LA BUEE SUR LES OPTIQUES

Comment y remédier ?


Cette page présente les différentes solutions pour éviter le dépot de buée ou de givre sur les optiques et quelques expériences pour valider ou invalider les solutions.

Il y a plusieurs façons d'expliquer le dépot de buée. La plus simple est de dire que l'air chaud contient plus d'eau que l'air froid, donc quand de l'air plus chaud arrive sur une surface froide celle ci se "décharge" de l'eau qui ne correspond plus à sa capacité de garder l'eau. Mais cela n'explique pas tout, c'est pourquoi je vous renvoie vers les liens plus élaborés : 

Pression de vapeur saturante Wikipedia

CEA

Phénomène d'adsorption; Article de ParisVII

 

Pour expérimenter et mesurer, il faut un hygromètre. Les hygromètres sont nombreux, et souvent couplés à des thermomètres (ça tombe bien, ce sont exactement ces paramètres qu'il nous faut) à aiguille, à écran LCD, avec sonde au bout d'un fil ou interne. C'est l'affaire d'une dizaine d'Euros. 

Un thermomètre Infra rouge est aussi très pratique pour déterminer quelle partie de votre instrument chauffe (les systèmes électroniques notamment : alimentations, moteurs, caméras, PC...) et lesquelles se refroidissent. Par exemple, j'ai un PC de bureau qui plante systématiquement dès qu'il fait froid, autour de 0°c.

Sur la photo suivante, vous voyez que chaque appareil a sa propre opinion sur la température et l'hygrométrie. Quelques indications en vrac : de gauche à droite, le N°1 est étalonnable avec 2 vis au dos. le N°2 est un modèle encastrable qui fonctionne avec 2 piles boutons de 1,5V. Le numéro 3 passe de 99% de taux d'humidité à 10% car il lui manque un digit. En résumé... prenons du recul. 

 

J'ai répertorié 3 grandes voies totalement différentes, pour résoudre le dépot de buée  :

Chimique : Dépot d'un produit hydrophobe sur la surface optique.

Thermique : Maintient de l'optique à une température supérieure à la température ambiante.

Physique : Apport d'air sec. 

 

Chimique : Dépot d'un produit hydrophobe sur la surface optique

Je vous propose de faire cette expérience : frottez du savon (solide) sur une partie d'une vitre, essuyez fortement votre vitre avec un papier doux jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de trace.

Attendez que la vitre reprenne sa température ambiante, expirez sur la vitre à l'endroit où vous avez mis du savon, et à un autre endroit. 

Les faits sont là : la fine pellicule de savon joue un rôle inhibiteur dans la formation de la buée ! L'effet est durable (15Jours). Mais si vous expirez suffisamment de vapeur d'eau et regardez de très près la surface du verre, vous verrez que la vitre est humide. Donc le savon a un effet inhibiteur des microgoutelletes (et de ce qu'on voit comme étant de la buée) mais il n'empêche pas le dépot de l'eau. Simplement celle ci s'étale !    Alors faut-il parler d'un caractère hydrophobe ou hydrophile ?

Il existe aussi une multitude de produits pour empêcher la buée à l'intérieur des vitres de voiture. Puisque ça marche sur les pare-brises, certain disent que ça peut le faire aussi sur une optique. Reste à voir cela avec un appareil de Foucault ... en fait il n'y a pas Foucault parce que les constatations sont visuelles: 

J'ai trouvé au hasard un produit  Sonax Spray anti buée.

Le miroir de 300mm a été nettoyé à l'acétone. Le Spray ne s'étale pas spontanément sur l'aluminure, il faut donc l'étaler avec un papier doux d'essuyage.  De ce fait aucune épaisseur de ce produit n'est visible.  

A titre d'essai je n'ai couvert que la moitié de ce miroir. Je l'ai mis dehors la nuit, dans les vraies conditions, et au bout de 4H la buée ne se formait pas. 

Je l'ai donc rentré et c'est là que s'est formé la buée que vous voyez sur la photo.

Vous voyez que le produit antibuée à gauche ne laisse pas la buée se former, mais il n'empêche pas l'eau de s'y déposer, et cela rends l'optique inutilisable.

J'ai trouvé que ce produit nettoyait bien le miroir. Par contre ce que vous ne voyez pas ce sont les traces laissées par le produit après que l'eau se soit évaporée.

Personnellement, je n'utiliserai pas cette solution.

