Photographie/Techniques scientifiques/Astrophotographie
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Fabricants et marques de produits et de matériels Personnalités du monde de la photographie Éditeurs de cartes postales photographiques Thèmes ▪
Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | |||||
Quelques dates importantes
modifierLes précurseurs
modifier- 2 avril 1845 : les physiciens français Fizeau et Foucault réalisent la première photographie du soleil, en fait un daguerréotype.
- 1853 : les physiciens et astronomes anglais Philipps, Crookes, Reade et Edwards réussissent une série de photos de la Lune.
- 1857 : premières photographies d'étoiles par Bond.
- 1860 : W. de La Rue photographie une éclipse totale de Soleil.
- 1873-1874 : Janssen, nommé Directeur de l'Observatoire de Meudon, invente un « revolver photographique » et l'utilise au Japon pour étudier le passage de Vénus en 1874.
- 1884 : les frères Henry, astronomes à l'Observatoire de Paris, photographièrent toute une région de la Voie Lactée. À la suite de ce travail, l'amiral Mouchez, Directeur de l'Observatoire, a l'idée de réaliser une carte photographique de l'ensemble du ciel.
La première carte du ciel
modifier- 1887 : l'amiral Mouchez réunit un congrès international à Paris ; 18 observatoires, dont 4 français (Bordeaux, Paris, Toulouse et Alger) se répartissent le travail de cartographie du ciel. Les observatoires français devaient couvrir le quart de la voûte céleste mais ils ne reçurent les crédits nécessaires qu'en 1889. La série de photographies était obtenue avec des poses de l'ordre de 30 minutes, de façon à obtenir des images des étoiles jusqu'à la 15e grandeur sur des plaques de 16 x 16 cm. Les étoiles les plus brillantes sont dites de 1ère grandeur, la limite de visibilité à l'œil nu étant la 6e grandeur.
- 1896 : les doutes sur la conservation des plaques photographiques conduisent à graver la Carte du Ciel sur une plaque de cuivre ; plus de deux millions d'étoiles sont alors répertoriées.
- début du XXe siècle : les astronomes commencent à photographier les nébuleuses, ce qui demande des poses pouvant durer toute une nuit ; il faut bien sûr que la chambre photographique soit montée sur un système d'entraînement équatorial effectuant un tour complet en 24 heures en sens contraire de la rotation terrestre.
Considérations instrumentales
modifierGénéralités
modifierIl n'est pas nécessaire pour débuter de posséder un matériel optique très perfectionné, mais bien évidemment les possibilités restent limitées si l'on ne possède qu'un équipement rudimentaire. Compte tenu de la faible luminosité des objets photographiés, à l'exception de la Lune, les poses longues sont la règle : il faut donc impérativement posséder un appareil dont l'obturateur est susceptible de rester ouvert pendant des temps très longs, pouvant aller de plusieurs dizaines de secondes à plusieurs heures.
L'appareil photographique étant entraîné par la rotation de la Terre, il en résulte que si l'appareil reste fixe, tous les objets célestes sembleront tourner et laisseront sur la surface sensible non pas des images ponctuelles, mais des traînées d'autant plus longue que l'obturateur sera resté longtemps ouvert. Pour éviter ce phénomène, il faut fixer l'appareil sur une monture équatoriale motorisée qui le fera tourner autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la Terre, à la même vitesse angulaire mais en sens inverse ; de cette manière l'appareil paraîtra fixe par rapport à la voûte céleste.
Photographie du ciel étoilé
modifierUn appareil compact, bridge ou hybride permettant des poses "longues" (au delà de 10 secondes) et avec autofocus débrayable ou, mieux, un appareil reflex dont l'obturateur peut fonctionner en pose B ou mieux, en pose T, est donc l'instrument de base. On peut pour commencer par l'équiper d'un objectif de focale normale ou d'un grand angulaire utilisé à pleine ouverture, le monter sur un trépied solide ou tout au moins le caler de façon très stable sur un support, en le braquant vers la portion de ciel que l'on veut photographier. Un premier essai peut être fait avec une pose d'environ 20 à 30 minutes ; si l'on ne dispose pas de la pose T, il faut utiliser un déclencheur souple muni d'un système de blocage, car maintenir un doigt sur le déclencheur sans faire bouger l'appareil pendant une durée aussi longue est une épreuve, au sens propre du terme. Une pellicule couleur de sensibilité faible ou moyenne, ou un appareil numérique réglé sur une sensibilité relativement basse, donneront les meilleurs résultats.
