L’essor de la spectrohéliographie amateur

Une figure centrale de la spectrohéliographie amateur du XX^e siècle est l’Américain Fredrick Nall Veio (Californie, 1930-2022) [11]. Construisant en 1962-1964 un spectrohélioscope compact (lentille de télescope 60 mm / 2,7 m de focale, spectroscope Littrow 1,9 m, réseau Bausch & Lomb 1200 tr/mm) pour environ 300 dollars, il en publie le plan dans Sky & Telescope de janvier 1969, puis dans le Journal of the BAA en 1975 [10] [12]. Sa principale innovation est un synthétiseur à disque de verre tournant de 100 mm de diamètre, peint en noir et percé de 24 fentes de 125 µm définissant une bande passante de 0,5 Å en Hα, beaucoup plus simple à fabriquer que les fentes oscillantes de Hale [10].

À partir de 1972, Veio diffuse une brochure d’auto-construction (initialement 56 pages, étendue à 120 pages vers 2000) dont plus de 2 000 exemplaires circulent à travers le monde [10]. Pendant plus de trente ans (1967-1998), il entretient une correspondance estimée à 9 000 lettres avec des amateurs étrangers, travail patient d’évangélisation que le passage à Internet (1999, création d’un forum Yahoo dédié) accélère ensuite considérablement [10]. Toshio Ohnishi (Japon) puis Mike Rushford (Californie) et J. Christopher Westland (Hong Kong) hébergent successivement la version libre et numérique du livre [10].

Veio recense, dans ses « histoires de la spectrohélioscopie amateur » de 2009-2010, l’apparition régulière de nouvelles constructions à travers les années 1970-1990 : Theodore van Poecke (Pays-Bas, 1971), Donald Mruk (Massachusetts, 1971, à 17 ans), Achim Gruenberg et Ulrich Fritz (Allemagne, 1975), Brian G. W. Manning (Angleterre, 1975, inventeur du synthétiseur Manning sans vibrations et premier amateur à fabriquer un réseau original de qualité), Toshio Ohnishi (Japon, 1975, inventeur vers 1990 du synthétiseur Ohnishi, à fentes oscillantes à extrémités repliées), Heinrich Beeker (Allemagne, 1980, conception originale de cœlostat), Jeffrey Young (Californie, 1982, miroir oscillant remplaçant les prismes d’Anderson), Henry Hatfield (Angleterre, 1985), Gote Flodqvist (Suède, 1994), Rogerio Marcon (Brésil, 1992) [10]. Le premier amateur européen à construire une version compacte et transportable est van Poecke, qui hérite des optiques d’origine de Veio [10].

Plusieurs résultats scientifiquement significatifs sont obtenus par des amateurs dans cette période. Vers 1975, Brian Manning réalise l’une des premières observations amateurs documentées du décalage Doppler des raies du sodium sur les bords du limbe solaire, démonstration directe de la rotation différentielle, avec un réseau utilisé au cinquième ordre et un film Kodak 2415 à grain fin [10] [13]. En 1999, Fredrick Veio et Leonard Higgins (Napa, Californie) observent visuellement, pour la première fois à notre connaissance, l’effet Zeeman dans une tache solaire avec un spectrohélioscope amateur. Les identifications spectrales sont confirmées en 2002-2003 [10]. L’article correspondant paraît dans le Journal of the BAA en février 2006, à notre connaissance la première publication scientifique d’amateurs sur l’effet Zeeman solaire [14].

Le Français Philippe Rousselle (Metz) réalise ses premiers spectrohéliogrammes au tout début des années 1990 (vers 1992, un siècle après les premières images de Deslandres) [15]. Son montage initial associe une lunette, un capteur CCD linéaire Thomson et un micro-ordinateur Atari 520. Il pointe d’abord le Soleil depuis la fenêtre de son appartement, avant d’installer l’instrument dans son garage. L’objectif lui est vendu par Fred Veio, avec qui il correspond plusieurs années. Le principe est de laisser l’image du Soleil dériver devant la fente d’entrée : un ordinateur enregistre chaque ligne au passage et reconstitue l’image complète. Il est, selon Veio, le premier amateur à utiliser un détecteur linéaire, et atteint une résolution de l’ordre de 2″ sur le disque solaire [10]. Rousselle développe aussi ses propres logiciels de traitement (images 8 bits, cartes Doppler, mesure de la position des structures, cartes synoptiques) [15]. Son site web, ouvert vers 2001-2002, sert de plate-forme de documentation et d’archive solaire continue jusqu’au début des années 2020, et héberge aussi la version libre du livre de Veio ainsi qu’un atlas des longueurs d’onde de Charlotte Moore [16]. Plusieurs amateurs lui emboîtent le pas et construisent leur propre instrument, dont Daniel Defourneau, les Rondi et Jean-Jacques Poupeau [15]. En 2003, Rousselle confirme avec son instrument les détections de l’effet Zeeman et du décalage Doppler signalées par Veio [10].

