Photographier la granulation du soleil en lumière blanche: Quel matériel utiliser ?
Photographing the granulation of the sun in white light: What material to use?

Certes. La photographie en Ha est sans conteste la méthode la plus performante pour observer les détails du disque solaire. Seulement voilà, les instruments spécialisés dans ce domaine affichent des prix prohibitifs, les rendant inaccessibles à la majeure partie des astronomes amateurs…

Aussi, je propose d’aborder une approche alternative, la photographie dite « en lumière blanche ». Tout comme le Ha, elle permet de réaliser de belles images du soleil, et sera particulièrement utile pour immortaliser une éclipse solaire, le transit de Mercure ou Vénus devant l’astre du jour, ou bien encore suivre le développement de taches solaires. Elle peut même, avec un minimum de maîtrise, révéler le « bouillonnement » des granules tapissant le disque solaire. Mais pour cela, il est nécessaire de connaître quelques notions essentielles que je vous propose d’aborder dans les lignes qui vont suivre…

Mais avant cela, je ne peux aborder un tel sujet sans rappeler les dangers liés à l’observation du soleil.

Le flux intense de la lumière solaire dans le visible mais surtout dans l’infrarouge risque de provoquer des lésions oculaires irréversibles. Notre rétine est insensible à la douleur, mais elle est très fragile. Aussi, ne jamais regarder directement le soleil, ni à l’œil nu, ni au travers d’un instrument, sans un filtre spécifique. Ces filtres doivent également être parfaitement opaques aux IR et aux UV.

Qu’est ce que la granulation, et à quoi est’ elle due ?

Les granules sont visibles à la surface du soleil (photosphère) sous la forme d’une trame constituée d’une multitude de grains brillants cerclés de fines séparations plus sombres, les intergranules.

Les zones claires sont en fait des cellules de plasma chaud et ascendant (convection). Cette matière s’élève et retombe en périphérie et alimente alors les zones d’intergranules en se refroidissant…

N’étant pas directement liés à l’activité du Soleil et à ses perturbations les plus importantes (protubérances), ils constituent ce que l’on appelle communément le « Soleil calme »

Leur taille moyenne est de l’ordre de 1 000km, mais celle ci varie de quelques centaines à près de 2 000km.

Leur durée de vie est elle aussi variable. Les travaux de Chevalier (1908)

sur le sujet nous apprennent qu’elle est de l’ordre 5 mn en moyenne.

Comment filtrer la lumière ?

Pour une observation visuelle, il est nécessaire de filtrer la lumière de manière drastique, en positionnant à l’ouverture de l’instrument un filtre spécifique qui ne laissera passer que 1/100000^ème du flux lumineux.

Placé à l’avant de l’instrument, avant toute concentration du faisceau lumineux, celui ci ne risque pas de surchauffer contrairement aux filtres placés à l’oculaire qui eux, peuvent se fissurer sous l’effet de la forte chaleur et se trouvent, par conséquent, extrêmement dangereux. Ces filtres doivent être parfaitement opaques aux IR et aux UV.

En photographie, le principe de filtrage reste identique. La seule différence tient au fait que nous filtrerons la lumière 10 fois moins, avec un taux de 1/10000 seulement, le but étant de réduire considérablement le temps de pose, afin de figer l’image et gagner en netteté.

De ce fait, l’image reste extrêmement lumineuse et donc potentiellement dangereuse en visuel ! C’est pourquoi ces filtres sont exclusivement réservés à une utilisation photographique !

Différents filtres à pleine ouverture existent.

Les filtres en verre traité sont à déconseiller. Leur lame de verre n’est pas polie optiquement ce qui a pour effet de dégrader fortement la résolution de l’image.

Source: Optique Unterlinden

Par contre, les filtres à base de feuille de mylar, tel le célèbre «  Astrosolar » proposé par la marque Baader-planétarium génère une image quasi-parfaite. Ces filtres, sont néanmoins à manier avec grande précaution, car ils sont extrêmement fins et fragiles.

Si vous souhaitez acheter ce produit, veillez à choisir la bonne densité en fonction de son utilisation : densité 5 (1/100000^ème ) pour le visuel, ou bien densité 3,8 (1/10000) pour l’imagerie.

Lunette ou télescope ?

L’utilisation d’une lunette est préférable. A diamètre égal, une lentille optique offre un meilleur piqué (acutance) qu’un objectif à miroir.

Soyez attentif néanmoins à la qualité optique de la lunette, et préférez une lunette apochromatique à une lunette achromatique, avec si possible des verres dits « ED » ou équivalents.

Quel diamètre ?

Nous abordons ici, l’aspect peut être le plus important du sujet…

Celui ci devra être suffisamment important…

La résolution d’un instrument étant directement liée au diamètre de celui ci, l’objectif devra en conséquence être de taille suffisante pour révéler les fins détails que constitue la granulation du soleil.

