Logo




 Un site d'astronomie dédié à l'imagerie CCD
 
  AccueilCourrielInfo  
 
Temps de pose maximum par photo en fonction de la pollution lumineuse
    L'éclairage artificiel de nos villes affecte beaucoup la noirceur du ciel. Il est de plus en plus difficile de trouver des sites d'observation sans pollution lumineuse. Pour l'observation et la photographie du ciel profond, il est recommandé de trouver un site le moins pollué possible. Pour l'observation et la photographie des planètes, on peut le faire en pleine ville, car ces objets sont très lumineux.

Avant d'évaluer le temps pose maximum par photo en fonction de la pollution lumineuse, il faut connaître l'importance de la pollution lumineuse de son site d'observation. Aussi, il faut déterminer l'intérêt d'utiliser un filtre antipollution lumineuse. Ensuite, on pourra entreprendre l'évaluation du temps de pose maximum afin d'éviter de surexposer le fond du ciel.

Évaluation de la pollution lumineuse de son site d'observation

Magnitude visuelle des objets du ciel profond

Les livres d'astronomie et les planétariums présentent la magnitude visuelle (dont l'acronyme est mv ou V) des objets du ciel profond. C'est une mesure qui définit la brillance de l'objet. Par exemple, la galaxie Andromède (M31) à une magnitude visuelle de 3,4 (plus le chiffre est petit, plus l'objet est lumineux). C'est la galaxie la plus brillante du ciel boréal. L'évaluation qui sera présentée ci-dessous présentera la magnitude limite (minimum) observable selon la pollution lumineuse du site d'observation. Aussi, il faut connaître la magnitude limite visuelle de son télescope ou lunette. Elle se calcule par la formule suivante :

2,1 + 5 * Log D

D étant le diamètre du télescope en millimètre. Il vous faudra donc une calculatrice scientifique pour faire le calcul pour votre instrument d'observation.

Voici donc la magnitude limite visuelle selon le diamètre des télescopes ou lunettes suivants :
 
Diamètre Magnitute
limite visuelle
Ajout
Astrophoto
Magnitude
limite astrophoto
432 mm (17 pouces) 15,28 1 16,28
356 mm (14 pouces) 14,86 1 15,86
280 mm (11 pouces) 14,34 1 15,34
203,2 mm (8 pouces) 13,64 1 14,64
102 mm (4 pouces) 12,14 1 13,14
80 mm (3,15 pouces) 11,62 1 12,62

La magnitude limite visuelle de l'oeil humain (sans télescope) est de 6, considérant le diamètre maximum de la pupille de 6 mm. Celle-ci diminue avec l'âge de l'observateur (la pupille se dilate moins). Il est à noter que les magnitudes limites visuelles des instruments ci-dessus sont celles obtenues lorsque l'oeil humain regarde à travers le télescope. Les magnitudes limites visuelles des instruments ont donc été calculées avec un oculaire qui donne une pupille de sortie de 6 mm, soit le même diamètre maximum que la pupille de l'oeil humain.

En astrophotographie, la magnitude limite sera un peu plus élevée. Mais, il n'existe pas une formule précise pour la déterminer, car elle dépend (en plus du diamètre du télescope) de la sensibilité des matrices CCD ou CMOS et du temps d'exposition. Selon mon analyse que j'ai effectuée de mes images de l'amas globulaire M13, de la galaxie du Tourbillon M51 et de la galaxie de l'Aiguille NGC4665, prises à un site sans pollution lumineuse, il y avait de faibles galaxies dans ces images. Le diamètre des télescopes était de 431 mm (17 pouces), avec des focales différentes (f/6,8 et f/4,50) et des temps d'exposition différents en Bin 1x1 et Bin 2x2, soi une grande variété de temps d'exposition et de focales. Les petites galaxies résolues avaient une magnitude de 16, dont deux un peu plus, soit un peu plus que la magnitude limite visuelle de l'instrument qui est de 15,28 (voir ci-dessus). On peut donc considérer que la magnitude limite de l'instrument utilisé en astrophotographie offre une magnitude additionnelle. Donc, en respectant les magnitudes limites en astrophoto des instruments mentionnés ci-dessus, la résolution de l'image sera plus assurée pour ces magnitudes faibles.