Au printemps 2002, le Français Daniel Defourneau (Le Pin, près de Paris, spécialiste informatique appliquée à la spectroscopie infrarouge sous vide) imagine une approche radicalement différente : il utilise une webcam classique pour filmer en continu le spectre du Soleil, laissant le disque dériver naturellement devant la fente d’un petit spectrographe fixe [17]. Il écrit en Visual Basic un logiciel, SpecHelio (méthode dite « 2D »), qui sélectionne une colonne unique de pixels centrée sur la raie choisie et la concatène image par image pour reconstituer le disque entier [17]. Son spectrohéliographe « de poche » (lunette de 60 mm en collimateur, téléobjectif de 200 mm, réseau, total environ 6 kg, coût inférieur à 200 €) tient sur une planche de bois et fonctionne sans monture motorisée [17]. Sa première image est présentée le 26 juin 2002 sur la liste de diffusion Astrocam (message n° 31161) [17]. Il publie le logiciel sur son site « cieldelabrie », et démontre en octobre 2009, selon les histoires de Veio, la première observation amateur d’ondes de Moreton ainsi que la première image Doppler colorée du limbe [10].

Quelques mois après Defourneau, Christian Buil lit la description de la méthode, l’expérimente avec succès, l’améliore et l’intègre à son logiciel généraliste IRIS [10] [17]. La diffusion d’IRIS, abondamment documenté, contribue à populariser la technique en France et en Europe. Alex Canicio (sud de la France) écrit ensuite un logiciel plus rapide (AstroSnap), puis José Ribeiro en 2004 abaisse encore le temps de traitement d’environ dix minutes à deux minutes par image [10]. La méthode webcam + logiciel devient alors le standard amateur : tout au long des années 2010, plusieurs amateurs poursuivent la voie ouverte par Defourneau en construisant leurs propres spectrohéliographes numériques, jusqu’à la diffusion de Sol’Ex.

Le tandem père-fils André et Sylvain Rondi, en 2005-2006, franchit une nouvelle étape. À partir d’un spectrohéliographe compact à webcam et de polariseurs, ils acquièrent séparément les images d’une région de tache solaire en lumière polarisée droite et gauche, les empilent par traitement IRIS, puis les combinent pour produire ce qui constitue, à notre connaissance, le premier magnétogramme solaire amateur (été 2006), avec une résolution d’environ 6″ [10] [18]. La démarche reprend la méthodologie professionnelle de l’effet Zeeman longitudinal et démontre qu’avec un instrument compact, une discipline d’acquisition et une chaîne logicielle adaptée, l’amateur peut accéder à des observables qui étaient jusqu’alors réservés aux observatoires solaires spécialisés. Le site des Rondi conserve la documentation complète de ces travaux et un historique illustré de la spectrohéliographie [18].

L’Australien et britannique d’origine Ken M. Harrison publie en 2016, dans la collection Patrick Moore Practical Astronomy Series chez Springer, Imaging Sunlight Using a Digital Spectroheliograph, premier ouvrage de référence consacré au spectrohéliographe numérique amateur [19]. Le livre couvre la conception optique, la construction mécanique, les logiciels disponibles à l’époque (Virtual Dub, Image J, BASS Project, SpecHelioBas, et SliM de Wah-Heung Yuen), ainsi qu’un panorama des instruments amateurs alors actifs aux États-Unis, au Royaume-Uni, en France, en Italie, en Chine et en Australie [19]. Ses derniers chapitres retracent une histoire raisonnée du domaine, de Hale et Deslandres jusqu’à Veio. L’ouvrage paraît juste avant que la pratique ne se diffuse largement, et en fixe l’état de l’art technique.

