité en ciel profond, certains amateurs ont réussi à modifier ces caméras afin de les rendre aptes à l'exposition en longue pose. Même si le résultat est assez loin de ce que l'on peut obtenir avec la technologie CCD (ne serait-ce que par le bruit thermique difficile à maîtriser), le coût peu élevé de cette solution permet au moins de goûter sans trop de risques aux plaisirs (et à la difficulté) de l'imagerie des nébuleuses, amas et galaxies.



Appareil photo numérique:

Il a fallu attendre quelques années entre l'apparition des premiers appareils photo numériques et celle des modèles de type reflex qui permettent la photographie au foyer de l'objectif utilisé. Les résultats obtenus avec les appareils dont l'objectif ne peut être désolidarisé du boîtier sont souvent médiocres, eu égard à des techniques moins naturelles d'acquisition (projection oculaire par exemple). Cependant, lorsque l'on utilise du bon matériel, de superbes clichés peuvent être fait, notamment avec certains APN compacts mis en afocal derrière un télescope. Les images obtenues par les boîtiers reflex sont en revanche bien plus encourageantes : la photographie à grand champ au foyer redevient alors possible, comme autrefois avec les appareils argentiques — les apports du numérique en plus (grand nombre de prises de vues, télécommande, etc.).

Cette technique présente l'avantage d'être moins coûteuse que la CCD et surtout plus autonome : nul besoin d'ordinateur portable sur place. En contrepartie, le bruit thermique n'est pas aussi bien contrôlé dans un appareil photo que dans une vraie caméra CCD, ce qui limite sévèrement les temps de pose.

Information! Comme pour les caméras CCD les logiciels suivants servent au traitement des photos numériques.







Débuter en astrophotographie:

Ce qui suit s'adresse a ceux qui en sont à leurs premiers pas en astrophotographie. Vous pourriez retrouver ces informations et beaucoup plus encore dans diverses revues et livres spécialisés, guides d'utilisation des logiciels de traitement mais permettez-moi de partager avec vous mon cheminement et mon apprentissage.

J'espère que ces explications sauront répondre à vos premières interrogations en astrophotographie et que tout comme moi vous aurez le goût d'aller plus loin.

Vous trouverez sur internet des groupes de discussions sur l'astrophotographie. N'hésitez pas à vous abonner à ces groupes. Ils sont une source de conseils très précieux et les gens qui en font parties n'hésitent pas à partager leurs savoir.

L'aide de ces personnes m'a été indispensable dans l'apprentissage de l'astrophotographie.

Lien vers 'Yahoo Groups'

Enfin vous pouvez vous procurer des livres sur le sujet. Je vous recommande très fortement la lecture de:

'Photographier le ciel en numérique' de Patrick Lécureuil aux éditions Vuibert.

'Astrophotographie' de Thierry Legault aux Eyrolles.

En format livre-CD: Catching The Light Astrophotography by Jerry Lodriguss.



Glossaire

  • APN: acronyme pour appareil photo numérique
  • Darks
  • DSLR: acronyme pour digital single-lens reflex cameras
  • Flats
  • Focale: Distance entre le système optique et l'endroit où se forme l'image ( Lunette, téléscope ou appareil photo)
  • Format RAW
  • Images brutes
  • Offsets
  • Sensibilité ISO




Par où commencer?

Tout d'abord il faut savoir que souvent les superbes et étonnantes photos que l'on voit dans les différents magasines d'astronomie proviennent de professionnels du domaine et ont étés prisent avec des équipements qui ont coûtés des millions de dollars comme le téléscope Hubble pour ne nommer que celui-ci!

Ceci étant dit l'astrophotographie connaît présentement son âge d'or avec l'arrivée depuis quelques années de l'appareil photographique reflex numérique (DSLR) et les astrophotographes amateurs réalisent maintenant des clichés du ciel à couper le souffle et qui rivalisent voire dépassent les photos des professionels d'il y a quelques années comme en fait foi la photo ci-jointe:

Cliquez ici: Photo de Frédéric Caron

Bien sûr on peut rêver un jour de réaliser de tels clichés mais ceci demande une bonne expérience et un équipement assez complet.

Alors par où débuter?

Tout d'abord l'équipement de base:



Un appareil photographique réflex numérique:



Cet appareil aura la qualité de pouvoir interchanger les lentilles, disposera de la fonction 'M' manuelle pour régler les paramètres d'ouverture, sensibilité, vitesse d'obturation et 'BULB' pour un temps d'exposition supérieur à 30 secondes. Enfin on doit pouvoir faire le focus manuellement car le méchanisme autofocus peut ne rien trouver dans le ciel noir pour faire son travail.



