MP #204 : bien débuter en astrophotographie

Quel photographe n’a jamais rêvé d’imager le ciel étoilé ? L’astrophotographie est une discipline qui demande beaucoup d’investissement personnel, mais qui est d’une richesse incroyable.

Personnellement, je croyais savoir pas mal de choses en optique et en photo en général, mais lorsque je me suis sérieusement mis à l’astrophoto, j’ai découvert que je ne savais au final pas grand-chose ! Oh, Socrate, que tu avais raison !

Vous plonger dans les splendeurs de la nuit et du ciel profond vous fera découvrir que l’univers n’est pas noir, qu’il recèle de milliers de merveilles et vous fera mettre fin à des dizaines d’idées reçues.

© Guillaume Seigneuret

C’est également une pratique noble qui « augmente vos sens » ! En effet, alors que dans la photo diurne, l’appareil capte une partie de ce que perçoit votre œil, en astrophoto, il est capable de mettre en image ce que votre œil ne sera jamais à même de percevoir. L’astrophoto est également un moyen de se ressourcer en profitant du calme de la nuit !

Après un article d’introduction pour vous permettre de photographier la voie lactée et les étoiles, nous allons voir dans ce Mercredi Pratique comment bien se préparer pour faire de l’astrophotographie, en passant par le matériel photo (appareil, objectif, monture et trépied), les notions essentielles à connaître pour la prise de vue et le passage obligatoire par la case du traitement de la photo afin d’obtenir une photo astro finalisée.

Le matériel pour bien commencer en astrophotographie

Vous pouvez obtenir des résultats saisissants avec le matériel que vous possédez déjà dans vos sacs photo ! Oubliez les idées reçues qui tentent à dire qu’il faut un télescope pour prendre de superbes photos des objets du ciel profond.

Que peut-on espérer obtenir avec du matériel diurne classique ?

La plupart du temps on a tendance à penser que les galaxies ou nébuleuses sont très petites et qu’il faut une très longue focale pour les apercevoir. Il n’en est rien. Le problème est que ces objets sont très faiblement lumineux et que l’oeil humain n’est pas assez sensible pour les voir. On pense alors que si on ne les voit pas c’est parce qu’ils sont petits.

Le meilleur exemple est la galaxie d’Andromède. Elle possède une taille apparente dans le ciel de 7 fois le diamètre de la lune ! Elle est seulement 60x moins lumineuse ! Il suffira alors d’un objectif de 50mm pour bien la voir.

Cet exemple n’est pas isolé, dans le ciel boréal (notre ciel de l’hémisphère Nord), il y a une bonne trentaine d’objets tous plus impressionnants les uns que les autres qui peuvent parfaitement se faire tirer le portrait à moins de 100mm.

Nébuleuse trifide et nébuleuse de la lagune, multiples amas et voie lactée – EOS 5D mk III @70mm f/4, 60 minutes de pose. – © Guillaume Seigneuret

Nébuleuse du coeur et de l’âme EOS 50D défiltré @200mm f/4, 60 minutes de pose – © Guillaume Seigneuret

Nébuleuse de l’Amérique du nord et du pélican EOS 50D défiltré @70mm f/4, 60 minutes de pose. – © Guillaume Seigneuret

Choix de l’appareil photo pour de l’astrophotographie

On peut faire de l’astrophotographie avec n’importe quel appareil diurne dès lors qu’il a la capacité à faire une mise au point manuelle. S’il peut faire des expositions de plus de 30 secondes, c’est encore mieux, mais pour commencer on fait rarement des poses plus longues, car elles sont plus difficiles pour un tas de raisons que nous évoquerons dans la suite de l’article.

Ce qui est très rassurant c’est qu’en astrophoto, les appareils haut de gamme ne s’en tirent souvent pas mieux que des reflex d’entrée/milieu de gamme. Ou si c’est le cas, ils ne sont que très peu avantagés.

Le point embêtant c’est le filtre IR (infrarouge) de ces boîtiers. En effet, de jour il est important d’avoir un filtre IR devant le capteur pour éviter qu’il ne sature à cause de l’immense quantité de ces photons. Le problème c’est qu’ils ne sont pas très précis et mangent une petite partie du rouge visible très important en astro : le H alpha, un rouge sombre massivement émis par de magnifiques nébuleuses.