Évaluation de la pollution lumineuse

Voici la carte de pollution lumineuse mondiale qui vous permettra d'afficher l'évaluation pour votre site d'observation :

https://www.lightpollutionmap.info/

Pour la photographie du ciel profond, voici la description de la charte de couleur :
   
Couleur
Bortle  Situation
Magnitude
Limite
Description
 
  1 Ciel sans pollution lumineuse > 17 On peut photographier des objets jusqu'à une magnitude de 17 en utilisant un télescope de 432 mm (17 pouces). Les diamètres des télescopes inférieurs seront limités à leur magnitude limite en astrophoto.  
  2 Très peu de pollution lumineuse

16,5    
  3
Ciel rural

16 Pollution lumineuse présente près de l'horizon.  
  4 Transition entre le ciel rural et la banlieue
15,5 Faible pollution lumineuse  
  5
En banlieue

14,5-15 Pollution lumineuse tout autour  
  6 En banlieue avec un ciel plus brillant

14-14,5 La Voie lactée est encore visible à l'oeil nu (sans télescope) à partir de 30o au-dessus de l'horizon.  
  7 Transition entre la banlieue et la ville
   
14 La Voie Lactée n'est plus visible à l'oeil nu.  
  8-9
En ville
 
10-13    
Référence : selon la description de la charte des couleurs du site (traduction française).

La charte des couleurs est valide à partir d'une bonne transparence du ciel. Les conditions locales pourraient faire varier la magnitude limite à la baisse, telles qu'un taux d'humidité important, la fumé causé par les feux de forêts, la pollution atmosphérique et la brume au niveau du sol, etc..

Utilisation de filtres antipollution pour les caméras couleur

Deux grandes catégories de filtres antipollution existent sur le marché pour les caméras couleur : les filtres généraux pour les objets à spectre lumineux continu et les filtres spécialisés pour les nébuleuses à émission.

Les filtres généraux pour les objets à spectre lumineux continus

On utilise ces filtres pour les amas d'étoiles, les galaxies et les nébuleuses à réflexions. Comme ces objets émettent du signal dans toute la largeur de la bande passante visible pour l'oeil humain (incluant la pollution lumineuse), ils ont un rendement médiocre pour combattre la pollution lumineuse. Voici un exemple de transmission du filtre IDAS LPS-P2 de Hutech :



La ligne bleue présente les raies de transmission du filtre IDAS LPS-P2. Les autres lignes de couleurs présentent les principales raies d'émission des lumières des villes (Hg = vapeur de mercure, Na = vapeur de sodium). Le principal défaut de ces filtres est qu'il demande de doubler ou tripler le temps d'exposition pour obtenir des résultats comparables à la photographie sans filtre des objets dans un endroit situé dans la zone orange. De plus, la balance des couleurs est difficile à réaliser, il demeure une dominante de couleur bleue dans l'image. Aussi, après plusieurs recherches que j'ai effectuées sur le Web, plusieurs astrographes expérimentés recommandent de ne pas utiliser de filtres antipollution consacrés aux objets à spectre lumineux continu.

Pour toutes ces raisons, je ne recommande pas d'utiliser ces filtres. Ma stratégie personnelle est d'utiliser des temps d'exposition courts et de prendre beaucoup d'images pour bénéficier de la formule suivante : Augmentation du rapport S/B = √ nombre d'images. J'ai obtenu de meilleurs résultats avec cette technique.

Les filtres spécialisés pour les nébuleuses à émission

Voici un exemple de filtre spécialisé pour caméra couleur, que j'ai déjà utilisé, pour les nébuleuses à émission :

Filtre IDAS LPS-V4 de Hutech : Ce filtre est conçu pour fournir un maximum de contraste dans le spectre lumineux des nébuleuses à émission tout en filtrant efficacement la pollution lumineuse. Les spectres couverts sont les suivants : H-Beta (486.1 nm), OIII (500.7 nm) et H-Alpha (656.3 nm). Il laisse passer plus de 95% de la lumière dans ces spectres lumineux. Dans ceux-ci, la bande passante est plus étroite que le filtre IDAS LPS-P2 mentionné plus haut. Il est donc plus efficace contre la pollution lumineuse. Il n'est pas conseillé pour la photographie des galaxies et amas d'étoiles, car il filtrera trop la luminance de ces objets tout en ne préservant pas l'équilibre des couleurs. Ce filtre doit donc être utilisé uniquement pour la photographie des nébuleuses à émission. Je conseille de produire une image de luminance synthétique en utilisant la couche Rouge, ce qui permet d'obtenir une image de luminance en H-Alpha de 19 nm avec une caméra couleur. Ensuite, on la superpose à l'image RVB produite avec ce filtre. Pour plus de détails sur la production d'une image de luminance synthétique, cliquer sur ce lien. Il est à noter que l'équilibre des couleurs des nébuleuses à émission est bien préservé avec ce filtre.