Un solide trépied:





Une télécommande pour déclencher l'appareil à distance:



Vous disposerez peut-être déjà de ce matériel, alors vous êtes prêts à commencer votre propre atlas des constellations!



Caméra sur un trépied fixe

Avec une caméra fixée sur un trépied l'astrophotographe aura vite fait de remarquer l'effet de rotation de la Terre sur les étoiles. En effet au-delà de 30 secondes les étoiles auront une forme étirée.

Il existe des moyens de contrer le phénomène. Le premier est de ne pas dépasser 30 secondes (maximum!) dépendant de la focale utilisée. Le deuxième consiste à prendre plusieurs clichés du même sujet aux mêmes conditions avec un délais le plus court possible entre chaque pose. En effet, par exemple, au lieu de prendre une pose d'une minute il suffit de prendre 6 fois 10 secondes. À l'aide d'un logiciel comme Photoshop, Paint Shop Pro, DeepSkyStacker ou IRIS les images seront additonnées pour arriver à autant de détails que la pose unique mais sans l'effet de rotation c'est à dire d'étoiles étirées.

Cette méthode sera utile lors de la photographie des constellations.

Une autre façon est de faire travailler la rotation de la Terre pour nous en réalisant une photo de filée d'étoiles. Voir ci-dessous.

Voici quelques points à surveiller:
  • La fonction AUTOFOCUS doit être débrayé
  • La fonction de réduction de bruit pour longue pose doit être désactivé *
  • La fonction de balance des blancs doit être sur lumière du jour et non en automatique
  • De préférence on utilise le format RAW et JPEG simultanément si la caméra le permet
  • Afin d'éviter le bruitage il est préférable d'utiliser une sensibilité ISO de faible à moyenne
  • Éviter la pollution lumineuse ou la Pleine Lune
* Lorsque cette fonction est activée l'appareil prend une autre photo de la même durée avec l'obturateur fermé pour enregistrer le signal thermique et le soutraire de la photo originale. Ceci résulte en un délais important entre les photos (même temps que l'exposition).

Cette fonction doit être désactivée car la solution consiste, à la fin de la séance photo, à prendre quelques clichés appelés DARK FRAME. Ces clichés auront la même durée, température. On doit mettre le couvert sur l'objectif d'où le nom de DARK. Oui on photographie du noir!

Ces clichés DARK seront soutraits de chaque photo du sujet principal lors du traitement avec un logiciel spécialisé.



Quelques suggestions de cibles nocturnes:
  • Les constellations
  • L'effet de la rotation de la terre sur les étoiles ( Filée d'étoiles)
  • Rassemblements de planètes
  • Fin croissant de Lune
  • Lumière cendrée
  • Étoiles filantes
  • Éclipses
  • Coucher de Soleil




Les constellations

Un bon temps pour photographier les constellations est au crépuscule ou à l'aube. Il n'est pas nécessaire d'avoir un ciel complètement noir. La lumière de la Lune peut créer un bel effet. Il s'agit de ne pas pointer vers celle-ci.

Ouvrez au maximum à f2/f2.8 et ISO 100 à 400 pendant 5 à 30 secondes. Essayez diverses combinaisons. À ISO 800 la récolte d'étoiles sera plus importante. Augmenter la sensibilité de 400 à 800 ISO permettra de collecter deux fois plus de lumière mais l'image sera alors plus bruitée.

Suggestion pour les constellations: 30 secondes, ISO 800 à f2.

Voici un exemple d'une photo de constellation prise avec une caméra sur trépied fixe avec une lentille de 50 mm, 30 secondes à ISO-800:





Les étoiles filantes (ex: Les Perséides)

Capter les Perséides est assez facile, mais le succès implique beaucoup de chance.

Utilisez un appareil photo reflex numérique sur un trépied avec un grand-angle rapide ouvert de f / 2 à f / 4, réglez soigneusement l'objectif manuellement afin que les étoiles sont fines.

Réglez l'appareil photo de ISO 800 à 3200, et essayez des expositions de 20 à 120 secondes (la longueur dépend de la luminosité de votre ciel est et si vous voulez ou non voir des trainées d’étoiles, des expositions plus courtes feront en sortent que les étoiles ressemblent à des points). Si vous le pouvez, réglez votre appareil photo pour qu'il prenne automatiquement exposition après exposition pendant une ou à deux heures, voire toute la nuit.

Avec la chance tel que mentionnée ci-haut, une ou plusieurs de ces nombreuses expositions permettra de saisir un météore lumineux bien cadrée dans votre photo.