Ce filtre absorbe entre 70 et 90% du Ha selon les modèles et il faudra donc poser entre 3 et 5x plus longtemps pour faire ressortir les nébuleuses. Il est néanmoins possible de modifier la plupart des reflex soit vous-même si vous êtes bricoleur, soit par un professionnel qui remplacera le filtre par un plus précis qui bloque toujours les IR mais ne bloque pas les rouges sombres visibles. Le coût d’une telle opération est entre 250 et 500€ suivant le modèle de votre appareil photo et si vous voulez faire apposer un filtre de remplacement. Pour ma part, j’ai transformé mon vieil EOS 50D en retirant le filtre et il a trouvé une seconde jeunesse.

Les appareils à gros photosites

Beaucoup ont commencé à faire de l’astrophoto avec des Canon EOS 350D parce qu’il n’y a que 8 Mpx sur la surface de ce capteur APS-C. Il est donc assez sensible. Si vous le possédez déjà ou que vous avez un budget très serré, il est toujours un bon candidat pour commencer. Bien sûr, les capteurs se sont améliorés au fil des générations et sont devenus de plus en plus sensibles.

Les bons appareils petit budget :

Les très bons appareils numériques pour l’astro :

N.B pour les full frame : à moins que vous ne souhaitiez faire de la photo diurne en plus ou que vous possédiez déjà ces APN, n’achetez pas ces appareils pour l’astrophotographie uniquement. Ils sont très chers comparés à des caméras dédiées astrophotographie et sont bien moins bons. Exemples si vous souhaitez aller plus loin : ZWO ASI 1600 ou QHY 163M.

Choix des objectifs

Quel objectif utiliser pour de l’astrophotographie ? La règle est simple : il faut l’objectif le plus ouvert possible, ce qui permettra de réduire de manière significative la durée d’exposition totale. En général, pour faire une belle photo astro en grand champ, il faut a minima 30 minutes d’exposition avec un objectif ouvert à f/2.8. Pour le même résultat à f/4 il faudra 1h, 2h à f/5.6, 4h à f/8.

Donc à moins que vous ne soyez très patient et aimiez les longues soirées nocturnes, prévoyez un objectif à f/4 minimum.

L’astrophoto met en lumière tous les défauts de vos objectifs. Si vous croyez que votre objectif est très piqué parce que de jour il produit de superbes images, vous pourriez être déçu avec votre première photo astro. En effet, les étoiles formants de petits points ponctuels très lumineux font ressortir les diverses aberrations (coma, astigmatisme, aberrations chromatiques, vignetage). Suivant la qualité finale que vous attendez, il sera donc probablement nécessaire de fermer d’un ou deux diaphragmes votre objectif pour en tirer la meilleure qualité.

Un compromis sera donc à faire en fonction du temps d’exposition que vous avez devant vous. Si vous savez que vous n’avez que 30 minutes devant vous et que vous avez un objectif avec une ouverture maximale à f/2.8, tant pis pour les aberrations, la photo sera plus jolie avec quelques aberrations qu’avec un bruit irrécupérable qui rend la photo totalement inexploitable, surtout qu’il sera souvent possible de recadrer pour retirer les bords qui sont souvent les zones les plus problématiques.

Commencez avec des objectifs grand-angles (entre 17 et 35mm). Ils pardonnent les erreurs de suivi et permettent d’englober une quantité faramineuse d’objets de taille moyenne qui se remarquent déjà très bien !

Choix d’une monture

La monture avec suivi sera le choix obligatoire si vous souhaitez obtenir des photos de grande qualité et que vous allez superposer vos images. Il existe pléthore de montures, j’irai donc ici à l’essentiel en proposant les meilleurs rapports qualité/prix pour commencer.

La question du type de monture ne se pose pas en photo. Il vous faut une monture équatoriale, soit une planche équatoriale (rare, souvent de construction amateur), soit une monture dite allemande.

La monture équatoriale dispose d’un axe de rotation parallèle à l’axe de rotation terrestre. Contrairement à une rotule standard, la rotule équatoriale va suivre l’astre lors de son parcours, permettant d’obtenir des images nettes, qui compensent la rotation de la voûte céleste liée à la rotation de la Terre.

