Le capteur numérique

Le capteur est bien sûr un élément essentiel de la chaîne d'acquisition d'images ; cet article en détaille les caractéristiques et le raccordement du boitier au tube optique. Nous trouvons deux types de matériel : les appareils photo numériques (APN) et les caméras astro.

Les appareils photos sont recommandés pour débuter. Leurs performances sont tout à fait honorables en ciel profond, ils sont autonomes et leur capteur de grande taille couvre un large champ. Cependant, les automatismes qui nous facilitent la vie en photo de jour sont inopérants sur le ciel nocturne. Mise au point, stabilisation, ouverture, temps de pose, nombre ISO… Il faut pouvoir opérer entièrement en manuel, ce qui nécessite un appareil réflex ou hybride « expert ».

Les capteurs numériques sont très sensibles ; un grand nombre de pixels n’est pas nécessaire, en revanche un fort ratio signal/bruit sera recherché. Ce paramètre est souvent lié à la taille des pixels ; cependant, un capteur trop grand ne pourra être exploité avec les accessoires optiques courants au format 2 pouces.

Pour cette raison, un capteur au format 4/3 ou APS-C représente un bon compromis. Inutile cependant d'acheter un APN spécialisé pour l'astrophotographie, toujours très cher ! Un appareil "ordinaire" convient très bien pour la plupart des objets. Afin d’améliorer la sensibilité dans le proche infrarouge et notamment sur la raie Hydrogène alpha présente dans beaucoup de nébuleuses (voir la page Spectre EM), il est possible de retirer un filtre sur le capteur. Cette opération nécessite le démontage complet de l’appareil, elle doit être réalisée par un technicien averti. J’ai fait défiltrer mon réflex Canon EOS 450D par Richard Galli (www.eosforastro.com) : le travail est soigné et l’autofocus reste utilisable en photo diurne (la balance des blancs est modifiée mais il est facile de la corriger à la prise de vue). Le gain en sensibilité dans le rouge est spectaculaire !

Richard Galli vend également des APN d’occasion défiltrés pour quelques centaines d’euros. Il n’est pas nécessaire d’avoir un modèle récent : le gain en sensibilité n’est pas significatif. En revanche l’écran basculant est un plus.

La marque Canon est appréciée des astrophotographes grâce aux utilitaires qui permettent de capturer les images et la vidéo en pleine résolution sur un PC. Cependant Nikon fabrique de bons appareils et les Sony Alpha ont la réputation d’être très sensibles. Il faut cependant vérifier que les fichiers raw produits ne comportent pas de traitement interne qui supprimerait des détails (en particulier les étoiles prises comme faux pixels). Ce traitement "star eater" sur les boitiers Sony A7RII et A7SII n'est malheureusement pas débrayable.

Pour l’observation de la Lune et des planètes, un très grand nombre d’images (plusieurs milliers) en pose courte (<1/100s) est nécessaire afin de réduire l’effet de la turbulence atmosphérique par un tri sévère (2 à 30%) et par l’empilement des images. Il faut donc faire de la vidéo mais attention, le mode vidéo des APN n'utilise qu'une fraction des pixels du capteur : à ma connaissance, seuls les APN Canon permettent de filmer avec la pleine résolution sur une portion centrale de l'image, quand ils sont reliés à un PC équipé du logiciel EOS MOVREC. Les caméras dédiées sont mieux adaptées ; avec un petit capteur qui n'a pas besoin d'être refroidi, leur prix entre 200 et 400 euros est raisonnable et en mode photo, elles pourront même être utilisées en ciel profond sur des objets peu étendus comme les nébuleuses planétaires ou les galaxies. 

J’utilise une caméra de ce type (ASI 462MC) sur les objets de taille inférieure à 20 minutes d’angle : le capteur est 4 fois plus petit que l’APN mais la densité de pixels trois fois supérieure, ce qui permet d’avoir une définition acceptable tout en multipliant artificiellement la focale par 4, sans changer le rapport F/D ! Il faut juste vérifier que l’échantillonnage (i.e. le champ en secondes d'arc vu par 1 pixel) de 206 x (taille du pixel en mm) / (focale en mm) reste supérieur à la résolution maximum de l’instrument (120/D). Ici, nous avons 206 x 2,9 mm / 750 mm = 0,8’’.

L’alimentation est assurée par le câble USB3 qui relie la caméra au PC. La caméra peut aussi être reliée à la monture via le câble ST4 fourni pour faire de l’autoguidage avec un logiciel comme PHDguiding.

Pour le ciel profond, les caméras sont de plus en plus utilisées car leur sensibilité est meilleure que celle des APN. Les modèles haut de gamme comportent un module de refroidissement qui permet de réduire fortement le bruit numérique par le contrôle de la température. Autre avantage, on peut se constituer une bibliothèque de darks à la température de travail et il n’est plus nécessaire de les refaire à chaque séance.

Les capteurs CMOS couleur sont devenus très sensibles ; sur la plupart des objets, il n'est pas avantageux d'utiliser des capteurs N&B avec une roue à filtres, source de complexité. Cependant, le capteur d’une caméra est souvent plus petit que celui d'un APN donc le champ couvert l’est aussi. Un PC est indispensable pour piloter celle-ci et pour enregistrer les vues. Enfin, les caméras avec capteur refroidi sont assez chères (entre 1000 et 3000 euros).

On relie l'appareil photo au télescope avec une bague T2 ou M48 au format 2’’ (diamètre extérieur de 50,8 mm) ; cette bague spécifique à la marque comporte la même empreinte arrière que les objectifs. Attention, les tolérances de fabrication sont serrées : vérifier que l’ensemble s’emboite bien sans coincement ni jeu excessif.

Il ne faut pas confondre le filetage T2 avec M42, filetage métrique de même diamètre présent sur certains objectifs photo mais qui nécessite une bague d'adaptation !

La bague allonge fixée sur la bague T doit comporter en frontal un filetage M48 qui permettra de visser un filtre 2’’. Pour éviter d’introduire des impuretés dans la chambre de l’appareil, je monte toujours un filtre sur cette bague ; par exemple un filtre neutre IR cut.

Les caméras comportent en général un filetage T2 femelle sur lequel on peut visser directement une bague au coulant 1,25'' ou 2''. La caméra s'insère alors comme un oculaire ; les petits capteurs < 8 mm permettent d'utiliser le diamètre 1,25''.

Il faut prévoir un jeu de bagues-allonges pour respecter le tirage (positionner le plan du capteur sur le foyer de l'instrument) dans la limite de débattement du Crayford. Les télescopes Newton sont plus limités sur ce point que les lunettes ou les Schmidt-Cassegrain ; éventuellement, l'emploi d'une lentille de Barlow permettra de "sortir" le foyer.

Les Schmidt-Cassegrain Célestron utilisent une bague 2’’ spécifique avec un filetage américain de 24 filets par pouce ; un adaptateur est nécessaire pour connecter une bague M48 ou T2.