La photographie astronomique

La photographie astronomique consiste à fixer par la photographie les objets célestes observés. C'est l'un des domaines que pratiquent les astronomes amateurs. Bien menée, la photographie astronomique produit des photos très esthétiques. La photographie astronomique fait l'objet actuellement de l'irruption des nouvelles techniques digitales. La photographie astronomique, jusqu'à maintenant, était le domaine des appareils-photo et du film en rouleaux. Elle est en train de passer aux caméras CCD et aux techniques de traitement d'images

Les techniques traditionnelles de la photographie astronomique

En dehors du fait que la photographie astronomique utilise des appareils-photo et des pellicules, elle comprend, traditionnellement, des techniques variées. Les appareils-photo d'avant l'ère digitale les plus utilisés en photographie astronomique consistent en des boîtiers (du plus souvent de format 24x36 et de type réflex) et des objectifs. Le système réflex permet une vue de l'objet à photographier dans le viseur de l'appareil

• la photographie sur trépied consiste à utiliser un simple appareil-photo et son objectif pour photographier le ciel. C'est la technique qui permet ces fameuses photos de traînées d'étoiles où le long temps de pose imprime sur la pellicule le mouvement apparent de la voûte céleste. Cette technique photographique est une bonne méthode d'initiation au ciel nocturne. L'utilisation d'un télé-objectif n'est que théorique pour la photographie planétaire dans la mesure où le diamètre apparent obtenu est très petit (même avec un objectif de 300 mm sur un 24x36, la Lune n'a un diamètre que de 2,7 mm)
• la photo en parallèle consiste à fixer, à l'aide d'une fixation appropriée, un appareil-photo sur le tube d'un instrument astronomique (lunette, télescope) et d'utiliser les possibilités de la monture de celui-ci. Les possibilités dépendent des objectifs utilisés (du grand-angle au télé-objectif). La photo en parallèle permet essentiellement, par le biais d'une monture équatoriale, de compenser le mouvement de la voûte céleste et d'obtenir d'intéressantes photos du ciel nocturne (constellations, nébuleuses, Voie Lactée). La lunette ou le télescope sont utilisés comme guides. Les objets planétaires, pour les mêmes raisons que prédémment restent hors d'atteinte cependant de la photo en parallèle. Cette technique, par contre, est très utile -et utilisée- pour les éclipses (Soleil, Lune) ou les transits, etc
• la photographie "au foyer" consiste, cette fois, à faire de l'instrument (télescope, lunette) l'objectif de l'appareil-photo. La longueur focale de cet objectif est tout simplement la longueur focale de l'instrument! Cela se réalise par l'intermédiaire d'un tube qui connecte l'instrument et l'appareil-photo. Ce tube s'appelle un "adapteur T" ("T-adapter"). D'un côté, l'adapteur se fixe à l'instrument (ou au porte-oculaire) et, de l'autre côté, il est équipé au pas standard photographique de 42 mm. Des "bagues T" ("T-rings") permettent, de plus, l'adaptation aux différents systèmes de bagues des différentes marques d'appareils. La photo au foyer s'utilise principalement pour les objets du ciel profond de superficie étendue car l'image produite au foyer de tout instrument astronomique est de petites dimensions. Jupiter, par exemple, a un diamètre de 0,17 mm seulement au foyer d'un télescope de 100 mm, f/10, La Lune de 8,7 mm
• la photographie "par projection" consiste également à lier l'instrument astronomique et l'appareil-photo mais, cette fois, en incluant un oculaire. On lie l'instrument portant un oculaire à l'appareil-photo dénué d'objectif. Techniquement, l'oculaire projette l'image de l'objet observé sur le plan du film. Cela se réalise par l'emploi d'un "adaptateur T" spécial qui est appelé un "télé-extendeur" ("tele-extender"). Comme dans le cas précédent, le "télé-extendeur" s'ajuste d'un côté à l'instrument, de l'autre à l'appareil-photo (pas standard de 42 mm, bague T éventuelle). La seule différence et que, cette fois, un oculaire peut prendre place dans le tube. La longueur du tube peut être variée ce qui, avec un même oculaire, permet des grossissements différents (plus l'appareil-photo est loin de l'oculaire, plus l'image est grande). La photo par projection est la meilleure méthode pour les planètes et la Lune, le Soleil et les objets du ciel lointain de faible dimension. Les étoiles et les objets du ciel lointain requièrent de longs temps de pose, d'où qu'il faut alors guider la prise de vue. Le guidage requiert presque nécessairement une monture équatoriale (une telle monture permet que son axe principal compense le mouvement apparent du ciel nocturne). La photographie des planètes ne nécessite pas des temps de pose aussi long ni un guidage

Pour ce qui des films utilisés, la photographie astronomique traditionnelle utilise les films -la plupart du temps, les films habituels du commerce, c'est à dire à couches chimiques. Ces films réagissent aux photons qui atteignent le plan du film. Un procédé chimique (dit "développement") révèle ensuite cette réaction. Trois catégories de films sont utilisés: les films négatifs noir et blanc, les films négatifs couleur et les films diapositifs. Les deux premiers types nécessitent un processus en deux étapes pour obtenir une image (développement du négatif, projection et développement d'une image sur papier) alors que les diapositives se fondent sur l'obtention directe d'un négatif inversé qui nécessite d'être projeté sur un écran pour visualisation. Des tirages papier sont également possibles. Les films diapositifs ont souvent la préférence des astronomes amateurs car ils produisent un rendu fin des couleurs