Suggestion pour les étoiles filantes: 120 secondes, ISO 1600 à f2.



Filées d'étoiles

Avec de courts temps d'exposition de 30 secondes et un grand-angle on capte à peu près ce que notre oeil peut voir. Mais avec des temps d'exposition plus long on peux faire travailler la rotation de la Terre pour nous.

Ainsi il est possible de réaliser une filée d'étoiles avec un temps d'exposition de 5 minutes à plusieurs heures dépendant de la noirceur du ciel, de la température et de la caméra.

Suggestion pour une filée d'étoiles: 5 minutes à..., ISO 100 à f4 ou f8.

Exposition de 60 minutes, ISO 100, f4,5, 50 mm de focale sous un ciel relativement noir.





Rapprochement des planètes

Une bonne idée est de photographier un peu de paysage afin de donner une idée du positionnement et de la distance entre la Lune et des planètes. D'ailleurs ces rapprochements sont souvent observés à l'ouest au coucher ou à l'est au lever.



Webcam au foyer d'un téléscope

À l'aide d'une Webcam spécialement conçue à cette fin vous pouvez obtenir des photos des planètes et de la Lune. L'utilisation d'une Webcam requière un portable sur le terrain.

Le principe est de capter une série de photos sous forme de vidéo d'environ 30 à 60 secondes à environ 20 à 30 poses par seconde. Ensuite à l'aide d'un logiciel spécialisé les meilleurs clichés seront conservés et additionnés pour un résultat optimum.

L'ordinateur par le bias du logiciel fourni avec la caméra nous permettra de contrôler le gain, l'exposition etc. Cette technique s'avère relativement facile à première vue mais faire le bon focus et régler tout les paramètres correctement demande un peu de pratique et un ciel relativement stable.

Pour ma part j'utilise la caméra NexImage de Célestron. Le traitement de la séquence vidéo se fait en autre à l'aide du logiciel gratuit Registax 5. Merci aux auteurs!

Voici un exemple d'une photo de la lune prise avec une Webcam:





Caméra au foyer d'un téléscope

Il existe plusieurs façons de faire de l'astrophotographie en utilisant différents instruments lesquels vont se différencier par la technique et leurs prix.

Certains investissent plusieurs millers de dollars pour une caméra CCD par exemple, un tube optique de haute qualité ou encore pour une monture de grande précision.

Peu importe si on ne dipose pas des appareils derniers cris et sophistiquées l'important est de tirer le maximum de notre équipement et d'avoir du plaisir à s'en servir. Bien sûr un minimum est requis et on verra plus loin les limites que l'on rencontre à ne pas disposer de certains équipements.

Le sujet est vaste. Encore une fois je me contenterai principalement de passer en revue les techniques que j'applique et de faire une approche 'débutant'!



Téléscope sur une monture altazimutale

Ce genre de montage photo limite le temps d'exposition à environ 30 secondes. Avec un temps d'exposition plus long on ne tardera pas à voir des étoiles étirées d'autant plus si la focale est grande. Ce qui est le cas du téléscope montré.

Comme mentionné ci-dessus vous aurez besoin d'un caméra numérique réflex couramment appellée DSLR (digital single-lens reflex) par les amateurs d'astrophotographie. Il est quasiment indispensable que la caméra soit muni de la fonction 'BULB' qui permet de choisir la longueur d'exposition.

Appareil réflex au foyer d'un Schmidt-Cassegrain sur monture altazimutale:





Appareil réflex numérique (DSLR):





Ces deux accessoires soit un 'T-ring' et 'T-adapter' deux pouces font le lien entre la caméra et le tube optique:





Voici les adaptateurs fixés à la caméra:





Téléscope sur une monture altazimutale muni d'un support équatorial (wedge).

Il est possible de transformer la monture altazimutale en monture dite équatoriale à l'aide d'un support (wedge).

Avec ce genre de montage on pourra peut-être allonger le temps d'exposition en faisant un bon alignement Polaire. Toutefois on ne pourra pas espérer dépasser une minute d'exposition sans avoir recours à du guidage.

Support (wedge):





Schmidt-Cassegrain sur support équatorial





Téléscope sur une monture équatoriale.

Voici une monture de type équatoriale dite 'allemande'. GEM pour German Equatorial Mount. Ce type de monture est idéale pour l'astrophotographie. Elle est motorisée sur deux axes soit en déclinaison et en ascension droite.





EN CONSTRUCTION

Capture des images



À venir



Traitement des images



À venir



N'hésitez pas à me faire part de vos commentaires.




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