Aberration chromatique et verres ED
L'ABERRATION CHROMATIQUE ET LES VERRES ED
L'aberration chromatique, parfois aussi appelée simplement chromatisme, et les verres ED sont deux thèmes qui préoccupent beaucoup les acheteurs de jumelles et longues-vues, mais aussi les adeptes d'astronomie, de microscopie, de photographie et de digiscopie. Nous en avons déjar parlé dans des articles sur les aberrations en général, sur la digiscopie qui est particulièrement affectée par l'aberration chropatique, sur les verres ED qui sont aujourd'hui très "vendeurs" dans le monde des jumelles et des longues-vues, mais il nous a semblé utile d'aborder ces sujets de manière coordonnée dans un même article.
L'aberration de chromatique : de quoi s'agit-il ?
En optique, le terme "aberration" est utilisé pour nommer un défaut qui affecte les performances d'un instrument. Il existe une série d'aberrations, comme l'aberration sphérique, l'aberration comatique, la distorsion... Nous les énumérons dans un autre article.
Le qualificatif "chromatique" se réfère aux couleurs; l'aberration chromatique est donc un défaut d'optique qui affecte le rendu des couleurs.
A chaque couleur son chemin
Dans les instruments d'optique, les rayons lumineux sont généralement amenés à traverser des milieux de nature différente, essentiellement de l'air (ou autre gaz) et des éléments en verre comme prismes et lentilles.
En passant d'un milieu à un autre, les rayons lumineux sont déviés dans leur course, c'est le phénomène de la réfraction qui fait, par exemple, qu'une cuillère plongée dans un verre d'eau semble "cassée". Une autre illustration du phénomène de réfraction est la décomposition de la lumière en rayons de différentes couleurs lorsqu'elle traverse un prisme de verre ou des gouttes d'eau : c'est ce qui provoque l'arc-en-ciel.
En effet, quand la lumière est soumise au phénomène de réfraction, chacune de ses couleurs est déviée selon un angle légèrement différent, d'où la séparation de toutes les couleurs dans l'arc-en-ciel. C'est aussi ce qui se passe dans des instruments comme jumelles, longues-vues, microscopes, etc... et là est l'origine de l'aberration chromatique.
Lorsque la lumière passe d'un milieu à une autre, chaque couleur est déviée selon un angle légèrement différent des autres. C'est le phénomène de la réfraction qui est à l'origine de l'aberration chromatique.
L'aberration chromatique : un défaut généralisé
Sauf ceux qui ne contiennent que des miroirs, tous les instruments d'optique sont concernés par l'aberration chromatique : jumelles et longues-vues, loupes et microscopes, objectifs photographiques, lunettes de vue... Même nos yeux peuvent souffrir de l'aberration chromatique. Le défaut apparaît d'autant plus que l'instrument est lumineux et fournit un grossissement important. C'est donc un problème sérieux dans bien des cas.
Les franges colorées sont la manifestation la plus apparente de l'aberration chromatique
Une image dégradée
Le fait que les différentes couleurs de la lumière ne suivent pas rigoureusement le même chemin provoque une dégradation de l'image. Elle est légèrement "brouillée" puisque les composantes rouges, jaunes, vertes, bleues, etc... ne sont plus parfaitement superposées.
En pratique, l'aberration chromatique se visualise le mieux le long des lignes où l'image présente un fort contraste. Regardez une arrête de toit qui se détache sur un ciel clair, les berges sombres d'un plan d'eau qui brille au soleil, la limite entre le blanc et le noir du plumage d'une pie bavarde, et faites très légèrement varier la mise au point de vos jumelles, de votre longue-vue ou de votre téléobjectif. Si l'aberration chromatique n'est pas efficacement corrigée, vous verrez une bande violacée (parfois verdâtre) qui longe la limite à fort contraste. C'est le côté visible de l'iceberg, mais toute l'image et toutes les couleurs sont en réalité affectées par le défaut, quoique de manière moins apparente.
Le chromatisme n'est souvent pas dévastateur si les verres optiques sont bons (certains types de verres optiques provoquent plus de chromatisme que d'autres), et on peut très bien ne pas le remarquer lors de la simple observation avec l'instrument. L'œil, en effet, se concentre sur les zones où l'image est bien nette, or c'est là où elle ne l'est pas que les fameuses bandes de chromatisme apparaissent le plus. Mais si vous avez une photographie devant le nez, vous repérerez immédiatement le défaut s'il est présent. Tous les objectifs photographiques de haut de gamme sont protégés contre le chromatisme et, si vous voulez faire de la photographie à l'aide de votre longue-vue (digiscopie), il est hautement souhaitable que celle-ci le soit aussi (voir exemple en images ci-dessous). Voyez notre chapitre sur les longues-vues de digiscopie.
