Le télescope d'Herschel prend forme

14 janvier 2004

C'est à deux pas de l'un des observatoires les plus célèbres d'Europe, le Pic du Midi, et plus précisément à Bazet, près de Tarbes, que le miroir plus grand télescope spatial jamais réalisé, celui du satellite d'astronomie infrarouge Herschel, est en train de prendre forme.

La réalisation d'un télescope spatial performant se heurte à un problème de taille, celle de son miroir primaire. Celui-ci doit à la fois être large, pour collecter un maximum de lumière, extrêmement rigide, pour garantir une grande précision, et léger, pour ne pas pénaliser la masse du satellite. Lorsque le diamètre de ce miroir atteint 3,5 m comme celui de Herschel, le prochain grand observatoire européen en infrarouge, il devient urgent de trouver un matériau adéquat.

"Si nous avions réalisé ce miroir en verre, il aurait pesé à lui seul près de 1,5 tonnes !" explique Daniel de Chambure, ingénieur responsable du télescope d'Herschel à l'ESA. L’utilisation d’un matériau plus approprié a permis de réduire cette masse à 250 kg, pour une masse totale au lancement du satellite de 3250 kg.

Céramique de Bigorre

Après avoir envisagé un miroir en aluminium et une solution américaine en fibre de carbone, le choix s'est porté sur une céramique de carbure de silicium (SiC). Près de Tarbes, Boostec, une "jeune pousse" d'à peine 30 personnes, s'est associée à l'industriel EADS Astrium pour développer des instruments d'optique utilisant cette technologie.

"Nous avons recherché un partenaire dans le monde entier, avant de découvrir que le meilleur carbure de silicium se faisait à 150 km de chez nous", rappelle Michel Duran, à la tête des instrumentations optiques chez EADS Astrium à Toulouse.

Les premiers miroirs céramiques de Boostec destinés au spatial voleront en février 2004 sur la sonde Rosetta (à l'intérieur de l'instrument Osiris) et sur le satellite d'observation taiwanais RoCSat 2.

La céramique SiC n'est pas un développement nouveau pour l'industrie spatiale, bien au contraire, c'est un produit industriel qui a largement trouvé sa place sur Terre, notamment dans l'industrie automobile, pour les joints de pompe à eau – les fameux « joints de culasse » - et dans l'industrie chimique, car il résiste à toutes les corrosions. "Nous faisons un transfert de technologie dans le sens inverse de ce qui se fait d'habitude" note Pierre Deny, l'un des dirigeants de Boostec. La céramique SiC se prête particulièrement bien aux applications spatiales en combinant légèreté, stabilité mécanique et thermique et simplicité de polissage.

Le plus grand miroir spatial au monde

Herschel primary reflector after brazing at Boostec facilities
Le miroir d’Herschel après son brasage

Le miroir d'Herschel est le plus gros miroir monolithique jamais réalisé pour une application spatiale. Il se compose de 12 pétales usinés à partir de blocs de céramique et assemblés par brasage avec une très grande précision.

Opération à risque, ce brasage a été réalisé avec succès en novembre dernier. Le miroir est désormais préparé pour la prochaine phase, un usinage de sa face interne, aujourd'hui encore bardée des nombreux raidisseurs qui ont facilité la fabrication des pétales et le brasage. Ces raidisseurs seront éliminés et, à l'issue de l'opération, l'épaisseur de la « peau » du miroir sera d'à peine 3 mm. Il sera ensuite expédié chez Opteon, à Turku, en Finlande, pour son polissage puis à l'observatoire espagnol de Calar-Alto, près d’Almeria, où il sera recouvert d'une couche d'aluminium de 350 nm qui lui confèrera son pouvoir réfléchissant.

Outre le miroir primaire, la technologie SiC a aussi été appliquée au miroir secondaire et à la structure en forme d’hexapode qui le supporte. Le matériau permet de garantir la stabilité structurelle et thermique de l'ensemble du télescope à moins de 10 micromètres près.

La livraison du télescope, après essais, est prévue pour mi-2005 afin qu'il soit intégré sur le satellite.

La participation de Boostec aux missions de l'ESA ne s'achèvera pas avec Herschel, car alors que le miroir de ce dernier sort à peine de brasage, lui a succédé dans le four le miroir du lidar Aladin, qui volera en octobre 2007 sur le satellite ADM-Aeolus. Et déjà des études sont menées sur la faisabilité d'un miroir en SiC pour le satellite d'astrométrie Gaia, destiné à succéder à Hipparcos à l'horizon 2010.

Coup double en 2007

Artist's Impression of the Herschel Spacecraft
Herschel et Planck seront lancés ensemble par Ariane 5

Herschel sera lancé en 2007 par Ariane 5 en compagnie d'un autre observatoire de l'ESA, le satellite Planck, destiné à étudier le "bruit de fond" cosmique. Les deux satellites seront placés en orbite autour d'un des points d'équilibre du système Terre-Soleil, situé à environ 1,5 millions de kilomètres de la Terre dans la direction opposée au Soleil. Cette orbite permettra à Herschel d'effectuer des observations en permanence avec des contraintes thermiques bien moins sévères que celles qu'avait dû endurer son prédécesseur le satellite ISO, en orbite terrestre. Conçu pour durer 18 mois, ISO avait réussi à fonctionner 23 mois avant d'épuiser sa réserve d'hélium. Sur Herschel, une technologie similaire sera employée avec un cryostat emportant 2360 litres d'hélium superfluide pour refroidir les détecteurs à 2 K (- 271°C), mais, contrairement à ISO, il n'aura pas à refroidir le miroir, qui sera maintenu à 70 K (–203°C) grâce à un parasol le protégeant du Soleil. L'objectif de la mission est d'assurer au moins 3,5 années d'opérations avec une sensibilité 30 fois supérieure à ISO pour les sources ponctuelles.

Travaillant à la fois dans l'infrarouge proche et profond et jusque dans les bandes submillimétriques (57 à 670 µm), Herschel poursuivra l'exploration photométrique et spectroscopique de l'univers "froid", étudiant la formation et l'évolution des galaxies, le milieu interstellaire et ses poussières, la formation des étoiles et les disques protoplanétaires. Il cherchera également des traces d'eau dans les autres systèmes stellaires.

La réalisation des deux satellites Herschel et Planck à été confiée à Alcatel Space Industries, basé à Cannes. Sur Herschel, le télescope est sous la responsabilité d'EADS Astrium à Toulouse, tandis que le module de service est réalisé par Alenia Spazio à Turin, en Italie.

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