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Les enjeux de l’optique


Si l’on vous demande « À quoi sert un instrument astronomique ? », vous répondrez sûrement « À grossir ! » Pourtant, diriez-vous d’une voiture que sa vitesse est le critère de choix principal ? En fait, un instrument astronomique a trois fonctions indissociables :

_ grossir l’astre à observer ;
_ récolter un maximum de luminosité ;
_ augmenter la finesse des détails (résolution).

En regardant attentivement sur le tube d’un instrument astronomique, on trouve généralement une petite plaque qui comporte les indications suivantes : D pour le diamètre de l’objectif en mm, F pour la focale de l’instrument en mm et F/D qui représente la focale divisée par le diamètre.Ce sont du reste ces nombres qui servent à nommer un instrument. On parlera d’un 114/900 (diamètre de 114 mm et focale de 900 mm) ou d’une lunette 80/800 (diamètre de 80 mm et focale de 800 mm).




La plaque d’identité de l’instrument est visible sur le tube. >>>


Ces trois éléments déterminent les caractéristiques de l’ensemble optique et renseignent sur les performances théoriques de l’instrument.

Le diamètre a deux impacts majeurs :

_ Plus il est grand, plus la résolution (le plus fin détail visible) augmente. Ainsi, une lunette de 120 mm de diamètre donne des détails deux fois plus fins qu’une lunette de 60 mm.

_ Plus il est grand, plus la luminosité augmente. Une lunette de 120 mm donne quatre fois plus de lumière qu’une lunette de 60 mm. La focale, elle, correspond (pour faire simple) à la distance parcourue par la lumière dans le tube. Citée sans autres repères, elle ne renseigne pas sur la qualité de l’instrument et peut même tromper le débutant (une longue focale permet au fabricant peu scrupuleux d’annoncer des grossissements séduisants qui seront en réalité inutilisables). Mais combinée avec le diamètre, elle indique le rapport F/D, que l’on appelle aussi l’ouverture. L’ouverture aide également à juger de la qualité d’un instrument.

_ Même si le rapport F/D n’en est pas directement responsable, on constate souvent qu’un grand rapport d’ouverture (F/D = grand chiffre) correspond à un instrument de bonne résolution. Inversement, un petit rapport d’ouverture (F/D = petit chiffre) stigmatise souvent un instrument de moins bonne résolution.

_ De même, le rapport F/D renseigne sur la facilité ou la difficulté à obtenir une grande luminosité. Grand rapport d’ouverture = difficultés à obtenir beaucoup de luminosité ; petit rapport d’ouverture = facilité à obtenir une grande luminosité.


_ Plus le rapport d’ouverture est grand, plus le contraste est marqué. Et, comme le veut la logique, un manque de contraste caractérise le faible rapport d’ouverture. 

On comprend vite le dilemme : impossible d’avoir en même temps résolution, contraste et luminosité ! Si l’instrument est performant sur les deux premiers critères, il ne l’est pas sur le dernier, et inversement. Il faut donc choisir selon le critère qui vous importe.

Si par exemple on lit sur un instrument « F/D = 4» (on trouve rarement un chiffre plus petit), cela indique que la focale de l’instrument est petite comparée à son diamètre (le diamètre multiplié par 4 donne la focale). Cet instrument sera facilement lumineux mais sans doute d’une résolution médiocre et peu contrasté.

Si un autre instrument annonce « F/D = 15 » (on trouve rarement un chiffre plus grand), cela signifie que la focale de l’instrument est grande par rapport au diamètre (le diamètre multiplié par 15 donne la focale). Cet instrument sera difficilement lumineux mais sans doute d’une résolution optimale. Il sera bien contrasté.


Et le grossissement ? C’est la première chose qui préoccupe le débutant. Pourtant, s’il est parfois nécessaire d’atteindre de forts grossissements (pour voir certains détails planétaires, par exemple), c’est aussi souvent un handicap. En effet, la perte de lumière engendrée par un trop fort grossissement est importante : doubler le grossissement revient à diviser la luminosité par 4 ! C’est là que les oculaires prennent toute leur importance (voir la Partie suivante).




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