La lunette

(   les fonctionnalités   l'optique    le réglage de l'oculaire    la mise au point     le pointé   )  

Bien que depuis quelques années, la profession voit poindre dans son horizon des stations qui pointent les détails automatiquement sans intervention humaine et ceci avec grande précision, la lunette de visée n'est pas prête à se faire détrôner.

I) LES FONCTIONNALITÉS

A quoi sert une lunette?

Elle matérialise la visée      . Celle ci a pour nature d'être une droite.

Comme toute droite, elle peut se définir par 2 points 

Pour l'instant notre lunette est virtuelle puisque nous n'avons utilisé que des objets géométriques que sont les droites et les points pour la définir. Mettons un peu de matière autour pour répondre aux autres fonctionnalités nécessaires, à savoir:

- créer une image grossie de l'objet visé afin d'assurer un pointé plus précis. Pour cela deux lentilles convergentes sont nécessaires.

                - l'une tournée vers l'objet donc appelée objectif (2 à 3 cm de rayon)

                - l'autre appelée oculaire (3 à 4 mm de rayon) car, contrairement à ce que l'on pourrait penser au prime abord, elle est tournée vers l'oeil ( du latin oculus)

- rendre possible le pointé en interposant une croix gravée sur une plaque de "verre" (3 à 4mm de rayon) appelée réticule

- assurer la netteté de l'image d'un objet visé qui peut se situer à plusieurs dizaines de km ou à quelques mètres. On interpose ainsi une lentille divergente.

Nos deux points (ici en rouge sur les schémas) qui définissaient notre droite sont matérialisés:

                    - pour l'un, par la croisée réticulaire (c'est elle que l'on déplace pour régler, dans les ateliers de réparation, le positionnement de l'axe optique)

                    - pour l'autre, et c'est moins évident, par le foyer avant de l'objectif (voir le cours d'optique)

Ouéh! C'est pas tout ça mais toute cette optique ne tient pas en l'air toute seule par miracle!

On la dispose pour cela dans un tube tout en assurant la liberté de translation à la lentille divergente pour assurer la netteté de l'image ( c'est la mise au point ) ainsi qu'à l'oculaire pour adapter la lunette à l'oeil qui l'utilise.

Pour résumer :

Dans la pratique les constructeurs ont réalisé:

II) L'OPTIQUE

Voici une idée du chemin optique suivi par la lumière entre l'objet visé et l'œil.

La notion de grossissement.

L'image d'un objet perçue à travers la lunette sera grossie par rapport à celle perçue directement. Ainsi dans la documentation technique accompagnant le niveau de chantier C41 de chez Sokkia, peut-on voir que le grossissement de la lunette vaut 20x. Pourquoi ce grossissement est-il de cet ordre de grandeur?

La physiologie de notre oeil nous apprend que son pouvoir de résolution est de 3/10000ème de radian. Que veut dire ce terme "résolution"?

C'est son pouvoir de distinguer un objet. Vous savez trés bien, par expérience, qu'un petit objet n'est plus distingué quand il est placé trop loin de votre oeil. Il le devient quand on le rapproche. C'est pourquoi on s'exprime sous forme angulaire. Sur le schéma, ci-contre, l'image de l'objet bleu ne sera pas nette alors que celle du rouge le sera à la distance "d".

L'image de l'objet bleu deviendra nette dés qu'il sera disposé à la distance "d1" de l'oeil. Cette valeur de "3/10000ème de rd" a été établie par mesure ophtalmologique sur un grand nombre de personnes. Cette valeur est une moyenne pour un oeil sain (pas de myopie ni hypermétropie). Mais que fait-on de ce renseignement en topographie?

En nivellement direct, il est utile, souvent, d'effectuer des lectures sur mire au millimètre. C'est à dire que le mm doit être distingué. Dans l'exemple, ci-contre, la lecture sur mire "0575", c'est à dire 0,575 m, n'est possible que si on peut apprécier le 5 des mm. Un rapide calcul nous permettra d'apprécier la distance d1 à laquelle le mm sera lisible par un oeil normal. Dans l'expression 3/10000ème de radian, il y a le terme radian. Il faut donc se souvenir de sa définition. Cette dernière est d'autant plus importante que l'unité angulaire du Système International est ce même radian!

L'angle d'un radian intercepte un arc dont la longueur est égale à celle du rayon. Cette définition admet la proportionnalité, c'est à dire qu'un angle de 2 rd intercepte un arc de longueur 2R sur un cercle de rayon R.

En généralisant, la longueur d'un arc L est égale au rayon R du cercle multiplié par la valeur de l'angle au centre exprimé en rd. Soit L= R x a

  Etant donné que l'angle au centre est trés petit (3/10000rd), appliquons cette formule dans notre cas de figure. L = R x a (en rd)    1mm = R x 3/10000 rd  donc R = 10 000mm/3 donc R = 3333mm. On peut accepter que le mm, pour un oeil normal, sera distingué à environ 3m. Evidemment, si on interpose une lunette de grossissement G entre l'oeil et la mire, on pourra distinguer ce même mm à 3m x G. Tout bon opérateur et porte-mire aura cette petite formule en tête pour savoir à quelle distance maximale ils pourront disposer la lunette de la mire et inversement. En reprenant la documentation technique précédente, G = 20 donc la visée maximale est égale à 3 x 20 soit 60 m. La connaissance de cette distance permet d'optimiser les opérations de terrain liées, dans notre exemple, au nivellement direct. Le temps passé s'en trouve, bien évidemment diminué. Mais je vois venir votre question! Pourquoi ne pas construire de lunette à grossissement plus important?