Voici le graphique de transmission de ce filtre :

Graphique de transmission filtre IDAS LPS v4

En comparant les raies de transmission du filtre IDAS LPS-V4 avec le filtre IDAS LPS-P2 ci-dessus, on constate que les bandes passantes du filtre sont beaucoup plus étroites que le filtre IDAS LPS-P2, ce qui le rend grandement plus efficace pour combattre la pollution lumineuse. Un élément très intéressant du filtre IDAS LPS-V4 est la bande passante étroite de seulement 19 nm (à 50% de la transmission du filtre) pour la raie d'émission Ha située à 656,3 nm dans le graphique. Les deux bandes passantes du filtre sont situées dans les raies de transmission des nébuleuses à émission. Il est donc un choix idéal pour la photographie de ces objets avec une caméra couleur.

Voici une image prise avec ce filtre en zone blanche :

IC434
IC434 - Nébuleuse à émission contenant « La Nébuleuse Tête de Cheval » - Cliquer sur l'image pour
l'afficher pleine grandeur

Pour les détails techniques de cette photo, cliquez sur ce lien et allez à IC434.

Temps de pose maximum par photo en fonction de la pollution lumineuse

Voici deux méthodes pour déterminer le temps de pose maximum par photo en fonction de la pollution lumineuse. La première méthode consiste à utiliser un tableau estimant rapidement le temps de pose par photo. La deuxième demande d'effectuer des calculs dans le but de déterminer plus précisément le temps de pose. 

Tableau des temps de pose maximums par photo en fonction de la pollution lumineuse

Vous trouvez ci-dessous un tableau permettant de déterminer un temps de pose selon les conditions du fond du ciel. Pour utiliser ce tableau, il suffit de partir de la sensibilité de votre caméra numérique (colonne de gauche), puis il faut aller vers la droite jusqu'a ce que vous arriviez sur le rapport F/D que vous utilisez (ou le plus proche de celui que vous utilisez). Descendez alors dans la colonne vers le bas du tableau. On aura alors les temps de poses (sans filtre antipollution) et le nombre d'images recommandés pour les zones blanche, rouge, orange et jaune. On peut dépasser ces valeurs selon sa propre expérience avec son équipement personnel et son site d'observation.

Ce tableau est établi pour une bonne transparence du ciel et pour des objets se trouvant à plus de 30o de l'horizon. Les temps d'expositions sont calculés pour éviter de surexposer le fond du ciel. En photographie du ciel profond, la règle à suivre est d'exposer le plus longtemps possible. Par contre, dans un environnement de pollution lumineuse, il faut éviter de surexposer le fond du ciel. Ces temps de pose fournissent donc un indicateur (point de départ) de temps de pose pour les différentes zones de pollution lumineuse. Les données du tableau proviennent de mes propres tests de temps d'expositions et il est mis à jour au besoin.


* Il est a noté que l'utilisation du filtre rouge avec une caméra monochrome (technique LRVB), on peut jusqu'à tripler les temps d'exposition du tableau. Mais, il n'est pas souhaitable de le faire. En effet, il est recommandé d'utiliser les mêmes temps d'exposition pour  les images rouges, vertes et bleues dans le but de conserver le même poids relatif de chacun des filtres, comme une caméra couleur.

Pour les caméras CCD monochrome en utilisation avec les filtres à bandes étroites pour les nébuleuses à émission (Ha, OIII et SII) ainsi que le filtre IDAS LPS-V4 pour caméras couleur ci-dessus, il n'est pas utile de consulter le tableau, car ces filtres combattent efficacement la pollution lumineuse, même en zone blanche. La règle à suivre est donc d'exposer le plus longtemps possible.

Pour la zone blanche (en excluant les nébuleuses à émission mentionnées ci-dessus), seuls les objets (amas d'étoiles et galaxies) de magnitude 10 et moins sont recommandés. Favoriser les amas d'étoiles. Pour les galaxies, les magnitudes minimums vont de 6 à 10, dépendant de la brillance de surface de la galaxie (le plus important ici est de capter le signal faible des bras de la galaxie et non uniquement les sources ponctuelles incluses dans la galaxie, tel que le coeur de la galaxie qui est beaucoup plus brillant). Pour faciliter le choix des objets, voir mes images prises en zone blanche dans ce lien. Le traitement de ces images demandera plus d'efforts et de maîtrise, surtout pour les galaxies.