Fin 2020, Christian Buil conçoit le Sol’Ex (Solar Explorer) [20]. Ingénieur retraité du CNES et figure de l’astronomie amateur française depuis les années 1990, il est l’auteur d’IRIS, d’ISIS et d’une famille de spectrographes commerciaux développés avec Shelyak Instruments (LHIRES III, eShel, Alpy 600). L’idée directrice est de mettre à profit deux ruptures technologiques récentes : les imprimantes 3D grand public, qui permettent de fabriquer chez soi des pièces mécaniques précises à coût quasi nul, et les caméras CMOS monochromes très rapides (ASI290 mini et équivalents), capables de saisir des spectres à plus de 100 images par seconde [20].

Sol’Ex se présente comme un parallélépipède en PLA imprimé en 3D, de 500 g, contenant une fente de 10 µm, un doublet collimateur, un réseau holographique de 2 400 traits/mm, un doublet imageur et la caméra [20]. Il s’installe à l’arrière d’une lunette astronomique courante (40 à 100 mm d’ouverture, focale ≤ 480 mm pour imager le disque entier), précédée d’un filtre énergétique (Baader AstroSolar ou prisme de Herschel). L’acquisition repose sur le déplacement contrôlé du télescope en ascension droite (8 à 16× la vitesse sidérale), enregistré sous forme de fichier vidéo SER, puis reconstruit ligne à ligne par logiciel. En enregistrant le profil complet de la raie en chaque colonne, Sol’Ex et ses dérivés numériques renouent, près d’un siècle plus tard, avec le spectrohéliographe des vitesses de Deslandres, interrompu en 1939 et repris à Meudon en 2017 seulement [4]. Le kit optique est diffusé en commerce par Shelyak Instruments [21], les fichiers STL d’impression 3D et la documentation sont mis en ligne sous une forme didactique très soignée [20]. Une variante stellaire, Star’Ex, dérive du même boîtier par échange de quelques pièces optiques et permet la spectrographie d’étoiles, de comètes, de nébuleuses et de quasars [20].

L’instrument est présenté officiellement en 2021 lors des journées ProAm de la Société Française d’Astronomie et d’Astrophysique (SF2A) [22]. En quelques mois, plus de 150 amateurs à travers le monde se sont lancés dans la construction [23], et au milieu des années 2020 la communauté internationale dépasse plusieurs milliers d’utilisateurs.

Le traitement des fichiers SER produits par Sol’Ex est confié dès l’origine à Valérie Desnoux, collaboratrice de longue date de Christian Buil (auteure du logiciel d’analyse spectrale VSPEC) et actrice de longue date du milieu amateur français. Elle conçoit et développe en Python INTI, logiciel open source dédié à Sol’Ex et recommandé par Christian Buil, qui automatise en un clic l’ensemble de la chaîne : détection de la raie sombre la plus marquée dans la vidéo, modélisation par un polynôme, extraction colonne par colonne, correction du « smile » et du « tilt », reconstruction de l’ellipse solaire, correction géométrique en disque circulaire, ajustement d’échelle et orientation [24]. INTI fixe les conventions de fichiers (FITS 16 bits, JPEG 8 bits, orientation nord-haut/est-gauche) qui rendent les images amateurs compatibles avec les bases de données professionnelles, et fut le premier logiciel adopté pour la soumission au projet SOLAP/BASS2000 [25].

Valérie Desnoux développe également INTI Partner, boîte à outils complémentaire qui regroupe plusieurs applications : visualiseur d’images et de fichiers SER, sélecteur des meilleures images par comparaison par paires, module de stacking avec correction des distorsions, animation, INTI Mosaic (composition de mosaïques fondée sur la méthode multirésolution de Burt & Adelson de 1983) [26], grille de coordonnées de Stonyhurst, et planisphère synoptique sur rotation solaire [27]. INTI Partner accepte des images produites par d’autres logiciels (JSol’Ex, SUNSCAN) ou d’autres spectrohéliographes que Sol’Ex [27].

À partir de 2021, le Britannique Douglas Smith (Londres) et son fils étudiant publient un fork anglophone du code source originel de Valérie Desnoux (Vdesnoux/Solex_ser_recon) sous le nom Solex_ser_recon_EN, hébergé sur GitHub sous le pseudonyme « thelondonsmiths » [28]. Le fork apporte une interface en anglais, une plus grande flexibilité dans le basculement entre corrections géométriques automatiques et manuelles, un contrôle individuel des fichiers sauvegardés, et une accélération significative du traitement (typiquement 5× à 10× selon les données, grâce au multithread) [28] [29]. Le logiciel s’enrichit ensuite d’un mode batch, de traductions multilingues, d’un exécutable Windows autonome et d’un outil Pixel Offset Live permettant d’identifier des raies spectrales par rapport à une raie d’ancrage avec calcul automatique de la dispersion [30]. Le projet est largement diffusé sur SolarChat et Cloudy Nights, où Douglas Smith publie régulièrement images, présentations et tutoriels [31]. Une variante expérimentale supportant les fichiers AVI, Digital_SHG, en est dérivée par Matt Considine [32].

