Photographier la Lune basse sur l'horizon : le problème dont personne ne parle

Il est tôt, l'ombre de la Terre a commencé à mordre le disque lunaire à 4 h 33, le maximum de l'éclipse est calé sur 6 h 12 en heure de Paris, et vous êtes probablement dehors avec un appareil à la main. Vous avez fait la mise au point avec soin, vous avez vérifié dix fois, et pourtant l'image reste molle. Les bords des cratères bavent, la limite de l'ombre tremble, et sur deux photos prises à trois secondes d'intervalle le résultat n'est pas le même.

Bonne nouvelle, si l'on peut dire : votre matériel n'y est pour rien. Le problème est ailleurs, il porte un nom, et il est particulièrement brutal ce matin parce que la Lune est très basse sur l'horizon ouest-sud-ouest. Voici ce qui se passe réellement, et surtout ce qui reste faisable dans les minutes qui viennent.

Le vrai adversaire n'est pas votre objectif, c'est l'épaisseur d'air

Les astronomes appellent cela la masse d'air. C'est la quantité d'atmosphère que la lumière doit traverser avant d'atteindre votre capteur, mesurée en multiples de ce qu'elle traverserait si l'astre était pile au-dessus de votre tête. Au zénith, la masse d'air vaut 1 par définition. À 60 degrés de distance zénithale, elle vaut environ 2. À l'horizon, elle atteint environ 38.

Retenez surtout la forme de cette courbe : elle ne monte pas doucement. Elle reste modeste sur la moitié haute du ciel, puis elle décroche dans les tout derniers degrés au-dessus de l'horizon. Je n'ai pas trouvé de valeur publiée fiable pour la hauteur exacte qu'aura la Lune depuis votre commune ce matin, et je préfère ne pas l'inventer. L'ordre de grandeur suffit : à quelques degrés de hauteur, vous êtes déjà très loin dans la partie de la courbe qui s'envole.

Cette épaisseur d'air ne fait pas que ternir la lumière. Elle la brasse. La turbulence atmosphérique, ce que les astronomes appellent le seeing, déforme le front d'onde en permanence. Deux chiffres donnent la mesure du problème. D'abord le paramètre de Fried, qui décrit la taille des cellules d'air cohérentes : dans le visible, il vaut environ 20 cm sur les meilleurs sites d'observation du monde, et descend à 5 cm sur un site ordinaire au niveau de la mer. Ensuite le rythme : la distorsion change plus de cent fois par seconde, et le temps de cohérence dans le visible tombe à une dizaine de millisecondes.

Autrement dit, l'image de la Lune que reçoit votre capteur est repeinte différemment cent fois par seconde. Et cette turbulence se dégrade quand on s'éloigne du zénith : le paramètre de Fried varie comme le cosinus de la distance zénithale à la puissance trois cinquièmes, ce qui veut dire en clair que viser bas, c'est cumuler tous les handicaps d'un coup.

Sur une Lune à quelques degrés de hauteur, ce n'est plus l'optique qui décide de la netteté, c'est l'air. Vous ne photographiez pas la Lune, vous photographiez des kilomètres d'atmosphère agitée avec la Lune derrière.

La réfraction : la Lune n'est pas où vous la voyez, et elle n'est plus ronde

Deuxième effet, moins connu et parfaitement visible sur vos images de ce matin. L'atmosphère ne se contente pas d'agiter la lumière, elle la courbe. Cette réfraction relève l'astre au-dessus de sa position géométrique réelle, et son amplitude explose près de l'horizon. Voici les valeurs de référence, pour des conditions standard de 10 °C et 1013,25 hPa.

Pour situer ces valeurs, le diamètre apparent de la Lune vue depuis la Terre tourne autour de 30 minutes d'arc, soit un demi-degré, avec des extrêmes allant de 29 minutes 20 secondes à 34 minutes 6 secondes selon la distance du moment. La réfraction à 5 degrés de hauteur représente donc un tiers de la Lune. C'est énorme.