Monture équatoriale

Si vous voulez être nomades, d’excellentes petites montures allemandes existent à prix très honnête, et vous permettront d’obtenir des résultats très probants jusqu’à des focales de 300mm. Leur autre avantage est leur extrême portabilité qui vous permettra de les emmener en voyage avec vous sans trop vous soucier du surpoids de vos bagages.

Monture allemande Skywatcher Star Adventurer et Vixen Polarie

Vixen PolarieEmport : 3kgPoids : 740gPrix : 375 €

Skywatcher Star Adventurer (monture allemande)Emport : 5kgPoids : 1.2 kgPrix : 349 €

En plus de la limitation de focale, vous aurez une limitation de poids d’emport, soit le poids que vous pouvez mettre dessus. La Vixen Polarie est limitée à 3kg et la Star Adventurer à 5kg. Dans ce poids il faut tout compter, la petite rotule que vous mettez par dessus, la télécommande, les éventuelles résistances chauffantes pour lutter contre l’humidité. Le poids monte très vite.

Il vous faudra quelques nuits d’acclimatation pour les maîtriser, car pour obtenir de bons résultats avec, il vous faudra savoir faire un alignement polaire précis. Plus la focale est longue, plus la densité de pixels est importante, plus la durée d’exposition est longue et plus l’alignement devra être précis. Pour commencer, faites donc vos armes avec des focales inférieures à 50mm, les imprécisions seront gommées par la résolution de l’image.

Attention ! Pour ces montures il vous faudra posséder un trépied photo de bonne qualité ayant une forte capacité d’emport de charge (8 à 10 kg) et si possible absorbant les vibrations. Les trépieds en carbone ou en bois sont excellents pour ça, cf la partie suivante.

N.B : En astronomie on exprime la résolution (ou échantillonnage) en seconde d’arc par pixel.

Les montures présentées plus haut suivent le ciel avec une erreur approximative de + ou – 20″ d’arc sur une période d’une dizaine de minutes.

Un EOS 450D monté d’un objectif de 50mm aura une résolution d’environ 22″ d’arc/pixel donc vous pourrez exposer autant de temps que vous le souhaitez sans risquer de voir apparaître des étoiles allongées et des objets flous.

Un EOS 450D monté d’un objectif de 135mm aura une résolution d’environ 7″ d’arc/pixel donc vous pourrez faire des poses d’environ 3 minutes.

Un EOS 450D monté d’un objectif de 300mm aura une résolution d’environ 3,5″ d’arc/pixel et là vous serez limité à des poses d’une minute voir moins, avec probablement quelques déchets de-ci de-là.

Choix d’un trépied pour monture de voyage

Voici trois trépieds que je vous conseille pour soutenir votre matériel astro :

Si vous souhaitez directement investir dans des montures de plus gros calibre, qui possèdent un suivi de meilleure qualité et qui permettent un emport de poids plus conséquent, voici quelques modèles incontournables qui disposent de leurs propres trépieds :

L’astrophotographie revient très vitre chère dès lors que l’on souhaite obtenir d’excellents résultats (mais vous y êtes habitués puisqu’il en va de même pour la photographie diurne). Les montures Skywatcher sont des montures de conception et fabrication chinoise qui rivalisent par leur rapport qualité/prix. Il faut compter environ 100€ par kilo embarqué contre 350€ par kilo pour les montures italiennes / américaines / autrichienne / japonaises, etc. Néanmoins, ces montures de qualité d’usinage sont correctes sans plus et il faudra avoir recours à du bricolage pour en obtenir les meilleures performances.

La qualité est inégale d’une monture à l’autre et vous pourrez entendre dire de la part d’une personne que sa monture est impeccable depuis le déballage comme une autre personne dire que sa monture n’est bonne à rien et qu’il aura fallut la démonter pour la régler, pour changer un engrenage ou autre afin qu’elle fonctionne correctement.

J’ai donc volontairement inclus dans la liste une monture italienne (l’Avalon) qui est d’une qualité de fabrication impeccable et qui offre des résultats parfaits sans avoir à se poser de questions. Évidemment, il faudra débourser près de 2000€ de plus pour avoir cette sérénité.

