Caméra d'astronomie

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Une caméra d'astronomie est une caméra (en fait un appareil photographique) qui a été spécialement étudiée pour cet usage.

Pourquoi spécifique ?[modifier | modifier le code]

À l'exception du Soleil, de la Lune et de quelques étoiles brillantes, il est impossible d'utiliser une caméra numérique classique en raison des faibles flux lumineux. Afin de capter ces flux lumineux, il est nécessaire d'avoir un temps de pose long (temps minima admis : un quart d'heure en numérique, une heure en argentique). Or cela a deux conséquences importantes et non négligeables :

  • en argentique, au-delà d'un certain temps le film perd de sa sensibilité ;
  • en numérique, la chaleur entraine une augmentation du signal thermique qui vient perturber la prise de vue et ce d'autant plus que le temps de pose est important. Le capteur doit donc être refroidi.

De plus, il faut un capteur de grande taille et surtout plus sensible, et ce dans d'autres longueurs d'ondes que la lumière visible. Or aucun capteur à usage courant (cinéma, photographie…) n'offre cette possibilité.

Si les deux technologies sont ici évoquées, il ne faut pas oublier les avantages et inconvénients de chacune en astrophotographie. De même, si le terme de CCD est davantage utilisé lorsqu'on parle des capteurs numériques dans ce domaine, c'est parce que les capteurs CMOS sont très loin d'offrir des performances de même niveau.

Le refroidissement du capteur[modifier | modifier le code]

Il existe plusieurs façons de refroidir un capteur CCD, les techniques sont les suivantes :

Ces techniques se classent en fonction de l'usage de la caméra. La caméra d'astronomie professionnelle, ayant un capteur de grande taille et donc un besoin de dissipation de la chaleur d'autant plus important, utilise surtout la technique cryogénique. Par contre, une caméra amateur utilisera surtout la technique thermoélectrique.

Dans toutes ces techniques, il y a un point commun invariable : le capteur est relié au système de refroidissement par un élément thermoconducteur (en cuivre le plus souvent).

Le refroidissement thermoélectrique[modifier | modifier le code]

Il s'agit du dispositif le moins coûteux et le plus utilisé sur les caméras d'amateurs. Il est basé sur l'effet Peltier. On utilise un ou plusieurs modules pour transférer la chaleur le plus loin possible du capteur et vers un radiateur de type solide/air. Celui-ci peut se voir très souvent adjoindre un ventilateur pour évacuer la chaleur.

Le refroidissement liquide[modifier | modifier le code]

Ce dispositif est identique à celui du watercooling en informatique et fonctionne sur le même principe : un flux d'eau sert à évacuer la chaleur. Certaines caméras haut de gamme en sont pré-équipées et ont également un dispositif de refroidissement additionnel, le plus souvent thermoélectrique.

Le refroidissement mécanique[modifier | modifier le code]

Ce dispositif utilise de l'air comprimé et ressemble physiquement au refroidissement liquide (la pompe étant remplacée par un compresseur). Il est hélas le moins efficace de tous et n'a jamais été très utilisé. D'autres gaz (azote, fréon entre autres) furent utilisés. Mais le refroidissement mécanique n'offre ni les performances, ni les faibles coûts des autres systèmes dans les usages professionnels. Ce dispositif est celui utilisé sur les réfrigérateurs et congélateurs à usage familial et industriel.

Le refroidissement à glace sèche[modifier | modifier le code]

Celle-ci est la plus simple de toutes mais demande plus de main-d'œuvre (rechargement en glace et mise en pression). La glace sèche (dioxyde de carbone à l'état solide) est contenue dans un réservoir à l'arrière de la caméra. Pour refroidir la caméra, il faut presser la glace contre la partie du réservoir en contact avec le point chaud. Sous l'action de la chaleur la glace sèche retrouve son état gazeux. Pour compenser la perte dans le réservoir, celui-ci est muni d'un système de presse à vis afin de maintenir et compresser la glace sèche contre le point chaud.

Le refroidissement cryogénique[modifier | modifier le code]

Proche du système mécanique, il est le plus rentable de tous. Il fonctionne à l'azote liquide et cela fait qu'il est le plus utilisé sur les caméras d'astronomie professionnelles.

Le capteur[modifier | modifier le code]

Nous ne parlerons pas ici des types de capteurs mais de leurs caractéristiques.

En astronomie, les rayonnements infrarouges et ultraviolets contiennent des informations très utiles. Or aucun capteur normal ne permet leur mesure. Un autre point essentiel est la taille du capteur. Un capteur normal a une taille inférieure à 15 mégapixels alors qu'en astronomie la taille dépend de l'usage de la caméra.

On en arrive à des caméras de 100 mégapixels, voir plus (360 Mpx sur la caméra MegaPrime du CFHT). Pour les raisons suivantes :

  • de coût (un petit nombre de capteurs remplaçant un grand de même taille reviennent moins chers),
  • de maintenance (remplacement d'un capteur défectueux),
  • de réutilisation (un modèle développé pour une caméra peut être repris sur une autre).

On préfère diviser un grand capteur en un certain nombre de petits. Il suffit ensuite de les assembler. Or, il se trouve que les capteurs normaux ne permettent pas cette utilisation. Il faut que les zones recevant la lumière soient les plus proches les unes des autres[1].

Astrocam[modifier | modifier le code]

Une astrocam est une webcam ou une caméra vidéo, modifiée ou non, utilisée pour faire de l'astrophotographie numérique bon marché. Elle est surtout utilisée par les astronomes amateurs qui ne peuvent acquérir des modèles de caméra d'astronomie plus onéreux, en particulier le haut de gamme à CCD[2].

Elle s'utilise avec un télescope dont elle remplace ou complète l'oculaire. Un ordinateur ou un téléviseur auquel elle est connectée permet alors d'enregistrer ou de visualiser les images. En raison de la sensibilité peu élevée de ces appareils, leur utilisation est généralement limitée aux objets très lumineux, par exemple les planètes ou la lune. Cependant des modifications électroniques permettant d'augmenter les temps de pose rendent visibles certains objets célestes peu lumineux, par exemple des galaxies ou nébuleuses. Certains optimisent leur caméra en changeant le capteur, le remplaçant par exemple par un modèle noir et blanc plus sensible.

L'astrocam peut être reliée au système de visualisation par un lien filaire, ou être une caméra sans fil utilisant une liaison hertzienne 2,4 GHz au moyen d'un transmetteur.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Comparez la première image de l'article CCD à celle de la mosaïque de la MegaPrime[1]
  2. Historique de création du site Astrocam: http://www.astrosurf.com/erwanastro29/astroweb.html

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (fr) Astronomie CCD (1989, (ISBN 2950172113))
  • (en) Ccd Astronomy: Construction and Use of an Astronomical Ccd Camera (1991, (ISBN 0943396298))

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (en) [2] Page sur les instruments du Canada-France-Hawaii Télescope (CFHT) et notamment la MegaPrime [3] (Site officiel)