Si l'on prend la précaution d'opérer lorsque le temps est clair et la nuit bien noire (de 1 h à 1 h 30 après la disparition du soleil derrière l'horizon) et en restant suffisamment loin de la pollution lumineuse des grandes agglomérations, le cliché résultant de ce premier essai montrera très distinctement une série d'arcs de cercle concentriques. Si l'appareil était braqué au nord et incliné vers le haut d'environ 50 °, un centre de rotation apparaît, très proche d'une étoile bien connue dans l'hémisphère nord mais invisible dans l'hémisphère sud, l'Étoile polaire.
La présence d'un trait pointillé traversant le champ de la photographie trahit le passage d'un avion. Un trait continu, orienté de façon quelconque par rapport aux multiples arcs formés par le mouvement relatif des étoiles, peut correspondre à la chute d'une grosse météorite ; il s'agit plus probablement de la trace d'un des innombrables satellites artificiels qui ont été mis en orbite autour de notre bonne vieille planète.
Si l'on ne souhaite pas avoir les étoiles en forme d'arc de cercles, il faut se baser sur la formule : temps de pose maxi (en secondes) = 400/f (f étant la distance focale exprimée en millimètres). Cela permet d'obtenir des images ponctuelles des étoiles.
Pour obtenir un beau ciel étoilé, l'idéal est d'utiliser un appareil reflex numérique munis d'un objectif grand angle (comme le 10-20 mm Sigma par exemple) et de monter la sensibilité de l'appareil entre ISO 640 et ISO 800. En utilisant ces paramètres, cela vous permet d'obtenir une photo semblable à celles-ci :
Photographie des planètes
modifierLes planètes sont des objets lumineux mais de faible dimension angulaire, exigeant des instruments de plusieurs mètres de focale.
Photographie de la Lune
modifierLa Lune est certainement le corps céleste le plus facile à photographier en raison de sa relative proximité qui la fait paraître relativement grosse. Cependant, elle n'est vue que sous un angle d'environ un demi degré et si l'on veut qu'elle occupe une place suffisante dans le cadre, il faut utiliser un objectif de longue focale, au moins 200 mm en 24 x 36, et si possible 400 ou 500 mm.
Contrairement au Soleil dont la trajectoire apparente ne varie que très lentement au fil des saisons, la Lune se lève et se couche chaque nuit à une heure différente, ce qui oblige à planifier quelque peu ses prises de vues. En outre, la partie éclairée par le Soleil n'est pas constante et il faut consulter un calendrier lunaire pour savoir dans quel état on pourra la trouver tel ou tel jour.
Les photos les plus intéressantes sont prises lorsque la Lune est pleine et qu'elle vient juste de se lever ; dans ces conditions, le ciel est encore plus ou moins bleuté car le Soleil s'est couché environ 20 minutes auparavant. C'est probablement dans ces conditions que la lumière est la plus belle, qu'elle présente le plus de couleurs, et parfois cet instant a quelque chose de magique.
L'image de la Lune toute seule au milieu d'une grande étendue noire peut être intéressante par elle-même mais il est généralement préférable d'inclure son image dans une composition plus élaborée. La silhouette d'une montagne ou les reflets sur un plan d'eau sont des éléments intéressants. On peut aussi utiliser comme décor des arbres, des bâtiments, un paysage urbain, etc. Il faut simplement s'assurer que ces éléments sont suffisamment éloignés pour ne pas prendre une importance exagérée par rapport à la Lune. Cela ne peut guère se faire que lorsque celle-ci se lève ou se couche et il va de soi que le choix du point de vue est particulièrement important.