N.B : Si vous souhaitez acquérir une monture d’occasion, vous serez plus serein si vous optez pour une monture Japonaise type Takahashi, monture italienne type Avalon, monture américaine type 10micron ou Gemini, monture autrichienne type ASA. Si vous voulez prendre une monture chinoise (Skywatcher, iOptron) d’occasion, demandez un bulletin de contrôle, des courbes d’autoguidage récentes ou mieux un essai de la monture. En effet, ces montures vieillissent assez mal.

Notions essentielles pour bien réussir ses clichés astro

Votre appareil photo numérique vous permet de capter bien des choses qui sont hors de portée de votre œil. Néanmoins, pour obtenir des résultats sans défauts, il va falloir un peu faire connaissance avec votre capteur.

Si les notions de bruit de lecture (read noise) et de bruit thermique (dark noise) vous sont inconnues, oubliez tout ce que vous croyez savoir sur les réglages ISO. Nous allons découvrir dans cette section comment tirer le meilleur de votre appareil photo la nuit.

Comprendre le comportement du capteur

Un capteur est comme un seau d’eau qui se rempli un jour de pluie, sauf qu’au lieu de collecter de l’eau il collecte de la lumière. Comme le seau, il a une contenance et une taille.

Plus les photosites de votre capteur sont gros, et plus il sera sensible. Autrement dit, suivant la surface (µ 4/3, APS-C, APS-H, Full Frame), plus il a de mégapixels, moins il est sensible. C’est l’équivalent du diamètre du seau.

Plus la dynamique est importante, et plus sa capacité à recueillir de la lumière est importante. C’est l’équivalent du volume du seau. (Si on veut poursuivre, l’objectif optique sera considéré comme un entonnoir au-dessus du seau, plus il est ouvert et plus l’entonnoir sera de grand diamètre).

C’est tout. Le réglage ISO ne permet pas de recueillir plus de lumière, c’est juste un paramètre qui va changer la façon dont vous videz votre seau une fois que vous pensez être satisfait de la quantité d’eau recueillie.

Lors du vidage, vous allez :

À la fin vous pourrez constater un rendement. À savoir une quantité réellement recueillie sur quantité reçue. En photo on appelle cela le rapport signal/bruit (SNR – Signal to Noise Ratio). Si par jour de grande pluie (photo de jour), vous récoltez une grande quantité d’eau et peu d’impuretés, il est facile d’avoir un bon rendement.

De nuit, c’est comme si on essayait de remplir le seau avec la rosée du matin. C’est long, c’est difficile et la quantité d’impureté face à la quantité d’eau recueillie va être bien plus importante. L’objectif est donc d’obtenir le meilleur rapport signal/bruit.

Prenez toujours vos photos en RAW, le Jpeg ou tout autre format de compression supprime une grande quantité de signal utile qui n’apparaît pas forcément sur l’écran de l’appareil.

Le bruit de lecture

Le bruit de lecture (ou read noise) est caractérisé par les erreurs de lecture du capteur quand l’obturateur se ferme. C’est équivalent à la capacité à verser le contenu du seau précisément dans des bouteilles sans en mettre à côté.

Chaque capteur à son comportement qui lui est propre, et ne bouge que très peu au cours de la vie de l’appareil.

Cette erreur est fonction du réglage ISO. Comme les constructeurs de reflex numériques conçoivent leurs appareils pour les photos de jour, ils se moquent pas mal des erreurs de bruit de lecture, puisqu’il est très négligeable dans une scène en pleine lumière. Ainsi à bas ISO le bruit de lecture va être très important. Il va rapidement chuter en montant les ISO puis stagner.

Pour en savoir plus sur VOTRE capteur, se rendre sur le site Photons to Photos (en anglais).

On serait donc tenté d’utiliser des ISO très haut. Mais voilà, en augmentant les ISO, on diminue la dynamique et la sensibilité aux couleurs du capteur.

C’est le paramètre le plus important, il faudra autant que faire se peut se positionner au réglage ISO engendrant le moins de bruit de lecture mais en conservant une bonne dynamique et une bonne sensibilité des couleurs.

Une photo type bias dont les courbes ont été étirées (mise en évidence du bruit de lecture du capteur)

Le bruit thermique

Votre capteur est un composant électronique alimenté par de l’électricité. Comme (presque) tout composant électrique, il chauffe et se perturbe lui-même. Ceci donne lieu au bruit thermique (ou bruit de dark).