La raison est d'abord économique. En effet, plus une lunette grossit, plus elle est onéreuse. De plus le phénomène n'est pas proportionnel à savoir que si le G est double alors le prix quant à lui, est multiplié par 10! D'autre part le terrain, quand il est en pente, limite la visée.

La lecture est impossible car l'horizontale "passe" sous le talon de la mire. Pour qu'elle devienne possible, il faut rapprocher la mire et ainsi perdre le bénéfice d'un fort grossissement.

Ce sont les lunettes des niveaux d'ingénieurs de classe 3 qui possèdent les grossissement les plus importants. Ils sont de l'ordre de 32.

III) COMMENT L'UTILISER? 

Toutes les manipulations sont centrées autour de la croisée réticulaire.

3.1) le réglage de l'oculaire

Il s'effectue à l'aide du bouton adapté Il consiste à adapter la lunette à votre œil (nous n'avons pas tous le même) afin que son utilisation soit la plus confortable possible. Il faut pour atteindre cet objectif, si je puis dire, orienter la lunette sur un fond clair en mettant une feuille de papier blanche à une trentaine de cm devant l'objectif ou en visant le ciel ( , une exposition de votre pupille, même très courte, aux rayons du soleil à travers les lentilles peut l'endommager à vie ). Le réticule doit vous paraître bien noir et bien net.

Cette opération s'effectue théoriquement une fois en début de travail sur le terrain. Dans les faits, il est souvent utile de la recommencer car l'œ se fatigue. 

3.2) la mise au point

Elle s'effectue à l'aide du bouton adapté pour actionner la lentille divergente interne en translation

- le but : pour l'instant, le seul endroit que l'on distingue nettement est le réticule. C'est pourquoi la mise au point consiste, en déplaçant la divergente interne, à amener l'image de l'objet visé au seul endroit où on puisse la voir nette, c'est à dire dans le plan du réticule. Logique, non?

- trois étapes sont nécessaires:

        *1ère étape: dégrossir le pointé

                            Il faut viser l'objet à l'aide du viseur externe lié à la lunette. Cette étape est judicieuse car si vous regardez directement dans la lunette, vous ne       pourrez  pas distinguer l'image car sa mise au net n'a pas encore été réalisée.

        * 2ème étape: éliminer le flou

                            Cela s'effectue à l'aide du bouton de mise au point. C'est à vous d'apprécier cette netteté à l'usage et l'expérience.

       * 3ème étape: éliminer la parallaxe

                            Cette élimination est obligatoire pour un professionnel de la mesure. La précision de vos mesures en dépend. En quoi consiste cette parallaxe?

                            Vous allez vous apercevoir que l'image reste nette même si vous manipulez le bouton de mise au point légèrement. Cela veut dire que vous faites  glisser l'image le long de l'axe optique. Quelle conséquence y a t il?

                            L'image risque d'être légèrement derrière ou devant le réticule. Ainsi le pointé, donc la mesure, dépendra de la position de l'œ derrière l'oculaire. S'il est sur l'axe optique, par hasard, il n'y aura pas de conséquence sur le pointé. Mais rien ne vous dit qu'il est sur cet axe. Il est donc impératif  d'amener l'image dans le plan du réticule et ainsi éliminer la parallaxe.

                            Pour y parvenir, il vous faut bouger l'œ derrière l'oculaire en hochant la tête tout en tournant légèrement le bouton de mise au point. Vous le        faites jusqu'à ne plus observer de mouvement relatif entre l'image et le réticule. C'est la seule preuve que nous ayons que le pointé ne dépend plus de la position de l'œ derrière l'oculaire.                                                                                  

3.3) le pointé

        Il doit s'effectuer les deux yeux ouverts   Ceci n'est pas évident, au début, car votre cerveau a l'habitude de percevoir à peu prés la même image pour chaque œil (perception du relief). Dans ce cas de figure, les deux images sont bien différentes (l'image à travers la lunette est grossie de vingt à trente fois par rapport à celle perçue directement). C'est un peu ce que doit ressentir le caméléon.

Comme nous avons, nous les humains, un cerveau un tant soit peu plus gros que celui des caméléons, nous devrions aussi pouvoir le maîtriser pour percevoir l'une ou l'autre des deux images selon les besoins. Cet effort est nécessaire car certains d'entre nous utilisent la lunette bien souvent pendant les huit heures de la journée quand ce n'est pas de la nuit (dans ce cas là, un dispositif d'éclairage fait paraître le réticule blanc). Je ne vous imagine pas 8 heures d'affilé en position de clin d'œ! Vous risquez ceci:                                                                                                                                

Ces pointés ne s'effectuent pas toujours dans des conditions climatiques idéales. Il pleut parfois et les engins de travaux publics attendent que vous leurs traciez la route. Pas question de tout remballer et de mettre le matériel au sec. Généralement le matériel y résiste à la condition de les laisser sécher hors de leur boîtier de transport une fois revenu au bureau. Un dépôt du au séchage, est souvent perceptible sur les optiques (de même que des traces de doigts). Il est impératif, si vous ne voulez pas altérer les couches de traitement des optiques, d'utiliser des papiers très doux en tapotant et non pas en frottant les optiques tout en expirant de l'air chaud avec votre bouche grande ouverte pour créer une condensation.

Remarque: pour que tous les renseignements de cette page puissent vous être profitables, il est utile que vous pratiquiez un peu la lunette. Les explications deviendront limpides après un peu de pratique.