L’ingénieur logiciel français Cédric Champeau, spécialisé dans le logiciel open source, découvre la spectrohéliographie en février 2023 à l’occasion d’une « Nuit au Sommet » à l’Observatoire du Pic du Midi de Bigorre. Confronté au coût prohibitif des filtres et étalons solaires traditionnels, il s’oriente vers Sol’Ex, mais souhaite comprendre par lui-même la mécanique de reconstruction d’image. Pour relever ce défi pédagogique personnel, il développe à partir de 2023 JSol’Ex, une implémentation indépendante de la chaîne de reconstruction écrite en Java, publiée sous licence Apache 2 dans le projet open source astro4j [33].

JSol’Ex a été conçu dès l’origine dans une intention didactique et avec un fort souci de facilité d’utilisation, prolongeant la démarche pédagogique de son auteur : le logiciel propose des fonctions qui rendent visibles les étapes de la reconstruction de l’image et aident l’utilisateur à interpréter les images obtenues : quelle raie est observée, à quelle couche de l’atmosphère solaire elle correspond, ou ce que traduit un décalage Doppler. Il rend surtout accessibles en quelques clics des traitements jusque-là réservés aux utilisateurs avancés, comme l’extraction de la raie de l’hélium ou l’imagerie de la couronne solaire. Au-delà de cette accessibilité, JSol’Ex est le premier logiciel SHG à proposer un langage de scripts intégré (ImageMath, complété par Python), avec dépôts de scripts communautaires, permettant de générer des images personnalisées : continuum, Doppler, animations [33]. Il offre également le stacking et la composition de mosaïques [34], la correction des bords dentelés, l’identification automatique des régions actives et la détection d’éruptions, ainsi que des outils d’analyse avancés : la détection des bombes d’Ellerman [35], la mesure de la rotation différentielle solaire [36] et une visualisation 3D du cube spectral [37].

Porté par cette dynamique d’innovation, le logiciel devient progressivement très populaire au sein de la communauté Sol’Ex, et trouve également des utilisateurs sur d’autres spectrohéliographes, notamment le ML Astro SHG 700. Cette popularité croissante débouche en septembre 2025 sur une reconnaissance institutionnelle : JSol’Ex devient officiellement, aux côtés d’INTI, un outil de soumission accepté pour la base BASS2000 de l’Observatoire de Paris-Meudon [38]. Parallèlement, l’algorithme de détection des bombes d’Ellerman est cité dans la littérature professionnelle [39] et le logiciel est utilisé pour la production de l'Atlas of Spectroheliograms from 3641 to 6600 Å de Váradi Nagy et Pietrow (2025) [40]. JSol’Ex sert donc désormais à exploiter scientifiquement les données amateurs.

En 2026, Cédric Champeau lance SpectroSolHub, plateforme communautaire dédiée au partage et à la discussion des images de spectrohéliographie solaire produites par la communauté Sol’Ex et SHG 700 [41]. Le site héberge galeries, classements, discussions, dépôts de scripts JSol’Ex et flux d’activité. Il permet notamment de générer des animations du Soleil sur plusieurs jours, en agrégeant les observations de nombreux utilisateurs. JSol’Ex et INTI Partner intègrent tous deux une fonction de publication directe vers cette plateforme.

Le succès de Sol’Ex a entraîné, en quelques années, l’émergence d’une gamme d’instruments commerciaux dérivés ou concurrents. Il n’est pas impossible que la qualité et le contraste des images amateurs obtenues avec un SHG soient à l’origine du renouveau des instruments commerciaux à base d’étalons, comme la lunette SkyWatcher Heliostar. En 2024-2025, le Vietnamien Nguyen Trong Minh (Hanoï, ingénieur civil) commercialise via la marque ML Astro le SHG 700, spectrohéliographe entièrement assemblé et calibré en usine, doté de micromètres de précision sur les principaux axes optiques, conçu pour des lunettes de focale ≤ 700 mm et présenté comme une version plus robuste et plus directement opérationnelle [42] [43]. Son lancement est suivi d’une diffusion rapide à l’international. Comme pour Sol’Ex, le pouvoir de résolution spectrale dépend principalement de la configuration optique (ouverture et focale de la lunette, largeur de fente) plus que de l’instrument lui-même. Les deux spectrohéliographes offrent des performances du même ordre [40].

