Bien choisir ses oculaires

De Noctua

Vous avec un télescope ou savez déjà lequel vous allez acheter ? Très bien! Mais maintenant, quels oculaires choisir ? Ceux-ci possèdent également une grande importance, car ils détermineront votre champ de vision, grossissement, et la qualité optique de votre image.

Vous avez certainement tous vu des questions du genre :

  • Je vais m’acheter un télescope, mais quels oculaires dois-je prendre ?
  • J’ai acheté un télescope il y a 6 mois et je voudrais acheter de nouveaux oculaires. Lesquels ?

Certains diront que cela se fait au feeling… Que l’observation c’est d’abord un moment privilégié avec la nature et que brr ! des formules mathématiques ne pourront jamais remplacer ce plaisir… C’est vrai. Mais voici tout de même quelques éléments chiffrés pour vous guider dans le choix de vos oculaires.

Description d'un oculaire

Un oculaire est un système dioptrique (constitué de plusieurs lentilles) dont la fonction est de grossir l'image au foyer d'un télescope. Fonctionnant comme une loupe très puissante, un oculaire permet de voir des détails de cette image dont la taille caractéristique est de quelques micromètres.

Un oculaire est constitué de plusieurs parties qui apparaissent dans le schéma ci-dessus [à ajouter : un schéma d'oculaire Plössl].

Système optique

Le système optique d'un oculaire est constitué d'un ensemble de lentilles (1 à 12) parfois accolées en groupes. Deux verres portent un nom : le verre le plus à l'extérieur, par où "sort" la lumière, est appelé verre d'œil. Le verre le plus à l'intérieur est appelé verre de champ.

Diaphragme

Le diaphragme (field stop en anglais) est un anneau placé au foyer principal de l'oculaire. Il délimite l'image transmise à l'observateur, et son diamètre est un indicateur fiable du champ réel accessible dans l'oculaire.

Support

Le support est l'ensemble des pièces qui tiennent en place le système optique. Généralement en métal, parfois en plastique, peint en noir à l'intérieur, le support tient en place les différents groupes de lentilles et bloque ou absorbe (par sa peinture noire) la lumière parasite source de diffusion.

Jupe

La jupe permet de maintenir précisément l'oculaire dans le coulant en sortie du tube optique. Elle est toujours peinte en noir à l'intérieur pour éviter la diffusion d'un objet brillant proche.

Bonnette

La bonnette, généralement en caoutchouc, permet de protéger l'œil d'éventuelles lumières parasites hors du télescope (ex. réverbère lointain, Lune). En permettant un placement adéquat de l'œil, la bonnette contribue au confort d'observation. De nombreux oculaires disposent de bonnettes réglables.

Fonctionnement

[Insérer schéma lunette de Kepler] Lorsque le foyer de l'oculaire coïncide avec l'image au foyer de l'objectif, la mise au point est afocale et les rayons issus de la même source (donc parallèles car la source est très, très lointaine) sortent tous de l'oculaire dans la même direction. Tous les rayons issus du télescope se regroupent derrière la sortie de l'oculaire en un cercle appelé pupille de sortie. C'est en plaçant son œil de manière à capter toute la pupille que l'observateur voit l'image grossie.

Grandeurs associées à un oculaire

Un oculaire présente des grandeurs énumérées des plus fréquemment au moins fréquemment spécifiées.

Diamètre de la jupe

Le diamètre de la jupe, c'est une donnée fondamentale car un oculaire qui n'est pas adapté au coulant à la sortie d'un télescope est tout simplement inutilisable. Dans l'astronomie amateur deux diamètres standards coexistent: 1"1/4 (31,75 mm) et 2" (50,8 mm). Tous les télescopes vendus dans le commerce acceptent le coulant 1"1/4, soit directement soit par ajout d'un adaptateur 2" > 1"1/4 presque toujours fourni à l'achat d'un tube optique ou d'un porte-oculaire.

Les oculaires de champ apparent pas trop étendu et de focale courte ou intermédiaire, légers, sont généralement vendus en coulant 1"1/4. Les oculaires de focale longue ou au champ apparent étendu sont vendus en coulant 2", du fait que le diaphragme peut être plus grand que ce que permet le coulant de 1"1/4, et aussi du fait d'une masse plus élevée, plus facile à contrôler avec une jupe plus large.