Dans le tableau, on peut observer que plus il y a de pollution lumineuse, plus on augmente le nombre de poses. Au lieu d'utiliser un filtre antipollution général pour les amas d'étoiles et galaxies, cette stratégie donnera de meilleurs résultats. Il faut comprendre ici que dans un site de pollution lumineuse important, l'écart entre le signal et le bruit (S/B) est beaucoup plus faible que dans un site avec peu de pollution lumineuse. En prenant beaucoup d'images, on augmente l'écart entre le S/B tout en diminuant le bruit restant. Voir à ce sujet l'explication détaillée sur les temps d'exposition suggérés au point Le compositage de plusieurs images. Pour faciliter la compréhension de l'importance de prendre beaucoup d'images, je vais reproduire ici le tableau qui démontre l'effet du compositage sur le bruit par rapport à une seule image :



Dans un site avec peu de pollution (zone jaune), je recommande de prendre au moins 10 images, le pourcentage de bruit restant sera de 31,60% et l'augmentation du rapport S/B de 3,16. En prenant 50 images pour la zone blanche, le pourcentage de bruit restant sera de seulement 14,10% et l'augmentation du rapport S/B passera à 7,07, soit plus du double que de prendre 10 images. Voilà donc toute l'importance de prendre beaucoup d'images dans un site de pollution lumineuse extrême (zone blanche).

Calcul du temps d'exposition maximum par photo en tenant compte de la pollution lumineuse

Le tableau du temps de pose par photo en fonction de la pollution lumineuse fournit un estimé général du temps d'exposition par photo dans un environnement de pollution lumineuse. Pour tous ceux qui désirent plus de précision, voici un calcul qui permettra d'estimer précisément le temps d'exposition maximum par photo en tenant compte de son site d'observation et de son équipement personnel.

Le calcul tiendra compte de toutes les variables personnelles qui sont :
  • La caméra utilisée
  • Le Bin 1x1 ou autre
  • Son télescope
  • La focale utilisée
  • L'objet photographié
  • Son lieu d'observation
  • Noirceur du ciel : La zone de pollution lumineuse
  • Transparence du ciel
  • La hauteur de l'objet photographié (de préférence 30o et plus au-dessus de l'horizon)
  • Pour les appareils photo numériques (APN), la sensibilité ISO utilisée pour prendre la photo
  • La calibration de l'image (Bias, Noir, PLU)
  • Le test du temps d'exposition
  • L'image utilisée : RVB, Luminance, H-Alpha, Rouge, Vert, Bleu et autres
  • Le filtre antipollution utilisé (non recommandé pour les amas d'étoiles, galaxies et nébuleuses à réflexion)
  • Le nombre d'images composité
On utilise une image calibrée et compositée d'un objet que l'on a photographié selon les indications du tableau des temps de pose maximums pour votre site d'observation. L'objet photographié doit se trouver à au moins 30o au-dessus de l'horizon. L'image ne doit pas être traitée (stretching). Il est important d'utiliser une image calibrée pour ne pas considérer dans l'évaluation le bruit inclus dans le Bias et le Noir (Dark). Aussi, elle doit être assemblée (compositée) dans le but de bénéficier de l'augmentation du rapport S/B et de la diminution du bruit de fond, telle que présentée dans le tableau. Aussi, le compositage des images permettra de tenir compte des valeurs moyennes de toutes les images (c'est l'image qui sera traitée).

Après plusieurs lectures que j'ai effectuées sur le sujet, la meilleure façon de procéder est de déterminer la valeur ADU (le test d'exposition moyen du fond du ciel) maximum acceptable pour le fond du ciel dans un environnement de pollution lumineuse. La valeur maximale que j'ai déterminée est la suivante pour une image de 16 bits :

10% de 65 536 = 6 600 nuances affectées par la pollution lumineuse

Pour plus d'informations sur l'établissement de cette norme, cliquez sur ce lien.

À titre de comparaison, la valeur ADU du fond du ciel dans un environnement sans pollution lumineuse est moins de 1 000 ADU pour des temps d'exposition de 10 minutes par photo en Bin 1x1 et un compositage de 10 photos pour l'image de luminance à une focale f/4,5 (donc télescope très ouvert). Par exemple, la valeur ADU de mon image de la galaxie M101, prise au Nouveau-Mexique dans un ciel sans pollution lumineuse (zone grise foncée), est de 841 seulement pour l'image de luminance (filtre clair).

