Un instrument astronomique est composé :
La monture du télescope sera placée sur le socle. Le socle devra donc être adapté à celle-ci. La monture du télescope est de type fer à cheval. Il s'agit d'un fer à cheval dont le chemin de roulement repose sur des galets porteurs. Nous avons opté pour un socle en béton assurant ainsi une certaine masse qui favorise l'absorption des vibrations. Ce socle en béton armé a été moulé. Voici quelques images illustrants la construction du moule :
Le béton fut progressivement injecté et vibré :
Au bout d'une semaine de séchage, on peut démouler :
Le socle reposera sur de trés grosses vis pointues -à l'image d'enceintes acoustiques HiFi haut de gamme- qui favorise "l'évacuation" des vibrations en direction du sol et évite leur retour. Ces trois vis permettent aussi le réglage horizontal et en hauteur lors de la mise en station -une à l'avant et deux à l'arrière du socle-. Durant la mise en station, on utilisera un niveau à bulle pour régler les deux vis à l'arrière du socle (posé horizontalement vers les galets porteurs). La vis à l'avant régle en hauteur la direction de l'axe de rotation.
Il existe plusieurs types de montures. La plus commune est une fourche équatoriale dont on rend parallèle son axe de rotation avec celui de la Terre. C'est ce type de monture qui a été réalisée pour le T400 de l'observatoire de Cunlhat :
La monture à fourche convient parfaitement pour les petits instruments. Il faut bien prendre garde à sur-dimensionner l'axe de rotation, rendre la liaison axe-fourche et la fourche elle-même trés rigide. Les normes génies civiles sont souvent dépassées en astronomie. Un axe et une fourche non rigide provoqueront forcément des flexions car la monture se tord (vers le sol et sur elle-même) sous l'effet du poids du tube optique et de l'équipement. Ce problème peut provoquer des erreurs de pointage, des termes intervenants dans le mouvement de la poursuite des astres, des oscillations... A ce moment là, le mouvement du télescope et celui du ciel ne sont pas les mêmes. La flexion de la monture dépend bien entendu de la direction visée dans le ciel.
Les problèmes de flexions peuvent être considérablement diminuées en rajoutant un soutien sur le haut de la fourche. On parle alors de monture à berceau -un rectangle de fer soutenu en bas et en haut par deux paliers mais l'instrument ne peut pas viser le pôle céleste- ou idéalement le fer à cheval -les deux bras de la fourche sont soutenus par un fer à cheval perpendiculaire, le fer roule sur deux galets porteurs-.
La difficulté de la construction de ce type de monture provient de la taille du fer à cheval. Michel a adapté sa fraiseuse pour permettre la taille de celui-ci :
La qualité de fraisage doit être correcte. Il faut bien comprendre qu'une erreur de taille sur le périmétre se répercutera sur la poursuite des astres. Pour une même erreur de taille, le probléme sera de moins en moins sensible avec la dimension du fer et la fourche.
Trés rares sont les instruments professionnels de gros diamètre qui ne sont pas en monture fer à cheval. Il n'y a guére de solution vu leur poids sinon qu'une monture azimutale.
L'entrainement permet la poursuite des astres observés. Inutile d'écrire qu'il s'agit de la partie la plus critique de la monture. Le mouvement du télescope doit être le plus régulier possible. Pour une monture équatoriale, la vitesse du télescope doit être stable : 1 tour en 23 h 56 m 4.09 s, si on néglige les vitesses induites par la réfraction atmosphèrique. Pour une monture azimutale, les choses se compliquent car il faut absolument asservir trois axes : la hauteur, l'azimut et la platine oculaire ou photographique car le champ tourne autour de la direction poursuivie.
Bien souvent la démultiplication de l'entrainement est réalisée à l'aide d'une roue dentée et à vis sans fin. Il faut utiliser une roue dentée enveloppante de grand diamètre car la vis sans fin épouse beaucoup mieux la denture et minimise les jeux. La qualité et la précision de taille des dents de la roue conditionnent la qualité de poursuite. En régle générale, il est trés difficile de se procurer des roues dentées de trés bonne qualité. Elles ont quasiment toujours des problèmes systématiques qui se traduisent par des oscillations de la vitesse de poursuite. Ce genre de défaut n'est pas trés génant pour l'observation à l'oeil nu mais le devient trés rapidement lorsqu'on réalise un cliché CCD. Il faut forcément un guidage manuel (on regarde périodiquement si une étoile guide est toujours centrée) ou automatique.
L'utilisation directe de petits réducteurs à pignons droits semble totalement proscrite. Ce genre de réducteurs sont la source d'oscillations trés brusques difficiles à rattraper.