En pratique, il est fortement recommandé, pour les télescopes avec un coulant de sortie 2", de ne pas alterner trop fréquemment des oculaires des deux coulants, pour éviter à chaque fois de reconfigurer toute la sortie oculaire (ex. allonges) pour les Newton dont les porte-oculaires ont des amplitudes de tirage limitées et où des allonges sont généralement nécessaires.

Masse

La masse est la seconde donnée pratique fondamentale pour un oculaire. Variant d'un oculaire à l'autre entre moins de 100g et plus d'un kilogramme, la masse d'un oculaire a des conséquences mécaniques importantes sur le confort d'observation :

  • elle peut changer significativement l'équilibre du télescope sur sa monture, principalement dans l'axe de déclinaison ou de hauteur, mais aussi dans l'axe d'ascension droite ;
  • un oculaire lourd peut désaxer un porte-oculaire peu résistant (ex. crémaillères bas de gamme) voire dérégler la mise au point du fait de frottements insuffisants.

Il faut donc être attentif à la masse des oculaires lorsque :

  • le porte-oculaire est en coulant 1"1/4, ce qui implique généralement une construction bas de gamme qui ne permet pas de dépasser 500 g de charge, renvoi coudé compris ;
  • le tube optique est léger (ex. lunette de petit diamètre) ou court (ex. C8), dans ce dernier cas il est possible d'ajouter des petits contrepoids qui peuvent être déplacés le long de la queue d'aronde.

De manière générale, les oculaires d'une même gamme en jupe 1"1/4 tendent à avoir une masse peu variable et raisonnable (moins de 500g).

Les oculaires à double jupe (2" et 1"1/4) sont généralement des oculaires de focale courte ou intermédiaire (moins de 15mm), à champ apparent très étendu (souvent des 90 ou 100°) d'un poids n'excédant pas 700g.

Les oculaires à jupe 2" et à focale supérieure à 15mm sont des oculaires à champ apparent étendu et de focale relativement longue. Le fait qu'ils soient munis de lentilles larges et nombreuses peut en faire des oculaires extraordinairement lourds, jusqu'à plus d'un kilo...

Focale

La focale f d'un oculaire est directement reliée au grossissement. Cette donnée est systématiquement indiquée sur les oculaires. Plusieurs formules bien connues permettent de calculer le grossissement G et le diamètre de la pupille de sortie d.

  • Le rapport des focales : G = F / f, où F est la focale du télescope.
  • La pupille de sortie : d = D / G, où D est le diamètre du télescope.

Une autre formule de calcul de la pupille de sortie est beaucoup plus utile pour le choix des oculaires : d = f / (F / D).

Pourquoi ? Parce que la pupille de sortie est ce qui conditionne l'effet du grossissement sur le rendu de l'image, comme il sera expliqué plus bas.

Champ apparent

Le champ apparent de l'oculaire est le diamètre apparent du cercle dans lequel, lorsque l'œil est idéalement placé, le ciel apparaît. La limite du champ apparent est l'image du diaphragme. Idéalement, elle est nette et sans franges de couleur. Cette donnée est généralement bien indiquée sur les oculaires vendus dans le commerce.

Dégagement oculaire

Appelé officiellement tirage d'anneau et très souvent relief d'œil par traduction littérale de l'anglais eye relief, le dégagement oculaire indique à quelle distance derrière le verre d'œil la pupille de sortie converge. Cette donnée est fondamentale dès que des considérations de confort doivent être prises en compte (ex. port de lunettes de vue).

Traitement anti-reflet

Le traitement anti-reflet limite les réflexions parasites aux surfaces air-verre, particulièrement indésirables lors de l'observation d'objets brillants. Un bon traitement anti-reflet accroît la transmission et limite la diffusion. Le traitement anti-reflet est crucial dans les oculaires avec plus de trois groupes.

Le principe du traitement anti-reflet est qu'une couche bloque les réflexions parasites d'une seule longueur d'onde. Plus il y a de couches, meilleur est le traitement.

Cinq mentions sont généralement possibles, d'autres fabricants ou vendeurs mettent leurs propres mentions, généralement pour survendre leurs oculaires (ex. SMC Pentax, EMC Explore Scientific) :

  • absence de mention : l'oculaire n'est pas traité anti-reflet (rare, peut-être les "Super" de Skywatcher vendus avec les kits ou des oculaires très anciens bas de gamme) ;
  • "coated" (traité) : une couchede traitement a été posée sur au moins une surface air-verre (rare, peut-être quelques vieux oculaires) ;
  • "fully coated" (complètement traité) : une couche de traitement a été posée sur toutes les surfaces air-verre (généralement les oculaires premier prix du commerce, plus commun chez les anciens) ;
  • "multicoated" (traité multicouches) : une couche de traitement a été posée sur toutes les surfaces air-verre, une surface au moins fait l'objet d'un traitement multicouches (désormais pour les oculaires bas de gamme) ;
  • "fully multicoated" (complètement traité multicouches) : toutes les surfaces air-verre font l'objet d'un traitement multicouches, la norme pour des oculaires de qualité dans le commerce.