La mesure de la lumière est assez délicate en raison du faible diamètre apparent de la Lune et de son apparition sur un fond très sombre. Ceci dit, la bonne vieille règle du diaphragme 16 peut s'appliquer ici, car après tout la luminosité de la Lune, dans ses zones éclairées directement par le Soleil, n'est pas très différente de celle d'un rocher calcaire photographié en plein jour sur terre. Il s'ensuit que si la Lune est relativement haute sur l'horizon, on ne fait pas une grande erreur en utilisant avec le diaphragme 16 un temps de pose correspondant à l'inverse de la sensibilité ISO, par exemple 1/100 s avec une sensibilité de 100 ISO. Une mesure « spot » peut donner de bons résultats, tandis qu'une mesure centrale pondérée ou matricielle amènera presque immanquablement à une violente surexposition. Avec un appareil numérique, il ne faut pas hésiter à bracketer largement et à ne garder que les meilleurs clichés.
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Photographie du Soleil
modifierLe Soleil est un objet extrêmement lumineux dont l'observation directe est dangereuse. Sa photographie exige l'emploi d'un filtre capable d'atténuer fortement sa luminosité. On distingue les filtres de type lumière blanche des filtres interférentiels : Hα ou, plus rarement Calcium K (observation de la chromosphère).
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Transit de Vénus, 6 juin 2012 -
Transit de Vénus, 6 juin 2012 -
Transit de Vénus, 6 juin 2012 -
Transit de Vénus, 6 juin 2012
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Photographie du ciel profond
modifierLe « ciel profond » n'est pas une catégorie physique mais pratique ; elle recouvre des objets comme les nébuleuses, les galaxies, les amas ou les comètes. La faible quantité de lumière constitue le principal obstacle à surmonter. La photographie du ciel profond exige donc des poses longues, allant de quelques dizaines de secondes à plusieurs heures.
Photographie des comètes
modifierEncore faut-il pour aborder ce domaine qu'un de ces astres plus ou moins errants veuille bien passer suffisamment près de la Terre pour devenir visible.
Les principes généraux restent valables mais pour obtenir de bonnes images des comètes sans monture équatoriale, il faut impérativement opérer à pleine ouverture, avec un objectif lumineux et une sensibilité élevée. L'objectif à utiliser sera choisi en fonction des dimensions apparentes de la comète dans le ciel, celle-ci pouvant être à peine visible et nécessitant donc un téléobjectif assez puissant, ou au contraire traverser complètement la voûte céleste au point qu'il soit impossible de l'enregistrer en totalité sans disposer d'un super grand-angulaire de type fish eye.
Photographie des éclipses
modifierÉclipses de Lune
modifierÉclipses de Soleil
modifierPhotographier les éclipses de Soleil n'est pas aussi facile que photographier les éclipses de Lune. Pour obtenir des résultats satisfaisants, il faut des équipements spéciaux, une bonne planification... et un peu de chance !
La plus importante difficulté tient au fait que vous photographiez le Soleil lui-même. Comme on nous l'a toujours enseigné, il ne faut jamais regarder directement le Soleil car son rayonnement peut endommager nos yeux ; la même précaution s'impose en photographie, sous peine d'endommager également le capteur ou le film. Il faut donc toujours pratiquer ce type de photographie en utilisant un filtre approprié. Les viseurs n'offrent aucune protection et les objectifs, qui focalisent la lumière, apportent un danger supplémentaire par rapport à la vision à l’œil nu. Si vous utilisez l'écran d'un appareil compact, vos yeux seront évidemment préservés, en revanche c'est le capteur de votre appareil qui en pâtira !
Les filtres
modifierLe plus simple et le moins cher de tous les filtres que vous pouvez utiliser peut provenir d'une simple paire de lunettes noires du type de celles qui sont vendues spécialement pour l'observation directe des éclipses. Dans le cas d'un appareil compact il faut vous en procurer deux paires, une pour vous-même et l'autre pour l'appareil. Vous utiliserez l'un des filtres de cette seconde paire devant l'objectif. Ce n'est pas la solution la plus efficace ni la plus élégante, mais elle fonctionne.