Il faut savoir que la taille angulaire d’un granule est de l’ordre d’ une seconde d‘arc. Il faut un objectif d’au moins 120mm pour résoudre un détail de cet ordre.

R=0.252 X λ / Ø

où:
λ = longueur d’onde de la lumière en nm

Ø = diamètre de l’optique en mm

Pour rappel, les longueurs d'onde en RVB sont:
Rouge: 650 nm
Vert : 550 nm
Bleu : 450 nm

R=0,252 X 550 / 120 = 1,15

Mais alors, vous me direz :

Très bien, alors plus le diamètre de l’instrument est important, meilleure est la résolution, et meilleur sera le résultat ?

Et bien non, par forcement, et voici pourquoi :

Mais pas trop…

Afin de déterminer le diamètre optimal de l’instrument, il faut également prendre en compte les effets de la turbulence.

A focale constante, si nous observons les effets de la turbulence et que nous augmentons le diamètre de l’instrument, nous constatons que les effets de la turbulence seront de plus en plus marqués et gênants.

A l’inverse, si nous réduisons le diamètre, nous observons alors qu’en deçà d’une certaine limite, l’image deviendra parfaitement stable. Il s’agit du paramètre de Fried. Nous savons qu’il est de l’ordre de 30mm en plaine. Il augmente bien sûr avec l’altitude, pour atteindre 200mm dans les sites privilégiés situés en altitude (Pic du Midi, etc…)

Dans la pratique, nous employons des objectifs dont le diamètre équivaut à 3 fois ce paramètre.

Ainsi, les calculs théoriques montrent clairement qu’il est malheureusement inutile de dépasser un diamètre supérieur à 90mm en plaine. L’utilisation d’un diamètre supérieur améliorerait la résolution, mais celle ci serait contrecarrée par les effets néfastes de la turbulence. Nous sommes alors loin des 120mm nécessaires à la résolution des granules.

Mais vous l’aurez compris, la seule solution consiste à monter en altitude, afin de pouvoir utiliser un plus grand diamètre et profiter pleinement de sa résolution.

Quelle focale?

Une fois votre diamètre optimal déterminé (en fonction de votre lieux d’observation), vous avez la possibilité de jouer sur la focale en ajoutant ou non une lentille de barlow.

Les conséquences seront de modifier le grossissement, le champ visuel, et l’échantillonnage.

Veillez donc à ce que le champ résultant corresponde au cadrage souhaité (vue générale du Soleil, ou bien champ extrêmement resserré sur une tache solaire par ex…).

Mais le plus important est de veiller à respecter les règles d’échantillonnage afin de vous approcher au plus près des capacités de résolution de votre instrument. Pour plus d’explications sur l’échantillonnage, je vous invite à consulter l’article « Notions d’ Echantillonnage » sur ce même site…

Appareil Photo ou Camera CCD ?

L’utilisation d’un APN de type reflex peut se justifier par leur facilité d’emploie et surtout leur autonomie énergétique dans le cas d’astrophotographie nomade.

Néanmoins, il faut savoir que les meilleures images de la granulation se prennent dans la bande moléculaire à 430,5nm. Seules les caméras CCD en version monochrome permettent d’isoler une bande spécifique du spectre électromagnétique, aussi c’est vers ces dernières que je vous conseille de vous tourner.

Filtre ou pas filtre ?

Afin d’isoler la bande passante à 430,5nm, et obtenir un contraste optimal des granules, l’utilisation d’un filtre bleu est nécessaire. La firme Baader propose un modèle parfaitement adapté avec un très bon rapport qualité/prix.

Fitre Baader 435nm
Source: Astro-Shop.fr

Celui ci, associé à l’utilisation d’un capteur monochrome, permettra d’isoler parfaitement la bande passante qui nous intéresse.

Comment tenter de déjouer les méfaits de la turbulence?

La meilleure approche consiste à réaliser une rafale d’une vingtaine ou trentaine d’images de quelques millièmes de secondes afin de figer la turbulence. La turbulence étant quasi-permanente, beaucoup d’entre elles auront subit les affres de la turbulence, et seront inexploitables. Mais, un examen des clichés un à un permettra de choisir le cliché le plus net, et peut-être …enfin le cliché attendu. Ce type de travail nécessite beaucoup de patience, mais votre persévérance devrait finir par payer.

Quand réaliser mes clichés?

Il est grandement préférable de réaliser ses clichés en matinée. Les écarts thermiques sont alors minimisés, le soleil n’ayant alors pas eu le temps de chauffer le sol et de générer des mouvements convectifs des masses d’air.

Il faut également savoir que la période du printemps est beaucoup plus propice à des masses d’air stable.