Diaphragme

Appelée field stop en anglais, le diaphragme délimite nettement la bordure du champ apparent. Le champ réel d'un oculaire est donné, en radians, par le diamètre de son diaphragme rapporté à la focale de l'objectif (et non pas le rapport du champ apparent par le grossissement). Le champ réel en degrés s'obtient en multipliant ce résultat par environ 57,3 (180/Pi), celui en minutes en multipliant par 3400. Cette donnée est généralement indiquée notamment pour les oculaires très grand champ.

Tirage optique

Le tirage optique indique à quelle distance de la jupe l'image au foyer doit être placée pour que la mise au point soit faite. Cette donnée n'est pas toujours indiquée mais est importante, car perdre la mise au point en passant à un grossissement fort peut vraiment handicaper l'observation. Sans suivi automatique des objets (ex. Dobson), il est impératif que les oculaires grossissant le plus soient parafocaux à un oculaire de faible grossissement.

Nombre de lentilles et de groupes

Un oculaire est constitué de lentilles, certaines étant accolées les unes aux autres et formant des groupes. Par exemple un oculaire Plössl a deux groupes de deux lentilles accolées chacun, tandis qu'un oculaire orthoscopique a un groupe de trois lentilles accollées côté objectif et un groupe d'une seule lentille accollée côté œil.

Plus l'oculaire présente un grand champ réel plus il faut de degrés de liberté pour contrôler les aberrations latérales (astigmatisme, chromatisme, courbure de champ) donc plus il faut de lentilles. Les oculaires relativement simples ont trois groupes, les oculaires plus complexes peuvent avoir 4 à 8 groupes. Or un nombre donné de groupes implique un nombre double de surfaces air-verre, où la variation brutale de la réfringence implique une réflexion parasite. L'observation aux limites des capacités de luminosité et de contraste de l'objectif (ex. planétaire, nébuleuses) implique un choix soigneux d'oculaires soit à formule simple et de bonne qualité, soit à très grand champ mais avec un traitement irréprochable.

Ouverture limite

L'ouverture limite est le rapport F/D minimal pour lequel le champ de l'oculaire présente un bon rendu, avec des étoiles ponctuelles au milieu comme en bord de champ, autrement dit des aberrations maîtrisées. Plus l'ouverture est élevée plus l'angle par lequel les rayons lumineux convergent sur le plan image est ouvert, donc plus c'est compliqué de faire en sorte que tous les rayons provenant d'une même direction du ciel sortent du télescope dans la même direction.

Cette ouverture limite n'est quasiment jamais spécifiée mais quelques repères sont bons à connaître :

  • les oculaires à trois lentilles ou moins (ex. Kellner, Huygens, Ramsden) acceptent des ouvertures jusqu'à F/15 à F/10 (ex. Maksutov-Cassegrain, très longues lunettes achromatiques) ;
  • les oculaires grand champ de premier prix acceptent des ouvertures jusqu'à F/7 à F/9 (ex. lunettes achromatiques longues, Schmidt-Cassegrain, lunettes apos longues) ;
  • les oculaires orthoscopiques acceptent des ouvertures jusqu'à F/6 (la plupart des apos) ;
  • les oculaires Plössl acceptent des ouvertures jusqu'à F/4,5 à F/5 (presque toutes les apos, la plupart des Newton hors astrographes et Dobson de grand diamètre) ;
  • les oculaires à grand champ moyens de gamme acceptent des ouvertures jusqu'à F/4 à F/4,5 (presque tous les Dobson) ;
  • pour des ouvertures supérieures à F/4 (rares Dobsons de grand diamètre, astrographes) non seulement il faut choisir un oculaire haut de gamme mais il faut aussi prendre en compte la formule optique ou l'effet du correcteur (ex. Paracorr).

Grossissement et observation

L'art de l'observation visuelle consiste à choisir le grossissement adéquat. Le grossissement qui permet de présenter un objet dans son environnement n'est pas forcément celui qui va révéler tous les détails. De manière générale, plus on grossit plus la luminosité de surface de l'objet observé est diluée et plus il paraît sombre.