Il y a aussi des sociétés qui proposent des aluminures hydrophobes, je n'ai pas fait l'expérience mais un fabricant de miroirs m'a répondu que cela n'évitait pas la buée. En revanche, un fabricant d'aluminure m'a indiqué que cela facilitait le nettoyage de petite surface du miroir.

 

Thermique : Maintient de l'optique à une température supérieure à la température ambiante (ou supérieure à la T°c du point de rosée)

Première méthode : le sèche cheveux ... Pas besoin d'explications supplémentaires ?   :-)  Les sèche-cheveux ont la même puissance (voir plus) que les décapeurs thermiques soit environ 1500 à 2000W  ( ça fait peur aux cheveux ! ). L'efficacité de la méthode tient certainement au fait que l'on s'arrête de l'appliquer dès que la buée disparait. 

Deuxième méthode : les résistances chauffantes. 

Les résistances de chauffage par le sol ont une résistance assez faible par mètre puisqu'elle doivent parcourir un long trajet, mais il y en a 2 par cable (+ la terre) de façon à fermer le circuit en bout de fil et n'avoir qu'un seul point d'alimentation. J'ai mesuré des valeurs de l'ordre de 0,2 Ohm par mètre.  Si nous voulons  enrouler 20 spires sur un pare buée de 90mm de diamètre => 5,5m => 1,1 x 2 Ohm. Alimentée par une batterie 12V => 5,45 Ampères => P = 65 W    ça fait un peu beaucoup ! 

Cependant, si vous faites passer le courant en largeur d'impulsion variable (PWM) tous les réglages sont possible. 

Pour éviter toute perturbation électro magnétique, le circuit doit être fermé au bout du câble chauffant. De plus celui ci est blindé et muni d'un fil à relier à la Terre. 

Voici un exemple de mise en oeuvre pour un objectif de 80mm de diamètre : le fil chauffant est d'abord enroulé sur un tuyau pour le mettre en forme, puis les terminaisons sont soudées ensemble.

 

Ensuite on porte l'ensemble sur le pare buée d'un objectif de lunette. Et un manchon de PVC fendu par un trait de scie à métaux ensèrre le tout de façon élastique. Nous sortons les fils pour les souder sur un cable electrique non chauffant, et voila le travail : 

Remarquons que le manchon PVC, isole thermiquement la résistance chauffante de l'extérieure, et offre un espace entre le pare buée de l'objectif qui permet de placer un tube enroulé, en papier ou en buvard. Dans ce montage, je compte sur le réchauffement du pare buée, puis de la lentille par le rayonnement IR du pare buée.  

Essais le 6/03/2015 : 0H30 sortie de l'objectif dehors sur le rebord de fenêtre. Nuit claire et glaciale. Mais la buée ne s'est pas formée. 

Je peux seulement indiquer qu'après mise sous tension 12V pendant  1 minute, l'élévation de la température du pare buée est  de  +12°c.

 

On trouve aussi (par les moteurs de recherche) :

  1. Des grands colliers chauffants de marque  Celestron  ou Astrozap. Des régulateurs de courant pour ces colliers.
  2. Dans les produits industriels, des colliers chauffants pour tubes acier.
  3. Chez Conrad vous trouverez des petites résistances chauffantes en 12Vcc de 3 à 10W  sur film adhésif.

Citons aussi l'idée qui consiste à utiliser l'aluminium de l'aluminure du miroir, celle ci présente une résistance électrique de 5 à 10 Ohm et est directement la surface à chauffer pour empêcher la buée. Malgrès les avantages qualitatifs que nous pouvions y trouver, il s'avère que c'est une mauvaise idée car l'aluminure est trop fine. Elle ne permet pas de faire passer un courant suffisant et chauffer quelque chose. L'épaisseur d'une aluminure est de l'ordre de 100nm. Or on admet que pour éviter l'échauffement puis la fonte du conducteur, il ne faut pas laisser passer plus de 5A par mm2 de cuivre. Pour un conducteur d'une section de 1 micron carré, le courant ne serait plus que de 5µA.  Pas de quoi chauffer quelque chose !!! Une remarque d'un lecteur disait qu'il fallait considérer le problème comme celui des pistes d'un circuit imprimé, je suis aussi d'accord avec cette analogie, c'est pourquoi je vous invite à quelques simulations de cette feuille de calcul des largeurs de pistes d'un CI. 

 

 

Troisième méthode : la lampe Infra Rouge (ou pas IR ?).