Avec un appareil reflex il y a de fortes chances pour que le filtre des lunettes ne couvre pas entièrement l'objectif, surtout si celui-ci est de longue focale. Il faudra donc vous procurer un filtre solaire spécial du diamètre appropriés à votre matériel. De tels filtres sont généralement formés d'une feuille de Mylar suffisamment opacifiée, ou encore de verre spécial. Vous pouvez les obtenir chez divers revendeurs ou les acheter en ligne sur l'internet.
La préparation
modifierLe meilleur conseil que l'on puisse donner est de s'entraîner bien avant que l'éclipse se produise. Il s'agit là d'un événement suffisamment rare pour que l'on ne doive pas le manquer. Après que vous vous serez procuré l'équipement nécessaire, prenez des photos du soleil un jour ordinaire, en l'absence d’éclipse. Notez les réglages qui donnent satisfaction, afin de pouvoir les retrouver facilement le moment venu. Les valeurs que vous devrez utiliser lorsque l'éclipse sera totale, le disque solaire étant entièrement masqué, seront différentes de celles qui conviendront mieux juste avant ou juste après le moment de totalité, ou s'il s'agit d'une éclipse annulaire. Voyez comment vous pouvez basculer rapidement d'un réglage à l'autre, ou mieux utilisez carrément deux appareils réglés différemment.
Pour que l'image de l'éclipse occupe une surface suffisamment grande dans l'image, il ne faut évidemment pas choisir un objectif de focale normale. Même un téléobjectif de 200 mm se révèlera généralement insuffisant. Avec un film ou un capteur de 24 x 36 mm, une focale de 800 à 900 mm sera sans doute un bon choix. Avec un capteur demi-format, un téléobjectif de 500 à 600 mm de focale pourra donner satisfaction.
La répartition de la lumière pendant une éclipse est très différente de celle des scènes habituellement photographiées, il y a donc de très fortes chances pour que les automatismes de votre appareil soient mis en défaut. Il vaut beaucoup mieux utiliser le mode manuel s'il existe et imposer les valeurs du temps de pose et du diaphragme. Lorsque le disque solaire est encore apparent, au moins en partie, sa luminance est très intense et la sensibilité doit être réglée sur le minimum possible, généralement 100 ISO, parfois 80 ou 50. Le diaphragme sera très fermé, par exemple à f/16. En revanche, lorsque l'éclipse devient totale, le niveau lumineux chute considérablement et il faut ouvrir beaucoup plus largement le diaphragme.
Ne perdez pas de temps à visualiser trop longuement les images que vous venez de prendre, l'éclipse avance inexorablement pendant ce temps-là et vous risquez de manquer une phase intéressante.
Diverses sortes d'éclipses
modifierLa Lune décrit autour de la Terre une orbite elliptique qui fait qu'à certains moments elle se rapproche de la Terre, et à d'autres elle s'en éloigne. Si au moment de l'éclipse la Lune se trouve à une altitude minimale, alors elle est suffisamment proche pour masquer entièrement le Soleil, l'éclipse est totale, du moins pour ceux qui se trouvent au bon endroit sur la sphère terrestre. Si en revanche la Lune se trouve à une altitude maximale, alors son diamètre apparent est plus petit et elle ne parvient pas à cacher entièrement le disque solaire ; pour ceux qui sont au bon endroit, l'éclipse est alors annulaire, un anneau très fin du disque solaire reste visible autour de la Lune.
Dans tous les cas où l'éclipse n'est pas totale, il faut conserver les lunettes et les filtres tout au long de la prise de vue, en particulier pour éviter les lésions oculaires. C'est bien entendu le cas si l'éclipse n'est pas totale, ou si elle est annulaire. Durant une éclipse totale, lorsque le Soleil est complètement masqué, les meilleurs résultats sont obtenus en ôtant les filtres, puis en les remettant en place dès qu'une partie du disque solaire réapparaît. Des sites de météorologie donnent des conseils pour le choix des valeurs de diaphragme et de temps de pose à utiliser, mais il vous sera peut-être difficile de les utiliser directement.