Habituellement, les astronomes évaluent le grossissement en le comparant au diamètre D de l'objectif en mm.

Limites du grossissement

En théorie il n'y a pas de limite inférieure ou supérieure au grossissement, il suffit juste de monter le système optique adéquat. En pratique, le grossissement est borné par deux limites physiques.

La limite inférieure du grossissement est liée au fait que la lumière concentrée par le télescope se répartit dans la pupille de sortie. Si la pupille de l'observateur est plus petite que la pupille de sortie, de la lumière est perdue : c'est comme si le diamètre de l'objectif est réduit. Cette limite inférieure correspond à une pupille de 5 à 7mm soit un grossissement de l'ordre de D/5.

La limite supérieure du grossissement est liée au fait que le pouvoir de résolution de l'objectif est atteint et que l'image s'assombrit énormément sous un grossissement fort. Il n'y a pas de limite théorique claire mais en pratique les grossissements au-delà de 2D sont rares.

Outil de sélection d'oculaires

Voici un fichier excel utile:

Cliquez ici pour accéder au formulaire Excel

Il regroupe des oculaires plössl et wide angle ainsi qu’un bête calcul qui, selon le tube utilisé, détermine les caractéristiques visuelles (grossissement, champ, pupille de sortie) ainsi que le domaine d’application des oculaires. Ce modèle n’est pas parfait mais permet de se faire une idée correcte quand même.

Dans ce fichier, il suffit d’entrer la focale et le diamètre de tuyau, Excel fait le reste. Le fichier étant protégé, si l'on veut modifier certains paramètres, il faut d’abord le « délocker ». Il est totalement possible d’y ajouter ses propres oculaires ou de modifier des paramètres. On peut dans ce cas utiliser le feuille ‘custom’ pour par exemple entre sa propre configuration.

Il indique également quand un oculaire donne un grossissement limite (orange) voir trop important (rouge). De même, il signale quand la pupille de sortie devient trop grande pour des yeux adultes (orange) voir de bons yeux (rouges).

Enfin, il est aussi possible d’y changer le grossissement de la barlow.


J'ai donné des exemples de configuration pour un 200/900, un 130/900 et l'ETX70 (70/350)

Les domaines d’application que j'ai choisis sont:

  • planétaire => planètes, lune, étoiles doubles
  • ciel profond lumineux => des objets du ciel profond lumineux qui autorisent un fort grossissement (certaines nébuleuses planétaires par ex)
  • ciel profond => la plupart des objets du ciel profond (galaxies, nébuleuses planétaires, amas…)
  • ciel profond large => identique à ciel profond mais avec un champ plus large ou/et un grossissement plus faible (Galaxie d’Andromède par exemple)

Je ne parle pas de qualité d’oculaire… Là, le facteur c’est le prix…

Je donne par la suite quelques exemples de configuration pour un 130/900 (très similaire au 114/900).


Termes utilisés :

  • Plössl : Ce n’est pas une marque d’oculaire mais un système optique. On trouve des oculaires honnêtes à 40-50€ mais ça peut monter beaucoup plus haut…
  • WA : Wide angle. Ce sont des oculaires à champ large (70° environ). En France, on trouve des marques comme skywatcher à 60-70€ et des Antares W70 à 85€ (120€ pour le 25mm).
  • LER : Long eye relief . Plus le relief est élevé, plus l’oculaire est confortable. Cela permet aussi de garder ses lunettes pour regarder dans les courtes focales. Ils sont un peu plus chers que les plössl standards.
  • Barlow : Permet de doubler la focale du tube (ou de diviser par 2 celle de l’oculaire…). On trouve un très bon modèle chez Skywatcher à 40€ (série apo). D’autres marques en propose à 50-70€ voir beaucoup plus pour d’excellents modèles.
  • USA : Endroit où les oculaires Antares W70 sont vraiment pas chers… Même prix qu’un plössl chez nous et pratiquement deux fois moins cher qu’un Antares en France.


Recommencer une config à partir de zéro

Mon cahier des charges est le suivant : couvrir les 4 domaines, si possible sans barlow, avec un max de champ, le tout avec un budget de 5 unités. Un plössl coûte 1 unité, un WA 2 unités et une barlow 1 unité. Je considère aussi que le LER coûte 1 unité même s’ils sont un peu plus chers que les plössl.

