Publié le 4 février 2026 – Mis à jour le 3 février 2026

Minute Recherche - Débusquer des ennemis en pleine nuit, ou déceler des ponts thermiques affectant l’isolation de sa maison…. Voilà des usages bien connus des caméras thermiques infrarouge (IR) disponibles dans le commerce pour un prix modique ! Mais saviez-vous qu'on peut aussi les utiliser pour observer les étoiles ?

Débusquer des ennemis en pleine nuit, ou déceler des ponts thermiques affectant l’isolation de sa maison…. Voilà des usages bien connus des caméras thermiques infrarouge (IR) disponibles dans le commerce pour un prix modique ! Mais saviez-vous qu'on peut aussi les utiliser pour observer les étoiles ?

Lorsque le ciel est nuageux, pas besoin de sortir le télescope ; chacun sait qu’on n’observera rien de probant…. Mais même lorsque le ciel semble parfaitement dégagé, des nuages très fins et très hauts, les cirrus, peuvent bloquer une partie du rayonnement qui nous arrive des étoiles, et le ré-émettre tout ou partie dans l’infra-rouge (IR)[1]. Or mesurer avec précision la quantité de lumière émise par une étoile est une des informations les plus importantes qu’on peut extraire des observations astronomiques.

Comment résoudre ce problème ? C’est le défi auquel répond l’équipe française rassemblée autour du projet StarDICE et composée de chercheurs et d’ingénieurs basés à Paris, Clermont-Ferrand, Montpellier et Marseille.

Des cameras IR grand public

Notre idée est d’utiliser une caméra thermique infrarouge : elle est capable de « voir » les différences de températures induites par le rayonnement sur les objets et de les convertir en signal électrique.

Jusqu’à présent une difficulté de taille pour un usage astronomique de ces caméras était leur prix, ainsi que la nécessité de les refroidir à très basse température. Les innovations techniques récentes ont permis la mise sur le marché de caméras thermiques non refroidies pour un budget tout à fait raisonnable.

L’équipe StarDICE s’est alors lancée dans une preuve de principe[2] pour contrôler la présence de cirrus invisibles et d’améliorer ainsi la qualité des observations d’étoiles. Le dispositif expérimental, illustré sur la Figure 1 et situé à l’Observatoire de Haute Provence[3] (OHP), inclut un télescope optique pour observer les étoiles, et une caméra IR pour observer le rayonnement de l’atmosphère et d’éventuels nuages.

Figure 1 - Dispositif de test de la caméra IR à l’OHP.

Un dispositif d’étalonnage dédié

Néanmoins, avant même de pouvoir réaliser de telles observations, il a été nécessaire de vérifier le rapport entre la valeur affichée par la caméra IR et la valeur vraie : c’est l’étalonnage. Pour ce faire, l’équipe a dû concevoir et mettre en place un protocole expérimental dédié, afin de garantir la stabilité en temps et la précision de cet étalonnage. En particulier, il a fallu remplacer l’usage d’un élément de la caméra (l’obturateur interne) par un cache robotisé « fait maison ». Ce cache permet de contrôler l’étalonnage fait en temps réel, entre des observations du ciel. La figure 2[4] illustre l’impact d’un tel étalonnage.

Figure 2 - La figure du haut présente sur l'axe verticale l'atténuation d'étoiles connues (les points noirs et gris) observées en optique, en fonction de l'excès de radiance sur l'axe horizontal. Le trait rouge est le modèle physique liant ces deux grandeurs. La figure du bas présente la même information sous la forme de l'écart entre le modèle et les observations : la dispersion des croix autour de la ligne rouge permet de visualiser la précision des données par rapport au modèle. On voit que les données suivent bien le modèle attendu.

Des simulations aux données réelles

 

Une fois le dispositif expérimental installé et calibré, il faut le tester !

Nous avons d’abord comparé un jeu d’observations prises à l’OHP avec un modèle d’atmosphère obtenu grâce à un logiciel (libRadTran[5]). Cela a permis de vérifier la qualité des données prises par la caméra IR, et l’accord global entre ce modèle et les données IR. La vraie preuve de principe est venue plus récemment, et a nécessité l’analyse jointe des données infrarouge et optique obtenues lors d’une campagne d’observation de plusieurs nuits dans la même direction du ciel. 

Cette analyse montre que les données obtenues avec le télescope peuvent être corrigées grâce aux mesures prises en même temps par la caméra infrarouge. Et, au minimum, ces informations supplémentaires permettent d’écarter les images trop altérées par le passage d’un cirrus. La figure 3, tirée de l’article[6] associé, montre l’excellente corrélation obtenue entre l’atténuation de la lumière attendue par des étoiles observées et l’excès de radiance, c’est à dire l’émission observée en IR qui n’est pas explicable par une atmosphère sans nuage.


Figure 3 - Lorsqu’on illumine la caméra IR de manière uniforme grâce au dispositif dédié « fait maison », on s’attend à voir une image uniforme. Or on obtient la figure de gauche, dont il faut étalonner chaque pixel pour obtenir l’image de droite, dix fois plus uniforme (l’ADU est juste une unité arbitraire de flux reçu sur chaque pixel de la caméra IR). Figure tirée de Sommer et al., Sensors, 2024.

Et après ?

Munie de cette preuve de principe et du dispositif expérimental associé, l’équipe StarDICE va pouvoir se concentrer sur son objectif final : établir un étalonnage du rayonnement d’un ensemble d’étoiles de référence, reposant uniquement sur des mesures de référence obtenues en laboratoire. Ainsi, après l’assaut des nuages, nous partirons à l’assaut des étoiles ! ★

 

[1] On parle de « radiance » pour qualifier cette émission dans l’IR. L’atmosphère elle-même émet dans l’IR, et le nuage implique un excès de radiance détecté, comparé à ce qui est attendu de l’atmosphère. Cet excès de radiance est, sinon de même intensité, qu’un corps humain dans un environnement de température plus basse que 37°C.

[2] Démonstration à petite échelle visant à déterminer si une nouvelle idée est réalisable et intéressante

[4] Sommer, K., et al., Sensors, 2024, https://hal.science/hal-04650376v1

[5] Logiciel très utilisé par la communauté scientifique, dédié à des calculs spécifiques pour l’étude de l’atmosphère : https://www.libradtran.org/doku.php?id=start

[6] Sommer K., et al., accepté pour publication : https://hal.science/hal-05348437v1
Partenaires :
Pour en savoir plus :
Le lecteur curieux pourra consulter avec profit https://hal.science/hal-04668441v1 et https://hal.science/hal-04777829v1 pour approfondir l’objectif et le principe du projet StarDICE.