Fabrication d’une monture de télescope avec un réducteur harmonique sur mesure et un ESP32

• L’auteur a fabriqué une monture de télescope sur mesure à l’aide d’un réducteur harmonique (harmonic drive) et d’un microcontrôleur ESP32
• Les montures de suivi commerciales étant très coûteuses, il a choisi de la concevoir et de la fabriquer lui-même en mode DIY
• Il décrit en détail l’ensemble du processus de conception, notamment la conception et la fabrication du PCB, la modélisation 3D avec FreeCAD et le choix des composants
• Le coût total de fabrication s’élève à environ 1 700 euros, ce qui rend le projet compétitif par rapport aux produits commerciaux même à l’unité
• Il partage les performances réelles en astrophotographie et les améliorations apportées grâce à l’intégration avec le firmware OnStepX

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Un nouveau point de départ

Il y a quelques années, l’auteur s’est intéressé à l’astrophotographie après avoir été inspiré par une chaîne YouTube consacrée à l’astrophotographie. Il a essayé de photographier la nébuleuse d’Orion en prenant des centaines d’images avec un temps de pose court depuis un trépied, puis en les empilant avec le logiciel Siril. Mais il a rapidement ressenti le besoin d’un système de suivi. Il a alors acheté un tracker Move Shoot Move, avant de s’intéresser à la fabrication d’une monture de télescope plus sérieuse en raison des difficultés à trouver les objets célestes, à faire l’alignement polaire et des résultats encore insuffisants.

Approfondissement de l’expérience en fabrication de PCB

En 2024, il est tombé par hasard sur des vidéos YouTube sur la conception de PCB sur mesure, ce qui lui a permis d’apprendre à utiliser des PCB fabriqués proprement et à faible coût au lieu de montages approximatifs sur breadboard. Pour son premier projet, il a réalisé un thermostat intelligent avec un ESP32, un écran e-paper et un capteur BME680. Fort de cette expérience, il a décidé d’appliquer directement ses compétences de conception et de fabrication de PCB à sa monture de télescope.

Recherche approfondie et usage des ressources communautaires

Le projet s’est structuré autour de l’adoption d’un harmonic drive. Il a consacré beaucoup de temps à étudier le choix des composants et l’architecture mécanique en s’appuyant sur AliExpress et sur l’open source disponible dans diverses communautés DIY (HEMY, HrEM, DHEM, DIY EQ Mount V2, etc.). Il a également exploré de nombreuses implémentations open source et ressources communautaires autour des moteurs pas à pas, des servomoteurs, du contrôle FOC, de SimpleFOC, etc.

Choix de conception et architecture

• Axe RA (ascension droite) : servomoteur 42AIM15 + harmonic drive Type 17 (réduction 100:1)
• Axe DEC (déclinaison) : moteur pas à pas MKS Servo042D + harmonic drive Type 14 (réduction 100:1)
• Monture et boîtier : adoption d’une plaque Arca Swiss, compatible avec la wedge Move Shoot Move
• Modes de fonctionnement : GEM (équatorial) ou ALTAZ (alt-azimutal)
• Microcontrôleur : ESP32-S3
• Alimentation : USB-C PD jusqu’à 24V/4A
• Contrôle moteur : step/dir/en, ULN2003 + MODBUS, CANBUS
• Extensibilité : broches GPIO restantes exposées vers l’extérieur

Les caractéristiques de microstepping et de contrôle servo propres à chaque moteur ont permis de simplifier la conception tout en améliorant la précision du suivi. Grâce au changement dynamique du microstepping via CANBUS, il a obtenu un bon équilibre entre slew rapide (déplacement) et suivi de précision.

Conception du PCB et résolution des problèmes

• Conception d’un PCB en demi-cercle avec KiCad, parfaitement ajusté au boîtier
• Utilisation d’un module ESP32-S3 sans antenne pour plus de liberté d’implantation et adoption d’un circuit d’alimentation USB-C (jusqu’à 24V)
• Utilisation du circuit open source PicoPD et de l’IC AP33772. Le choix de connecteurs JST série PH a permis des connexions compactes et de forte capacité
• Lors du premier remplacement d’IC, il a connu une erreur de câblage I2C et des dysfonctionnements ; le problème a été résolu sur la seconde version grâce à des vérifications renforcées et à l’ajout de nombreux points de test

Intégration du firmware OnStepX

L’auteur a adopté le firmware open source OnStepX pour le contrôle du télescope et la communication Wi‑Fi. Au départ, il a rencontré des problèmes de stabilité, l’ESP32 étant surchargé lors des mouvements de slew rapides, mais il les a résolus en réduisant la vitesse de slew et en passant le Wi‑Fi en mode client. En ajoutant simplement un fichier de disposition des broches adapté à OnStepX ainsi que du code de contrôle dynamique du microstepping, il a réussi à l’intégrer sans modifications majeures.

Fabrication et assemblage

La fabrication du PCB et l’usinage CNC du métal ont tous deux été réalisés chez JLCPCB. En faisant le choix audacieux de commander les pièces CNC directement à partir des plans CAD, sans test préalable en impression 3D, il a obtenu une précision des pièces très satisfaisante. Il y a bien eu une erreur de conception sur le capot de l’axe équatorial, mais elle a été corrigée simplement avec des entretoises. Toutes les pièces peuvent être assemblées uniquement avec du taraudage M3/M4 et des vis. Le taraudage manuel réalisé par l’auteur lui a permis de réduire les coûts de fabrication.

Retour d’expérience en conditions réelles

Après de nombreux tâtonnements liés à l’alignement polaire, à la mise en place et à la configuration des logiciels (INDI, KStars, Ekos, PHD2), il a progressivement accumulé de l’expérience en utilisation réelle. Lors des premiers essais, les échecs de prise de vue ont été fréquents à cause de divers petits et gros problèmes, mais au fil de la stabilisation il a atteint une précision de 1 à 2 secondes d’arc, suffisante pour obtenir de bons résultats avec des poses de 30 secondes à 600 mm de focale. Il utilise Siril pour l’empilement des images et poursuit déjà d’autres objectifs, comme l’empilement sur plusieurs nuits.

Coût de fabrication et intérêt économique

Le coût total s’élève à environ 1 700 euros (outillage, matériel et composants d’essai inclus). Rapporté à une seule unité, le coût revient à environ 800 euros. Face aux montures GOTO commerciales (1 200 à 4 000 euros), cela confirme un fort intérêt économique, même si l’auteur insiste davantage sur la valeur de l’expérience de fabrication elle-même.

Coût détaillé par élément (résumé des principaux postes)

• Harmonic drives (2) : 144 euros
• MKS et servomoteurs (2 de chaque) : 73 à 216 euros
• Pièces CNC : 215 euros
• PCB, connecteurs, vis, outils et autres

Conclusion et impressions

L’auteur souligne que l’expérience de fabrication, la résolution des problèmes et tout le cycle conception‑fabrication‑validation ont une valeur bien supérieure à l’achat d’un produit commercial. L’échec de la version 1 du PCB lui a appris l’importance d’une validation rigoureuse. Il en a tiré de nombreux enseignements sur FreeCAD, KiCad, l’usage de l’open source et l’ensemble du processus de développement hardware. Grâce au firmware OnStepX et aux ressources de la communauté, il montre qu’une monture de télescope DIY est aussi un projet accessible à un particulier.

Construire sa propre monture pour suivre les étoiles et la comprendre de bout en bout — voilà une satisfaction réellement précieuse.