On peut adapter le calcul pour d'autres formats d'images (par exemple pour une image 8 bits = 10% de 256 nuances possibles). En utilisant cette norme, la dynamique de l'image sera donc répartie sur 90% des nuances restantes, soit 59 000 nuances consacrées à l'objet du ciel profond (pour une image 16 bits). Par expérience, les 6 600 nuances consacrées (sacrifiées) à la pollution lumineuse n'affecteront pas la balance des couleurs de l'image tout en permettant de produire un ciel dans les tonalités noires. Lorsqu'on effectuera l'équilibre et la balance des couleurs de l'image selon la technique des points noir et blanc, on enlèvera la couleur orangée du fond du ciel causée par la pollution lumineuse et par le fait même, la balance des couleurs de l'objet du ciel profond sera réalisée (enlèvera aussi la dominante orangée de l'objet). Pour plus d'information sur la balance des couleurs selon la technique des points noir et blanc, cliquer sur ce lien et aller au processus #2 (il y a aussi une vidéo de formation).

Je vais donc procéder en utilisant un exemple réel dans un environnement de pollution lumineuse extrême (zone blanche)
  • La caméra utilisée : Atix 383L+ monochrome
  • Bin 2x2
  • Télescope : Celestron Edge HD
  • Focale (avec réducteur de focale) : f/6,3
  • Objet photographié : M92
  • Lieu d'observation : Mon observatoire permanent à Longueuil
  • Noirceur du ciel : Zone blanche
  • Transparence du ciel : Au-dessus de la moyenne et transparent
  • Altitude de l'objet : 60 à 82 degrés
  • Sensibilité ISO : s.o., c'est une caméra CCD
  • Calibration de l'image : Noir, PLU et Bias
  • Le test du temps d'exposition : 60 secondes
  • L'image utilisée : Luminance (filtre clair)
  • Filtre antipollution utilisé : Aucun
  • Le nombre d'images composité : 49
Calcul de la valeur ADU du fond du ciel

Avec la souris, pointer au moins six endroits qui représentent le fond du ciel et pour chacune prendre en note la valeur. Ensuite, effectuer la moyenne des valeurs. Voici l'information à prendre en note :

  • Avec le logiciel Nebulosity : l'information apparaît en bas de l'image à droite
  • Avec le logiciel Maxim DL : Idem. Au besoin, prendre l'information à côté de la lettre i: (qui est la luminance)

La valeur ADU du fond du ciel de cet exemple est : 4 915


Calcul du temps d'exposition maximum

Formule :
Temps d'exposition maximum = Le test du temps d'exposition / La valeur ADU du fond du ciel pour le test * 6 600

Donc pour cet exemple : 60 sec / 4 915 * 6 600 = 81 secondes ou 1,3 minute (on peut l'arrondir à 1 minute)

Comparez ce résultat avec le tableau des temps d'expositions. La focale utilisée est f/6,3. Dans le tableau, prendre la focale proche f/5,6 de la ligne CCD Luminance et descendre à la ligne En ville (zone blanche). Le temps d'exposition est 4 minutes pour la focale f/5,6 en Bin 1x1 avec une recommandation de prendre 50 images (49 ont été prises dans cet exemple). L'image a été prise en Bin 2x2 (c.-a-d. quatre fois plus de lumière que le Bin 1x1). Le temps d'exposition converti en Bin 2x2 est donc de 1 minute (4 minutes / 4). Il est donc très proche du temps d'exposition mentionné au tableau ci-dessus (selon cet exemple, le temps maximum pourrait aller jusqu'à 1,3 minute). Il est à noter que dans cet exemple, le temps d'exposition maximum selon les calculs détaillés est semblable à celui du tableau, mais ce n'est pas toujours le cas. La raison est qu'il y a beaucoup de variables, par exemple, la sensibilité différente des matrices CCD et CMOS. Il est donc préférable d'effectuer les calculs détaillés.

Voici l'image de l'amas globulaire M92 produite avec ces temps d'expositions recommandés pour la zone blanche :
M92
Cliquer sur l'image pour l'afficher pleine grandeur

Pour tous les détails techniques de cette photo, cliquer sur ce lien et aller M92 (NGC 6341) photographié le 21 mai et 13 juin 2017.

Voici une autre exemple d'image, la galaxie M33 '' La galaxie du Triangle '' prise dans un ciel de pollution lumineuse extrême (zone blanche) en utilisant les mêmes temps d'expositions recommandés :

M33
Cliquer sur l'image pour l'afficher pleine grandeur

Pour tous les détails techniques de cette photo, cliquer sur ce lien et aller M33 (NGC 598) photographié le 21 septembre 2017.

En conclusion, lorsque vous allez à un nouveau site d'observation, commencez par utiliser les valeurs du tableau des temps d'exposition par photo. Ensuite, je vous recommande d'effectuer les calculs détaillés pour avoir plus de précision sur le temps d'exposition maximum.



Richard Beauregard
Le Ciel Astro-CCD


Révisé le 23 octobre 2017

Retour à Dossiers

Retour à Technique