Le défaut des méthodes de chauffage est qu'elles créent de la turbulence. 

Et plus les optiques sont grandes plus l'homogénéïté de la température peut être difficile à obtenir. D'où l'idée de garder la chaleur du miroir en emballant l'arrière et les flancs dans une couverture de survie, (au lieu de le réchauffer). 

Exemple de mise en oeuvre : c'est l'  << OPERATION MARMOTTE >>  essayé sur le miroir de 300mm 50mm d'épaisseur. Le dessous et les flancs du miroir sont enveloppés dans la couverture de survie qui est maintenue par du ruban adhésif transparent.   

La miroir a été déposé dans son barillet dehors sur un toit vers 22H00 le 4 Mars 2015. La nuit a été très claire et glaciale. La photo ci dessous a été prise le lendemain matin, vers 6H45. Vous voyez que le givre s'est formé sur le bois du barillet mais le miroir est resté clair et net. 

Cette expérience pose quelques questions : Ou est le pire ? Faut-il vaiment chercher la mise à température d'un miroir ou faut-il l'empêcher de changer de température rapidement ? La quantité de chaleur dégagée par transfert par le miroir au contact de l'air est il la source majeure de turbulence instrumentale ? 

 

Physique : Apport d'air sec, assèchement de l'air. 

Je cherchais un qualificatif à cette méthode. Pas facile ... et comme tout est physique :-) !

L'idée est simple, pour empêcher la buée, supprimons l'humidité dans l'air qui entoure l'optique. 

C'est d'ailleurs la solution utilisée depuis qu'on fabrique des caméras CCD refroidies... Eh oui, on refroidit le capteur pour éviter le bruit de fond, on ne va pas réchauffer sa surface pour éviter la buée ! Donc la cage de la caméra est remplie par un gaz sec ou bien on laisse un sachet de dissécant.  

Là encore plusieurs solutions :

A) Le pare buée gainé par du papier buvard. L'humidité est captée par la porosité du buvard avant d'arriver sur l'optique.

B) Le sac absorbeur d'humidité. Il faut le laisser dans l'environnement de l'optique. Quand la couleur de la pastille change, on le passe au four à micro-onde, l'eau s'évapore, et c'est reparti pour un tour !  Pour trouver ces produits, cherchez la marque "Pingi".  Faire un test de mise en oeuvre avec la lunette de 110mm. J'ai aussi trouvé ce produit dans un supermarché. Le mode d'emploi est très mnémotechnique : quand la pastille bleue passe au rose, c'est qu'il a trop bu !

 

Exemple de mise en oeuvre sur une Lunette de 110mm : Opération PELICAN. Cette boite blanche se fixe sur l'objectif de la lunette et le dissecan est logé sous le niveau de l'objectif. Il faudra rajouter deux attaches par fils pour éviter que le sac tombe sur l'objectif ! :-)

Cette solution a bien été utilisée avec succès pendant l'eclipse totale de Lune de 2015. Un objectif plus petit sans protection avait pris la buée, mais pas la Lunette protégée par cette boite. 

 

C) Assécher de l'air avant de l'envoyer sur une surface optique. Cela consiste à condenser l'eau en la forçant à passer sur une surface chaude puis froide (les 2 faces d'un capteur Peltier).  On trouve dans le commerce, des petits déssecheur d'air qui utilisent ce composant.

Ou à utiliser un compresseur ; une compression puis détente de l'air. J'ai récupéré un compresseur de 150l  pour faire cette expérience; il fonctionne maintenant mais quelques fuites sont à colmater (27/02/2015). Il faudra utiliser un détendeur, ils ont tous un récepteur d'eau, transparent, muni d'une purge.

C'est la solution qui a ma préférence, mais elle est quand même lourde, donc pour station fixe.

La prochaine expérience va consister à brancher le compresseur, un détendeur, un tuyau, une boite transparente dans laquelle sera enfermée un des hygromètres et lire le taux d'humidité de l'air qui sort.   Resultats dès que possible...

 

D) Cette page ne serait pas complète si j'avais oublié de mentionner la dernière solution pour éviter la buée : envoyer son téléscope dans l'espace !  :-)

 

La page sera complétée avec d'autres expériences et vérifications. BONNES NUITS D'OBSERVATON.

 

 

Contactez moi pour vos remarques ou les erreurs qui se seraient glissées dans cette page.

gerald.mauboussin@free.fr

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Page crée le 15.02.2015 - - - - -Dernière mise à jour 29.12.2019.