Azur3DPrint, partenaire commercial du projet Sol’Ex, propose des kits mécaniques pré-imprimés et pré-assemblés. Shelyak Instruments distribue le kit optique de référence (fente, réseau, doublets) [21]. La motorisation du réseau, qui permet de basculer d’une raie spectrale à l’autre depuis un smartphone, fait l’objet de plusieurs projets open source (par exemple celui de Jean Brunet et Stéphane Ferier sur GitHub) [44].

L’étape suivante, en 2024-2025, est franchie avec SUNSCAN, instrument autonome développé par l’équipe STAROS Projects (Guillaume Bertrand, Christian Buil, Valérie Desnoux, Olivier Garde, Matthieu Le Lain) [45]. SUNSCAN intègre dans un unique boîtier la lunette, le spectrohéliographe, une caméra couleur miniature, un mini-ordinateur Raspberry Pi et une batterie. Il est piloté par smartphone ou tablette en Wi-Fi et fournit des images de la chromosphère solaire en quelques minutes, sans monture motorisée ni connaissances préalables [45] [46]. Présenté aux Rencontres du Ciel et de l’Espace (RCE) en novembre 2024, l’instrument vise en priorité l’éducation : clubs, écoles, animations grand public [47]. Il est diffusé sous licence open source, avec une application mobile dédiée (iOS/Android) [48]. En novembre 2025, SUNSCAN vaut à l’équipe STAROS le premier prix du Grand Prix triennal pour l’innovation instrumentale amateur de la Société astronomique de France (SAF) [49].

L’association à but non lucratif STAROS fédère par ailleurs l’ensemble de l’écosystème (Sol’Ex, Star’Ex, SUNSCAN, INTI), coordonne le financement participatif et structure la communauté en interface avec les chercheurs [45].

Le 7 février 2023, l’Observatoire de Paris-Meudon lance avec Christian Buil le projet SOLAP, collaboration formalisée entre astronomes professionnels et amateurs équipés de Sol’Ex [25]. L’objectif est de prolonger et d’enrichir la base de données solaire BASS2000, qui archive depuis Deslandres plus de 100 000 images monochromatiques du Soleil prises à Meudon en Hα et Ca II K, couvrant plus de dix cycles solaires [50]. La couverture géographique des amateurs (plusieurs dizaines de stations à travers le monde) compense les aléas météorologiques d’un site unique : la chromosphère peut ainsi être suivie quotidiennement, et souvent plusieurs fois par jour.

Le protocole, publié en 2023 par Jean-Marie Malherbe, Florence Cornu et Isabelle Bualé (LESIA), impose le traitement par INTI et le format FITS 16 bits avec orientation normalisée [25]. Au printemps 2025, SOLAP compte 41 contributeurs réguliers et plus de 6 000 images ont été archivées dans BASS2000 [50]. Le projet est coordonné à Meudon par Milan Maksimovic, et l’Observatoire de Paris a organisé en mai 2025 une rencontre conviviale entre chercheurs et amateurs SOLAP au LIRA (Service Solaire), incluant une visite du spectrohéliographe historique [50].

Des publications scientifiques s’appuient désormais directement sur des données acquises par Sol’Ex et SHG 700. Buil, Malherbe et Maksimovic publient en 2023 dans Photoniques un article de synthèse sur Sol’Ex et l’imagerie monochromatique solaire dans le cadre de la collaboration pro-am [51]. En 2025, Pál Váradi Nagy et A. G. M. Pietrow (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam) publient un atlas de spectrohéliogrammes de 3641 à 6600 Å entièrement réalisé avec un Sol’Ex et un ML Astro SHG 700 pendant le maximum solaire 2025, à une résolution spectrale R = 20 000 – 40 000 et une résolution spatiale moyenne de 2,5″ [40]. La même année, l’article de Faryad et al. sur la détection automatique des bombes d’Ellerman cite JSol’Ex parmi les pipelines de détection contemporains [39]. Des amateurs équipés produisent donc des jeux de données assez cohérents pour servir de référence à la recherche professionnelle, notamment pour les comparaisons Soleil/étoiles utiles à la recherche d’exoplanètes.