Le choix de la bonne période

Tout comme pour l'imagerie planétaire, chaque objet du ciel profond a une période de prédilection pour être observé et photographié. Selon sa position "immuable" sur la voûte céleste, on ne pourra l'observer que lorsqu'il est en opposition au Soleil par rapport à la Terre. Une fois par an donc, mais sur une période très tolérante de plusieurs semaines avant et après cette opposition.
Mieux on choisit cette période, plus longue sera la période de la nuit permettant de le photographier. Il existe de nombreux sites d'éphémérides permettant de bien choisir ses cibles pour une période de l'année donnée.
Selon la latitude, certains objets de l'hémisphère nord sont difficiles à photographier car bas sur l'horizon. Il faut alors changer de lieu, voire d'hémisphère ... A l'inverse, plus l'objet est proche du pôle céleste, plus il sera visible tout au long de l'année.

Avant de commencer ...

Avant d'aborder la suite, il faut rappeler quelques ordres de grandeurs qui expliquent toutes les difficultés de ce "sport". L'astrophotographie reste de la photographie. La principale différence est qu'il s'agit de sujets très peu lumineux. Mis à part le Soleil, la Lune voire les plus proches planètes de notre système solaire, le reste est d'une luminosité incomparablement plus faible. Les écarts sont si importants qu'une échelle logarithmique, dont les prémisses remontent à l'Antiquité, est nécessaire pour manipuler facilement ces grandeurs...

Un oeil "normal" distingue dans un site bien noir près de 3000 étoiles par hémisphère, en étant bien exercé... Rien d'autre. En consacrant sa vie nocturne à ça, on arriverait sans mal à classer en 6 groupes ces étoiles en fonction de leur intensité lumineuse apparente. Il est remarquable que sans instrument, les astronomes de l'Antiquité, avec ces six groupes, aient posé les bases des 6 premiers échelon de l'actuelle échelle logarithmique utilisée par les astronomes. Cette intensité lumineuse, appelée magnitude apparente, se mesure sur cette échelle moderne, et chaque échelon correspond à une variation d'intensité perçue de 2,5x (plus petite ou plus grande).

L'origine, de cette échelle a été fixée à zéro, et correspond à l'éclat de Véga, ou d'Arcturus. Une étoile de magnitude 1, sera perçue 2,5 fois moins lumineuse que Véga. La magnitude 2 correspond à 2,5² fois moins lumineuse et ainsi de suite. La magnitude 5 correspond, par définition mathématique, à exactement perçue 100 fois moins lumineuse et la magnitude 6 à 250 fois moins. La magnitude 6 est celle autour et au-delà de laquelle l'oeil humain ne distingue plus rien. Ce qui représente donc près de 3000 étoiles dans notre hémisphère.

L'optique apporte alors une amplification énorme puisqu'un simple télescope de 250mm d'ouverture permet, en visuel, d'atteindre la magnitude de 15. Les capteurs et l'astrophotographie permettent ensuite d'atteindre la magnitude 20, 21 ...22 dans certains cas. Et plus avec des ouvertures plus grandes encore.

Enregistrer dans une image une étoile de magnitude 21 avec un télescope de 250 mm d'ouverture et un capteur de caméra fait de petits photosites de 3 microns de côté est presque devenu banal aujourd'hui. Mais combien de photons arrivent par seconde sur un photosite composant l'image de l'étoile de magnitude 21 ? Le calcul théorique donne une valeur approximative de ... moins d'un photon (toutes longueurs d'onde du spectre visble confondues) par seconde, ayant voyagé sans emcombre des milliers d'années, voire des millions avant de traverser les 100km de notre atmosphère... Ca motive pour le récupérer. Et le plus merveilleux, c'est que les lois de l'optique permettent de reconstruire la forme de l'objet de départ. Je m'égare...

Tous les objets ne sont pas ponctuels comme les étoiles (qui reste un point quelle que soit la focale usuelle utilisée). La plupart sont même très étendus, allant de quelques minutes d'angle apparent à quelques degrés.

La notion de magnitude apparente a donc été généralisée en attribuant une magnitude apparente surfacique pour chaque carré angulaire élémentaire du ciel (mag/arcsec²). La galaxie d'Andromède a par exemple une magnitude moyenne surfacique de 11 mag/arcsec², ce qui est donc très faible et nécessite un ciel bien noir.

Choix du matériel

L'avantage d'un grand diamètre reste vrai, comme en planétaire, mais ce n'est pas une nécessité absolue car les poses longues pratiquées en CP souffrent de l'effet de la turbulence plus difficile à éliminer. L'intérêt d'imager à plus grande résolution est contrebalancé par la turbulence même si ses effets sont moins dévastateurs qu'en planétaire.
Un "avantage" de disposer de plus de diamètre est que chaque étoile paraitra plus lumineuse dans le résultat final, qui en comptera donc un plus grand nombre.
En revanche le rapport F/D est déterminant : on cherchera à le minimiser le plus possible pour un meilleur rapport Signal/Bruit et des temps de pose plus courts. Une valeur de 6 à 7 est dans le haut de la fourchette, et de 3 à 4 dans le bas de la fourchette, tout étant question de budget.
Plus le F/D est court, plus il faudra corriger les effets de distortion en limite de champ, quelle que soit la formule optique choisie. Une lunette ou un télescope, c'est une affaire de goût, de praticité, de budget : le poids, le piqué sont plutôt à l'avantage des lunettes, le prix à celui du télescope. Quant au champ couvert il dépend de la focale mais aussi des dimensions du capteur. La focale passe-partout se situe souvent entre 400mm et 800mm dans la plupart des cas!

