Un spectromètre pour le Télescope géant
L’Employeneur Annemieke Janssen de TMC Physique est étroitement impliquée dans le projet de construction du plus grand télescope optique au monde à l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Le Télescope géant européen (ELT) possède un miroir primaire de pas moins de 39 mètres de diamètre. Un projet de cette envergure pose des défis intéressants.
Annemieke est ingénieure système chez Optical Infrared Group NOVA (Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie), administré par Astron, un observatoire radio de Dwingeloo, où elle est basée. En tant qu'experte dans le domaine de l'instrumentation astronomique, Annemieke participe à la conception de l'un des instruments du télescope.
« La conception et la construction du télescope et des instruments est un processus très intense qui peut prendre plus d’une dizaine d’années », explique Annemieke. « De grands consortiums internationaux participent aux projets d’instrumentation c’est pourquoi je me rends régulièrement à Paris ou à Munich. Une conférence sur l'instrumentation astronomique a lieu tous les deux ans. Un groupe restreint partageant les mêmes parcours assiste à cette conférence. J’y retrouve donc beaucoup de personnes que je connais. »
Les projets sur lesquels travaille l’Optical Infrared Group NOVA sont temporaires et n’engagent donc qu’un nombre limité de personnes sur la base d’un contrat à durée déterminée. « Pour moi, c’était idéal de travailler en tant qu’Employeneur sur ce projet par l’intermédiaire de TMC. Étant donné que l’argent du projet est déjà réparti et qu’il s’agit d’un poste temporaire, la probabilité de bénéficier d’un contrat à durée indéterminée est faible. »
La phase expérimentale
Un télescope collecte la lumière et la concentre dans un plan focal. Pour obtenir des images ou des spectres, un instrument doit être ajouté au télescope. C'est souvent une caméra ou un spectromètre. Annemieke précise que MOSAIC pourrait devenir l'un des instruments de l’ELT. MOSAIC est une combinaison de deux spectromètres identiques fonctionnant en lumière visible (450–900 nm) et de deux spectromètres identiques fonctionnant en infrarouge (900–1800 nm). Pour l’instant, ce projet est encore en phase expérimentale. Je travaille actuellement sur le spectromètre pour les spectres visibles. Cette année, nous déciderons si la construction de l'instrument est réalisable et si elle correspond aux souhaits des astronomes. Si le concept est approuvé, nous réaliserons un avant-projet détaillé et construirons l’instrument. »
Le défi d’imaginer un projet dans son ensemble
Les gens se demandent souvent pourquoi le processus de conception et de fabrication est si long. Il existe déjà de nombreux spectromètres dans cette gamme de longueurs d’onde pour d’autres télescopes, tels que le « Très Grand Télescope » (VLT). Il serait possible d’ajouter un instrument du VLT sur l’ELT mais Annemieke explique pourquoi cela n’est pas pratique : « Le premier problème est la taille du plan focal à l’endroit où le télescope et l’instrument sont connectés. Supposons que vous souhaitiez observer une partie du ciel de la taille de la lune (0,5 ° x 0,5 °). Le plan focal sur le VLT est alors légèrement supérieur à 1 m x 1 m, tandis que sur l’ELT, il est presque de 6 m x 6 m. La différence est un facteur de cinq en longueur et de 25 en superficie. Nous devons donc accepter que la partie visible du ciel soit 25 fois plus petite ou que l’instrument doit être plus grand. Malheureusement, un instrument ne peut pas simplement devenir cinq fois plus grand, car la taille des détecteurs et des composants optiques, tels que les objectifs, les miroirs et les prismes, est limitée. »
Transporter la lumière
Dans MOSAIC, le plan focal fait 1,5 m de long. Il n'est pas possible de faire des spectres de toute la surface. En revanche, l’utilisation de fibres de verre permet de sélectionner les positions sur le plan focal, où se trouvent les étoiles et les galaxies. Les fibres de verre « transportent » ensuite la lumière du plan focal vers le spectrographe. « Cela aide », explique Annemieke, « mais l’instrument tend toujours à être trop grand. Le plan focal est non seulement multiplié par cinq par rapport au VLT, mais la projection d'une source ponctuelle sur le plan focal est également multipliée par cinq. Par exemple, une étoile est visible en 3 mm x 3 mm, ce qui est trop grand pour tenir dans une fibre de verre. C’est pourquoi plusieurs fibres de verre sont nécessaires pour transporter la lumière d’une étoile vers le spectrographe. »
Construire une optique plus grande
Construire un grand spectrographe avec de grandes optiques peut être une solution, mais la production prend du temps. Annemieke : « La fabrication d’un objectif d’un diamètre de 40 cm à lui seul peut prendre plus d’un an. Tout d'abord, le verre doit être fondu dans un four, puis il faut plus de six semaines pour qu'il refroidisse. Le verre doit refroidir très lentement pour rester homogène. Ensuite, le verre est examiné, poli puis on lui applique des revêtements. » Cependant, nous consacrons la plupart de notre temps à l’avant-projet détaillé avant de pouvoir fabriquer l'objectif. Annemieke continue : « Ce concept naît aujourd’hui après des années d’échanges entre ingénieurs, astronomes et techniciens qui ont tenté de développer l’instrument idéal. Un tel instrument, qui doit également être réalisable et abordable, pourrait être utilisé pour des projets de recherche intéressants. J'espère me rendre un jour au Chili pour voir le télescope en vrai. »