L’idéal serait bien sur d’avoir tout en WA…

Le 130/900 est généralement fourni avec des oculaires 10 et 25mm. Parfois un barlow. Mais ce matos, même s’il est suffisant pour débuter, n’est pas de très bonne qualité. Je les exclue donc des configurations considérant qu’on repart de zéro.


130/900 Config 1 – Polyvalente grand angle

  • 25 mm WA
  • 8.6 ou 10 mm WA
  • Barlow X2

Avantage : Du grand angle et tous les domaines ! Inconvénient : Le 25 mm WA plus cher que les autres. Légère perte de luminosité due à la barlow. Attention au 8.6mm (par rapport au 10mm) : ça peut ne pas être suffisamment lumineux pour le ciel profond.


130/900 Config 2 – Ciel profond

  • 32 mm Plössl
  • 19-20 mm WA
  • 12.5 mm Plössl (éventuellement LER pour plus de confort)
  • Barlow X2

Avantage : Grande couverture de ciel profond Inconvénient : Planétaire limité à x144. Légère perte de luminosité due à la barlow.


130/900 Config 3 - Polyvalente sans barlow

  • 32 mm Plössl
  • 15 mm Plössl WA
  • 10 mm Plössl ou LER
  • 5 mm LER (je déconseille le plössl car le eye relief est très petit)

Avantage : Bonne couverture en ciel profond et planétaire Inconvénient : Peu de grand angle

Commencer avec le matériel fourni

Supposons maintenant que l’on démarre avec les 10mm et 25mm fourni. Excluons la barlow car elle est vraiment, mais vraiment pourrie… Enfin, la mienne l’est en tout cas.


Objectif : D’abord planétaire puis ciel profond

La barlow étant trop mauvaise, il faut donc acheter un oculaire de courte focale. Si le WA est trop cher, on trouve des long eye reilef (champ comme un plössl mais plus confortable) de qualité correcte et de prix pratiquement équivalent aux plössl.

Achat d’un 5 mm (WA, LER ou plössl suivant budget)


Bon, pour le planétaire ça y’est. Maintenant le ciel profond. On a déjà un 10mm pour le ciel profond lumineux et un 25mm pour le ciel profond large. Je propose 2 options:

Achat d’un 19mm WA.

  • Avantage : bonne qualité, grand champ et très polyvalent
  • Inconvénient : un peu redondant avec le 25 mm pour le champ couvert

ou

Achat d’un 32 mm plössl ET d’un 20 mm plössl

  • Avantage : Couverture du ciel profond. Le jour ou on achète une barlow, c’est encore mieux !
  • Inconvénient : moins confortable qu’un grand angle


Objectif : D’abord ciel profond puis planétaire

On part ici du principe qu’on aime les galaxies, les amas…

Achat d’un 25mm WA

  • Avantage : Ouaaaah ! Les grands champs !
  • Inconvénient : redondance avec le 25 mm fourni. 25 mm WA plus cher que les autres.

Bon, maintenant on va faire une petit truc : du ciel profond et du planétaire en un seul achat

Achat d’une barlow X2

  • Avantage : on accède au 12.5mm grand champ (grâce au 25 mm WA) et au 5mm (grâce au 10mm fourni)
  • Inconvénient : Légère perte de qualité due à la barlow. Planétaire moyen

Par la suite, on peut aussi acheter un 10mm WA pour remplacer celui existant et accéder ainsi à un 5mm pour le planétaire en grand angle !

Achat d’un 10mm WA

  • Avantage : Tous les domaines couverts en grand angle
  • Inconvénient : c’est dommage que l’antares W70 n’existe pas en 10mm mais en 8.7mm. Reste à voir si ce 8.7mm est exploitable en ciel profond.

Dans les deux cas (planétaire et ciel profond), on peut bien sur acheter un équipement à la fois.


Conclusion

Chacun aura certainement une config préférée. Le but de ce tutorial n’est certainement pas de trouver LA config idéal. Mais après avoir étudié tout ça, je me suis rendu compte qu’une config vraiment sympa pour ce télescope était la suivante

  • 10 mm WA (n’existe pas en Antares W70 mais d’autres marques en ont)
  • 25 mm WA
  • Barlow X2

On remarque que les focales sont celles fournies avec le télescope… Alors oui, il y a redondance. Mais il y a aussi un énorme gain de qualité et de largeur de champ.

Il est dommage que l’antares W70 n’existe pas en 10mm mais en 8.7mm… Mais avec une telle config, on accède à toutes les possibilités d’observation avec un budget limité. (160€ aux USA…).