Surtout, cette réfraction n'est pas la même pour le bord bas du disque et pour le bord haut, puisqu'ils ne sont pas à la même hauteur. Le bord inférieur est davantage relevé que le bord supérieur, et le résultat est un aplatissement. Le phénomène est bien documenté pour le Soleil couchant, écrasé d'environ 5 minutes d'arc, soit à peu près un sixième de son diamètre apparent. La Lune de ce matin subit exactement le même traitement : si vos images la montrent légèrement ovale, ce n'est pas un défaut d'objectif, c'est de la physique.

Troisième conséquence, la dispersion. Le bleu est plus dévié que le rouge, ce qui sépare légèrement les couleurs et produit un liseré coloré sur les bords du disque, bleuté d'un côté, rougeâtre de l'autre. Les astrophotographes planétaires corrigent cela avec un correcteur de dispersion atmosphérique, un accessoire à deux prismes que l'on tourne l'un par rapport à l'autre. Le modèle de ZWO, au coulant 31,75 mm et affiché 149 dollars sur le site du fabricant, utilise deux prismes en H-K9L avec un angle de déviation de 2 degrés. Utile à connaître, mais parfaitement inutile ce matin si vous ne l'avez pas déjà dans le sac : ce n'est pas un accessoire qu'on improvise à 5 h 35.

Pourquoi allonger la pose ne sauve rien

Le réflexe naturel, face à une Lune sombre et basse, est d'allonger le temps de pose. C'est précisément le geste qui aggrave le flou. Puisque la turbulence redessine l'image plus de cent fois par seconde, une pose d'une seconde superpose des centaines de déformations différentes. Vous n'obtenez pas une image nette et lumineuse, vous obtenez la moyenne d'un désordre, c'est-à-dire une bouillie.

Il y a une contrainte supplémentaire : la Lune se déplace. Elle traverse le ciel, et ce matin elle descend vers l'horizon en même temps. Sur une longue focale, cela suffit à filer l'image en quelques secondes même sur un trépied parfaitement stable. Le compromis à trouver ressemble donc à ceci.

• Pose courte, ISO élevés. Vous gelez la turbulence, vous récupérez du bruit. Le bruit se traite après coup, le flou de turbulence ne se traite pas. Le choix est vite fait.
• Ouverture proche du meilleur point de l'objectif. Fermer à outrance ne compense rien ici, puisque le facteur limitant n'est pas l'optique. Vous ne feriez que perdre de la lumière que vous n'avez déjà pas.
• Rafale systématique. Sur dix images identiques, deux ou trois seront nettement meilleures que les autres, uniquement parce que l'air était momentanément plus calme. C'est gratuit et c'est la meilleure astuce de la nuit.
• Retardateur ou déclenchement à distance. À ces focales, le simple appui sur le bouton fait vibrer l'ensemble pendant une seconde.

Un mot sur la règle Looney 11, que beaucoup de guides ressortent pour la Lune : ouverture f/11 et vitesse égale à l'inverse de la sensibilité ISO, donc 1/100 s à 100 ISO. Elle est faite pour une pleine Lune franche, haut dans le ciel. Ce matin, avec 96,2 % du disque dans l'ombre, une Lune rasante et un ciel qui blanchit, elle est totalement hors sujet. Fiez-vous à l'histogramme de votre boîtier, pas à une formule.

La parade des astrophotographes : filmer au lieu de photographier

Voilà le vrai secret, et il explique pourquoi les images de Lune que vous voyez circuler paraissent impossibles à reproduire. Les astrophotographes qui obtiennent des cratères nets ne prennent pas une photo. Ils appliquent une technique appelée imagerie chanceuse, ou lucky imaging.

Le principe est directement dérivé de ce qui précède. Puisque la turbulence change en quelques millisecondes, il suffit de prendre énormément d'images très courtes et d'attendre les instants où l'air se calme par hasard. Les poses utilisées sont de 100 millisecondes ou moins. On garde ensuite les meilleures, typiquement autour de 10 % du total, la proportion pouvant aller de 1 % à 50 % selon les conditions. Enfin on recale et on additionne ces images retenues pour obtenir un résultat qui approche la limite de diffraction de l'instrument.