Un logiciel de retouche d'image comme Lightroom ou Photoshop vous permettra de réduire fortement les bandes de chromatisme, mais vous ne pourrez jamais récupérer la perte de définition de votre image.
Un doublet de lentilles achromatique réduit fortement l'aberration chromatique
Achromatique et apochromatique
Ces deux termes veulent dire "sans chromatisme".
Les instruments achromatiques bénéficient d'une optique réduisant partiellement le chromatisme, ce qui peut se réaliser avec un doublet de lentilles (doublet achromatique). L'aberration est alors réduite pour les couleurs bleu-violet et vert-jaune, c'est déjà un grand pas dans la bonne direction.
Les instruments apochromatiques (on abrège souvent en "apo") vont encore plus loin avec une correction plus complète qui se réalise à l'aide d'un groupe de 3 lentilles (triplet apochromatique) ou davantage. Dans ce cas, l'aberration est combattue pour les 3 couleurs primaires : rouge, vert et bleu. Sur les meilleurs instruments, le problème du chromatisme est quasiment éradiqué.
Les verres ED
ED est le sigle d' "Extra-basse Dispersion". Certains utilisent XD (eXtra-basse Dispersion), et d'autres encore HD (Haute Définition).
Les verres ED ont comme propriété de réduire fortement l'écart de trajet entre les différentes couleurs de la lumière, raison pour laquelle on parle de basse dispersion. En termes techniques, on dit que leur constringence est élevée. De ce fait, ils combattent efficacement l'aberration chromatique et sont donc appréciés pour la fabrication d'instruments tels qu'objectifs photographiques, microscopes, lunettes astronomiques, longues-vues terrestres, jumelles.
Les verres les plus constringents sont faits de fluorine (fluorure de Calcium Ca F2, appelée fluorite en Anglais) pure. Leur fabrication est extrêmement délicate mais il existe d'autres solutions moins coûteuses à base de mélanges complexes de différents fluorures (souvent plus d'une douzaine de constituants) ou de verres additionnés d'oxydes de Lanthane ou de Baryum.
Les verres ED reviennent 10 à 20 fois plus cher que les verres optiques "normaux", ce qui influence évidemment le prix de vente des instruments qui en sont équipés.
Digiscopie avec un smartphone
A gauche : résultat avec une longue-vue sans verres ED. A droite : résultat avec une longue-vue à verres ED.
Plus d'aberration chromatique visible et une définition d'image bien supérieure avec les verres ED.
Une appellation non contrôlée
Il existe dans l'industrie une large panoplie de verres luttant plus ou moins efficacement contre l'aberration chromatique et que l'on regroupe sous l'appellation commerciale de "verres ED".
Les appellations "ED", "HD" et autres sont devenues un excellent argument de vente pour les jumelles et longues-vues, d'autant plus confortable qu'elles ne sont pas réellement contrôlées... On voit souvent une marque surfer sur la vague et rebaptiser ses jumelles "ED" ou "HD" sans en fait y changer grand chose puisqu'elles contenaient déjà des verres à haute constringence.
Les verres ED : pas la panacée
Il ne suffit pas que des jumelles ou une longue-vue soit baptisées "ED" ou "HD" pour qu'elles soient d'office supérieures à un autre instrument. Certaines marques jouent à l'inflation des qualificatifs flatteurs (les "Ultra HD" de Bushnell , les "HD Plus" de Leica...) alors que d'autres restent bien plus sobres (Swarovski par exemple).
Le fait que le nom du modèle n'intègre pas les sigles magiques ne signifie pas que son optique ne lutte pas efficacement contre l'aberration chromatique. Et le fait qu'il en intègre l'un ou l'autre ne signifie pas qu'on ait d'office affaire a un instrument de hautes performances. Sans doute minimise-t-il plus ou moins l'aberration chromatique, mais il peut être concerné par d'autres faiblesses comme par exemple l'apparition d'aberrations géométriques (les verres fluorés sont aussi plus sensibles aux écarts de température et à l'humidité et sont plus sensibles aux griffes, mais ils sont efficacement protégés).
Le sigle ED fait vendre et les marques en usent copieusement.
Dans quelques années, à l'exception des instruments de très bas de gamme, il est vraisemblable que toutes les jumelles, longues-vues, objectifs photos etc... intégreront des lentilles en verres ED dont les prix ont tendance à diminuer. Les marques devront alors chercher autre chose comme argument de vente, mais faisons-leur confiance : elles trouveront !