La photographie astronomique à l'ère digitale

La photographie de l'ère digitale nécessite des appareils-photo de type digital et un ordinateur, ou une imprimante. La photo digitale va de pair avec l'ère des ordinateurs. Dans les appareils-photo, le film est remplacé par des capteurs électroniques (des "puces" de silicium) qui transforment les photons en signaux électriques. Ces signaux sont stockés dans une mémoire électronique. Le contenu de la mémoire est ensuite transféré sur un ordinateur où les photos sont traitées à l'aide de logiciels spécialisés et visualisées comme telles ou imprimées sur papier. Ou l'appareil-photo digital peut être directement branché sur une imprimante pour obtenir une photo sur papier. La sensibilité d'un appareil digital se mesure en pixels. Les "pixels" sont les points du capteur sensibles à la lumière. Ils sont l'équivalent des "grains" du film photo. Le plus le grain est fin -le plus une puce a de pixels- le plus détaillée sera la photo

L'état de la question, pour ce qui est des techniques digitales employées en photographie astronomique, est le suivant:

• les appareils digitaux employés sont de trois types: les caméras CCD, les "webcams" et les appareils-photo digitaux simples ou avancés
     . les caméras CCD sont des boîtiers électroniques de prise de vue fondés sur capteur (une "puce") -la taille en est petite par rapport, par exemple, au format 24x36. Les caméras CCD doivent être refroidies
     . les caméras CCD sont chères cependant et c'est pourquoi la communauté astronomique s'est plutôt tournée vers des solutions "bricolées". On a trouvé que les "webcams" (de petites caméras filmiques simples qui se branchent sur un ordinateur pour y enregistrer -ou y transmettre sur d'autres ordinateurs), qui fonctionnent sur la base aussi d'un capteur silicium, peuvent être adaptées à la photographie astronomique. Les fabricants ont maintenant repris la tendance et proposent des webcams spécialement conçue pour la photographie astronomique. Elles sont équipées d'un adapteur standard de 1,25 pouce. Une tendance encore plus récente est l'apparition d'"imageurs CCD" simples ou avancés, qui sont des caméras CCD simplifiées, simples à utiliser et d'un prix abordable (le "NexImage Solar System Imager" de Celestron ou le "Deep Sky Imager PRO" de Meade)
     . on trouve, enfin, sur le marché, les appareils digitaux usuels, non spécifiquement consacrés à l'utilisation astronomique mais qui peuvent y être utilisés. Ces appareils vont des petits appareils automatisés aux réflex digitaux (ces derniers sont essentiellement des réflex classiques transformés en réflex digitaux)
• toutes les techniques de l'imagerie digitale nécessitent des procédés spécifiques comme la combinaison ("stacking") de plusieurs images ainsi que les images soient traitées sur ordinateur. Les caméras CCD et les réflex digitaux (ainsi que les systèmes CCD simplifiés de chez Celestron et Meade) nécessitent des techniques qui éliminent le "bruit électronique" inhérent au fait que certains pixels du capteur sont éclairés de façon non voulue ou qui éliminent le vignettage (les pixels des bords de l'image sont plus sombres). On utilise pour cela la technique du cadre au noir ("dark frame"; une image est prise avec le capuchon de l'instrument astronomique en place) ou de l'aplatissement de champ ("field flattening"; une image est prise d'une vue uniformément éclairée)
• pour ce qui est de ce qui est possible avec l'imagerie digitale, tout dépend de l'appareil que l'on utilise:
     . les appareils digitaux usuels, ceux qui ne sont pas spécialement conçus pour la photographie astronomique, ont une plage limitée de temps d'exposition et des objectifs fixes. Cela ne permet donc pas les expositions longues sur trépied, en parallèle, non plus que la photographie au foyer ou par projection. On peut les utiliser pour des images télescopiques de la Lune et du Soleil ou pour les éclipses ou les transits (à travers un instrument ou non). Ces appareils sont très utiles aussi pour des vues générales (exemple: aurores boréales)
     . les webcams sont largement utilisées pour l'imagerie planétaire. Les amateurs se basent sur le fait que sont des caméras filmiques, c'est-à-dire qu'elles prennent un certaine nombre d'images par seconde. Il suffit ensuite de sélectionner, parmi ce flot d'images, celles qui ont la meilleure résolution. C'est là ce qui fait que les webcams permettent des résultats spectaculaires en matière planétaire: le très grand nombre d'images compense statistiquement les problèmes de turbulence atmosphérique. Le handicap des webcams est qu'elles ne permettent pas de longs temps de pose
     . les réflex digitaux (en anglais, "digital SLR cameras", DSLR) accèdent à l'essentiel de toutes les techniques de la photographie astronomique argentique. Le seul problème est leur coût. La taille du capteur, par ailleurs, peut ou non être équivalent à celui du format 24x36. Pour ce qui est des traînées d'étoiles, les réflex digitaux nécessitent des techniques d'exposition multiple et du traitement d'image
     . les caméras CCD, elles, ne peuvent fonctionner qu'en liaison avec un instrument astronomique. Elles peuvent être employées pour tous les domaines d'observation. Elles sont chères. Les systèmes CCD simplifiés décrits plus haut (Celestron et Meade), ne travaillent qu'en liaison avec un instrument astronomique. Un de leur avantage réside en leurs logiciels

On peut affirmer, pour conclure, que la communauté des astronomes amateurs a déjà largement fait ses choix en matière de capteurs digitaux et que le domaine est en pleine évolution: les webcams sont essentiellement utilisées pour l'imagerie planétaire, les appareils digitaux usuels pour la Lune, le Soleil, les éclipses et les aurores alors que les caméras CCD sont utilisées pour le ciel profond. Les réflex digitaux ne commencent qu'à apparaître ainsi que les systèmes CCD simplifiés. On doit se demander si, d'une certaine façon, l'ère digitale présente la même rigoureuse simplicité que les techniques classiques. L'imagerie digitale est née, dans les années 1960, de l'électronique et de l'exploration spatiale