Les mouvements les plus réguliers sont obtenus par des entrainements lisses ou à frictions. Les "secteurs lissent" sont tractés par un ruban métalliques sur le périmètre d'un secteur généralement en bois, lui même tiré par un moteur et une tige filetée. Dans le cas d'une monture fer à cheval, il faut profiter de la démultiplication de son propre secteur lisse qui roule sur les galets porteurs. Le moteur est accouplé sur l'axe d'un des galets via un réducteur constitué d'une roue dentée et sa vis sans fin (par expérience, un réducteur simple à pignon droit ne convient pas malgré la réduction lisse apportée par le fer à cheval).
Généralement le moteur d'entrainement est synchrone 50 Hz -alimenté par une tension sinusoïdale- ou pas à pas -alimenté par des implusions électriques-. Dans les deux cas on doit adjoindre un dispositif électronique permettant de faire varier la vitesse angulaire du moteur. Les astres, les différents défauts de mise en station, la réfraction sont des variables de la vitesse de poursuite. Actuellement, les moteurs pas à pas sont trés utilisés car ils sont plus adaptés à l'interfaçage informatique et ils ont une grande plage de vitesse -une implusion éléctrique = un pas en degrés sur l'axe de rotation-.
La vitesse de poursuite doit être stable et précise. L'utilisation d'un NE555 est de plus en plus rare car les composants adjoints dérivent avec la température. La fréquence générée n'est pas stable.
Le montage le plus précis consiste à utiliser une fréquence mère trés précise issue d'un oscillateur à quartz thermostaté. La fréquence désirée sera obtenue par division de la fréquence mère. Par exemple, on compte 3000 impulsions pour en générer 1. Lorsqu'on dispose d'un ordinateur, il suffit d'interfacer des timers comme les INTEL 8254 pour diviser une fréquence mère. Voici la carte ISA que nous avons réalisée pour commander le T400 :
L'ordinateur calcul périodiquement les vitesses à programmer. Dans ce cas on peut prendre en compte les différents facteurs qui entrent en jeux dans le mouvement à donner au télescope : les flexions, la réfraction athmosphèrique, la vitesse propre de l'astre, les défauts "cycliques" de l'entrainement un feed-back sur une étoile guide grâce à une caméra CCD...
Le tube optique dépend beaucoup de la configuration optique de l'instrument -Newton, Cassegrain, Schmidt Cassegrain...-.
Globalement il y a trois familles : les tubes fermés, les tubes ouverts et les structures tubulaires.
Les tubes ouverts sont les plus simples à réaliser. Généralement il s'agit d'un tube de bakelite ou de PVC. Le miroir du télescope ferme un bout du tube, la lumière entre par l'autre bout. Le tube opaque permet d'éviter les lumières parasites extérieures. Son inconvénient bien connu provient de la turbulence instrumentale qu'il génère et qui peut être désastreuse pour l'observation. Le tube peut se comporter comme une véritable cheminée surtout si l'instrument n'est pas en température -zone plus chaude vers le miroir-. Ce phénomêne de colonne d'air s'observe bien en défocalisant une étoile.
La solution à ce genre de problème consiste à fermer l'autre extrémité du tube à l'aide d'une lame de fermeture. Les problèmes de turbulence diminuent. Il reste quand même le prix de la lame et le problème de la buée sur celle-ci (si l'instrument n'est pas protégé par une coupole ou un dispositif anti-buée). Il existe des chaufferettes qui se placent autour de la lame.
La coupole de l'observatoire protège de la buée, de la rosée et des lumières parasites de la quasi totalité du ciel. On peut donc réaliser une structure tubulaire qui laissera l'optique à l'air libre -relativement stable sous la coupole-, légère -qui diminuera donc les problèmes de flexions- et surtout qui évitera l'effet de cheminée. Voici le tube optique du T400 :
Pour l'équilibrage des masses, les fixations sur le tube devront être placées vers le centre de gravité lorsqu'il est complet avec son optique et son équipement. En pratique on cherche toujours un compromis entre la hauteur de l'oculaire pour l'observation, l'empattement vers le bas lorsqu'il est dirigé vers l'Ouest ou l'Est. Le miroir doit passer dans la fouche pour pouvoir pointer le pôle céleste. On ajoute forcément des masses de plomb sur des réglettes pour l'équilibrage du tube. Par la suite, l'instrument doit être dépointable sans forcer et surtout rester en position lorsqu'on le laisse libre de mouvement. L'équilibrage d'un instrument est absolument indispensable pour son utilisation et sa sécurité.