Il est donc nécessaire en pratique de prendre beaucoup de photos avec des indices de lumination différents (on rappelle que l'indice de lumination est un nombre qui caractérise le couple de valeurs temps et pose et ouverture du diaphragme. En fait, plus vous prendrez de photos, plus vous aurez de chances d'en réussir quelques unes, quitte évidemment par la suite à faire un tri sans pitié et à effacer tout ce qui ne donne pas satisfaction.
Méthodes alternatives
modifierFaute de filtres spéciaux et de téléobjectifs puissants, il reste une possibilité intéressante qui est de faire appel à un sténopé projetant l'image de l'éclipse sur un carton blanc qu'il ne reste plus qu'à photographier. Un trou d'environ 1 mm de diamètre peut être considéré comme convenable pour cette opération.
Une autre possibilité est d'utiliser un récipient plein d'eau et de photographier le reflet de l'éclipse avec un objectif de focale suffisamment longue. Il faut idéalement que ce récipient soit de couleur noire, si ce n'est pas le cas on peut immerger n'importe quelle surface noire sous l'eau, par exemple un sac ou une feuille de plastique noir, afin que l'image ne soit pas "parasitée" ; faut-l préciser que le récipient doit être posé sur un support parfaitement stable et autant que possible abrité du vent, afin que la surface de l'eau demeure parfaitement calme. Si votre appareil automatique a du mal à faire la mise au point dans ces conditions, passez en mise au point manuelle et réglez l'objectif sur l'infini. Contrairement à ce que croient beaucoup de personnes non averties, le reflet du Soleil n'est pas à la surface de l'eau...
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Début d'éclipse -
Déplacement de la zone d'ombre à la surface de la Terre. La tache rouge correspond à la zone où l'éclipse est totale. -
Éclipse solaire du 29 mars 2006 -
Éclipse solaire totale de 1999 -
Les diverses phases d'une éclipse annulaire -
Éclipse annulaire du 21 mai 2012, Yokohama, Japon -
Éclipse annulaire du 21 mai 2012, Kashima, Japon
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Liens externes
modifierLogiciels de traitement :
Bibliographie
modifier- BUIL, Christian .- Astronomie CCD. Construction et utilisation des caméras CCD en astronomie amateur .- Toulouse, Société d'Astronomie Populaire, 1989, (ISBN 2-9501721-1-3).
- DELAYE, Yves .- Tournez vos objectifs vers le ciel. In : Chasseur d'Images, n° 4, mars-avril 1977, pp. 33-36.
- GRAY, Katherine .- How to photograph a solar eclipse [en ligne] .- usatoday, 19 mai 2012 [consulté le 20 mai 2012]. Disponible sur l'internet : http://www.usatoday.com/tech/science/space/story/2012-05-19/how-to-photograph-an-eclipse/55063578/1
- LECLERC, Joseph A., Conservateur de la Société Astronomique de France .- La photographie astronomique. In : Photo-Ciné-Revue, mai 1961, pp. 138-139.
- LEGAULT, Thierry .- Astrophotographie .- Paris, Eyrolles, 2006, (ISBN 2-212-11472-9).
- LOAËC, Ronan .- Astronomie numérique. In : Photofan, n° 4, 15 février 2005, pp. 86-91. [Florent Poiget].
- MOBBERLEY, Martin .- Lunar and Planetary Webcam User's Guide .- New York, Springer, 2006, (ISBN 1-84628-197-0).
- PRIVETT, Grant .- Creating and Enhancing Digital Astro Images .- New York, Springer, 2007, (ISBN 978-1-84628-580-6).
- RAYET, G .- Notes sur l'histoire de la photographie astronomique. In : Bulletin Astronomique, Série I, vol. 4, 1887, pp. 165-176.
Images en réserve
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