Le logiciel de référence pour cette étape est AutoStakkert, qui fonctionne sous Windows et accepte les formats mjpeg, ser, fits, ainsi que de nombreux fichiers avi et mov. Il aligne les images, construit une image de référence, sélectionne les meilleures et les empile.

Ce que cela signifie très concrètement pour vous, maintenant :

• Passez en mode vidéo. Filmez la Lune en résolution maximale pendant vingt à trente secondes, plutôt que de prendre trois photos. Vous rentrerez avec plusieurs centaines d'images au lieu de trois.
• Ne triez rien sur place. L'écran arrière est un très mauvais juge de netteté, et la sélection se fait de toute façon plus tard, à froid.
• Bloquez tout en manuel. Mise au point, exposition, balance des blancs. Un autofocus qui pompe pendant la vidéo ruine la séquence entière.
• Filmez plusieurs fois. Une séquence maintenant, une autre vers 6 h 12 au maximum, une dernière pendant que la Lune plonge. Les conditions ne seront pas les mêmes.

Soyons honnête sur les limites : aucun empilement ne rattrape un nuage, un immeuble ou une couche de brume. L'imagerie chanceuse gagne contre la turbulence, pas contre l'obstruction.

Ce qui ne se répare pas ce matin, et ce qu'il faut viser à la place

Il faut le dire clairement, parce que c'est le genre de matin où l'on peut passer une heure dehors et rentrer déçu. Trois handicaps de ce 28 août ne se corrigent par aucune technique.

Le premier est la hauteur. Au maximum de 6 h 12, la Lune n'est qu'à quelques degrés au-dessus de l'ouest-sud-ouest, environ 8 degrés à Marseille. Rien ne la remontera. Le deuxième est le ciel. L'aube est déjà bien avancée, le Soleil se lève vers 7 h 01 à Paris, et le contraste entre une Lune sombre et un fond de ciel qui bleuit s'effondre à mesure que le temps passe. Le troisième est l'horizon lui-même : la brume basse, les fumées et les poussières s'accumulent précisément dans les derniers degrés, ceux que vous devez traverser.

Le raisonnement à en tirer est simple. La photo la plus réussie de ce matin ne sera probablement pas un gros plan de cratères. Ce sera un plan large, avec un premier plan identifiable, un clocher, une crête, une grue, une ligne d'arbres, et la Lune mordue posée juste au-dessus. Ce type d'image se moque de la turbulence, parce qu'elle ne joue pas sur la résolution fine. Elle joue sur la composition, et elle raconte quelque chose que le gros plan ne raconte pas : que ce phénomène s'est produit ici, chez vous, ce matin.

Un dernier point de vigilance sur la mise au point. En focus automatique, un appareil se cale volontiers sur le liseré très lumineux resté hors de l'ombre et se trompe complètement de plan. Passez en manuel, agrandissez au maximum sur l'écran, cherchez le bord le plus net que vous puissiez obtenir, et n'y touchez plus. Une lampe frontale rouge évite en prime de perdre l'adaptation de vos yeux à l'obscurité entre deux réglages.

Le plan pour le temps qu'il reste

Voici comment répartir vos efforts jusqu'à la fin, avec des heures fermes plutôt que des approximations. Les horaires sont donnés en heure de Paris.

Et si tout cela échoue, il reste une consolation à laquelle on pense rarement : posez l'appareil et regardez. L'œil nu, lui, se moque de la turbulence à cette échelle. Vous voyez une ombre nette avancer sur un disque, ce qui est déjà rare, sans le moindre filtre et sans le moindre danger, puisqu'il s'agit d'une éclipse de Lune et non de Soleil. C'est la seule chose que personne ne pourra rater ce matin, à condition d'avoir un horizon dégagé plein ouest-sud-ouest.

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