La tentation est grande de photographier avec un appareil photo numérique, surtout s'il est déjà acquis ce qui évite une dépense. C'est une solution autonome, peu encombrante et facile d'emploi. Sur des cibles très grandes comme M31, c'est plutôt adapté, bien que la mise au point puisse s'avérer très difficile malgré des photosites plutôt grands (6µm). En revanche sur les petites ou faibles cibles et celles plutôt hors bande visible, ce n'est pas du tout l'idéal. A moins d'être défiltré-refiltré, ce qui a un coût non négligeable, le capteur ne laisse pas passer l'IR et la bande H alpha en particulier, ce qui limite fortement l'intérêt.

Pour un peu plus du prix d'un défiltrage-refiltrage, j'ai opté pour une autre solution de facilité : la caméra couleur refroidie à petit capteur. Au titre des avantages : un prix contenu, un poids et encombrement réduits, une bonne adaptation à une lunette de focale et ouverture moyennes. Une large bande, contrairement au boîtier photographique, est exploitable. Enfin, son capteur refroidi améliore considérablement le rapport signal/bruit, compensant plus que largement ses plus petits photosites (2.9µm). C'est le choix du débutant en termes de praticité.

Ce type de caméra peut être équipé de capteurs plus qualitatifs (plus grands, moins résolus etc). Mais elles ne détrônent pas les caméras monochromes qui restent le nec plus ultra (temps de poses multipliés par trois voire plus, meilleure résolution, choix immense de filtrage, traitement plus complexe).

Quel que soit le capteur, un bon ciel sera un facteur de qualité. Sans cela, le fond de ciel trop pollué par des lumières parasites est l'ennemi absolu qui obligera à "corriger" à l'aide de filtres sélectifs.

Enfin le choix de la monture se portera sur un modèle qualitatif, auto-guidable pour des focales supérieures à 400mm. Si une monture qualitative est un plus dans tous les cas, le guidage (manuel) et surtout l'autoguidage, avec une lunette guide et un petit capteur dédié pour piloter au plus précis l'entrainement de la monture, reste quasiment indispensable pour des poses de plus de 30 secondes à une focale de 500mm.

Le lien entre l'autoguidage et la monture nécessite un pilotage informatique, soit avec un PC et un ensemble de logiciels (NiNa par exemple), soit avec un petit boitier dédié : le choix du confort et de la simplicité.

La photo de gauche représente M51 prise avec une lunette de 480mm fe focale et F/D=6 et un très bon boîtier photographique (Lumix S5) en haut, et, en bas, une caméra couleur refroidie petit format (ASI586MC Pro), équipée d'un filtre "duo-bande large" pour éliminer la pollution lumineuse. Il n'y a pas d'hésitation sur le résultat.

La mise en station

Etape très importante en CP même avec une monture équipée pour l'autoguidage. L'AsiAir fait des prouesses en la matière permettant d'approcher la minute d'angle dans l'orientation idéale de la monture (alignement polaire) en quelques dizaines de minutes. L'étalonage du GoTo de la monture est encore plus simple avec un algorithme de positionnement par reconnaissance de motifs stellaires ("plate solve") qui détermine automatiquement la position visée avant de recaler les coordonnées de la monture en conséquence. Redoutable d'efficacité...

Le débutant averti ne pourra plus s'en passer. Le pointage d'un objet est alors parfaitement centré alors que l'oeil se perd dans l'obscurité totale. Cela n'aide pas bien sûr à progresser dans le pointage manuel, mais il faut choisir ...

Acquisition

Avant de démarrer la session de prise de vues, il faut s'assurer d'une parfaite mise au point ! C'est une étape essentielle pour ne pas tout mettre à la poubelle après trois heures de prise de vues... Elle doit même être contrôlée régulièrement (changement de température, visse déserrée etc). C'est une étape délicate avec un appareil photo, nettement plus aisée avec une caméra astro.

C'est parti ! L'autoguidage et le séquençage des prises de vues peut démarrer sous le contrôle de l'AsiAir ou du PC avec Nina. L'image de gauche est une copie d'écran montrant une prise de vue de 120 secondes (M57) et les courbes du guidage de l'ordre de 2 secondes d'arc d'erreur. Chaque image est sombre et bruitée, mais c'est dans la boîte...

Sauf celles lacérées par des passages d'avions ou celles plus nombreuses encore par des passages de satellites qui devront être éliminées lors de la phase de traitement. Il est souvent nécessaire de prévoir des "flats" (illumination homogène du champ pour corriger les défauts de type vignettage ou taches) et des "darks" (pour éliminer le bruit thermique et les pixels chauds du capteur), ce que je fais rarement, à tort.

Traitement

Le traitement est, algorithmiquement parlant, plus simple qu'en planétaire. Les images brutes, "très faibles", sont recalées par triangulation sur les plus grosses étoiles. Une fois recalées, elles sont empilées (additionées) pour augmenter le signal bruit proportionnellement à la racine carrée du nombre d'images.

Plusieurs logiciels font cela très bien, Asistudio fourni avec les produits AsiAir et caméras, DeepskyStacker, Siril ou AstroSurface, trois logiciels libres français développés par des passionnés talentueux.

Le résultat de l'empilement est traité pour augmenter sa faible dynamique, sa saturation des couleurs, son contraste etc. Des traitements spécifiques (GraXpert par exemple) permettent d'éliminer un fond de ciel trop présent ou du bruit résiduel trop visible.

Enfin, un logiciel standard de retouche (par exemple le très simple Photofiltre) permet d'ajuster la colorimétrie et ainsi compenser soit des défauts (chromatisme de l'image, contraste), soit l'absorbtion trop forte de bande spectrale (dans le cas d'un appareil photo non refiltré par exemple).