Les paramètres qui jouent sur le bruit thermique sont la durée d’exposition et les ISO. Plus les ISO sont hauts, plus le bruit thermique est élevé. Plus la durée d’exposition est longue, plus le bruit thermique est élevé.

Contrairement au bruit de lecture qui reste le même photo après photo, le bruit thermique bouge aléatoirement sur la photo et est dépendant de la température extérieure. Ainsi, si on prend suffisamment de photos et qu’on les superpose, le bruit thermique va disparaître. C’est la notion clé ! Prendre plein de photos pour faire disparaître le bruit thermique et engranger un maximum de vrai signal !

Brute (1 photo de 60″)

Intégration de 3h de poses (180×60″)

Vous allez me dire : mais alors combien de photos dois-je prendre ?

Et là je vous réponds comme d’habitude … ça dépend.

Ça va dépendre de :

Au minimum il faudra compter 30 minutes de pose. Il n’y a pas de maximum même si au bout de 8 à 15h votre appareil ne sera plus capable de rendre beaucoup plus d’information.

Par exemple :

C’est bon, j’ai 100 photos ! Et maintenant j’en fais quoi de ces 100 photos !?

Traitement de la photo en astrophotographie

Le traitement photo est un sujet tellement vaste qu’il faudrait plusieurs articles pour couvrir le sujet. Je vais donc tenter de vous aiguiller au mieux de manière concise.

En astrophotographie, comme expliqué plus haut, on privilégie la prise de vue multiple à une pose très longue. Il faut donc empiler les photos pour obtenir une image finale. Vous pourrez utiliser différents logiciels, donc voici les plus utilisés.

Pour traiter les photos, certains logiciels ont été développés avec un traitement particulier pour l’astrophotographie.

Bias, Dark et Flat pour améliorer le rendu final en astrophotographie

Les bias, darks et flats ne sont jamais absolument nécessaires mais peuvent augmenter de manière significative le rendu final de votre photo.

Réaliser des BIAS

Afin d’éliminer une partie du read noise, il est possible de réaliser une suite de photos ne comportant que le bruit de lecture. On appelle ça un master BIAS ou un master OFFSET.

Pour l’obtenir, il faut réaliser une suite d’une centaine de clichés, dans le noir (avec le capuchon de l’objectif ou de l’APN) avec les paramètres ISO utilisés lors de la prise de vue et avec une obturation à la vitesse maximale de l’appareil.

Il faut ensuite les empiler un peu comme on empile les photos de sa prise de vue.

Il n’est pas nécessaire de les refaire à chaque fois, le bruit de lecture étant constant tout au long de la vie de l’APN, et n’étant dépendant que du réglage ISO.

Réaliser des DARKS

Afin de réduire le bruit thermique (ou pour retirer quelques imperfections propres au capteur), il est possible de réaliser un master DARK.

Pour l’obtenir, il faut réaliser une suite d’une trentaine de clichés (dans le noir, idem que pour les BIAS) avec les mêmes paramètres ISO, la même durée que lors de la prise de vue, et surtout la même température.

La réalisation des Darks est très contraignante mais peut sauver une prise de vue sous-exposée.

Réaliser des FLATS

Pour les puristes, et afin d’éliminer les effets de vignetage, les poussières sur l’objectif et/ou le capteur, il est possible de réaliser un master FLAT.

Pour l’obtenir, il faut réaliser quelques clichés avec une lampe homogène devant l’objectif utilisé pendant la prise de vue, avec les mêmes paramètres d’ouverture.

Personnellement je ne les fais jamais, car cela nécessite une logistique importante, et si on est soigneux avec son matériel (donc qu’on élimine l’aspect poussière), le vignetage se corrige plutôt facilement en post-traitement.

Pour l’empilement des DARK, BIAS, FLAT, vous pouvez utiliser Deep Sky Stacker ou bien PixInsight.

Conclusion

En une phrase : « Soyez persévérants ! » Si en photo diurne on peut réaliser des photos « chance », en astrophoto, toute photo réussie est le fruit d’un dur labeur. Mais quelle récompense !

Comme disait Corneille, « à vaincre sans péril, on triomphe sans gloire. »