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Service d'astrophysique
Laboratoire AIM

 
La caméra infrarouge du prochain télescope spatial est déjà prête
Livraison du modèle de vol pour un lancement prévu en 2014

Le Service d'Astrophysique du CEA-Irfu, responsable scientifique et technique de l'imageur MIRIM (pour Mid InfaRred IMager ou Imageur pour l'infrarouge Moyen) du spectro-imageur MIRI, un des instruments majeurs du prochain télescope spatial James Webb (JWST), vient de livrer le modèle final de l'imageur au laboratoire Rutherford à Appleton en Angleterre, chargé des derniers tests avant la livraison  pour intégration sur le JWST début 2011. Le JWST, une mission conjointe des agences spatiales étatsunienne (NASA), canadienne (CSA) et européenne (ESA), est un satellite de plus de six tonnes comportant un télescope de 6,5 mètres de diamètre dont le lancement est prévue pour mi 2014 par une fusée Ariane 5.

La caméra MIRIM est un instrument clef pour l'objectif principal du JWST qui consiste à explorer l'Univers tel qu'il était il y a  plus de 13 milliards d'années, au moment où se sont formés les tout premiers objets lumineux. MIRIM devrait permettre des découvertes majeures dans l'étude de la formation des galaxies et des étoiles et également dans le domaine de la recherche  de planètes lointaines grâce à un dispositif très novateur, un coronographe à masque de phase, qui permet "d'éteindre" la lumière d'une étoile pour voir plus facilement une planète proche de l'étoile.

 

picto_video Voir l'animation de "l'extinction" d'une étoile dans le coronographe

 

La fin de plusieurs centaines de milliers d'heures de travail

La livraison de ce que les scientifiques appelent le modèle de vol, c'est à dire est la dernière version d'un instrument, celle qui sera réellement envoyée dans l'espace, est la fin d'un long processus qui a nécessité plusieurs centaines de milliers d'heures de travail et mobilisé des ingénieurs et des techniciens de presque tous les services techniques de l’Irfu (SAp, SEDI, SIS, SACM) et de trois autres laboratoires en France (le LESIA de l’observatoire de Paris-Meudon, l’IAS à Orsay et le LAM à Marseille). Avant d'arriver à l'instrument final, la caméra MIRIM aura connu, en cinq ans, trois modèles d’instrument, destinés à s'assurer que le modèle de vol répondra parfaitement aux contraintes spécifiques du spatial (notamment sa tenue mécanique aux importantes vibrations présentes lors du lancement), et aux demandes de performances en conditions opérationnelles, avec des tests cryogéniques en enceinte refroidie à la température de l’hélium liquide (4 K soit 269 degrés au-dessous de zéro). La  caméra opérera à la température de -266 degrés.

MIRI est un des trois instruments majeurs du télescope spatial James Webb (JWST), le successeur du télescope Hubble. Il est construit sous la  responsabilité de l'ESA  par un consortium de dix pays Européens, coordonnés par l’Observatoire Royal d’Edimbourg en Ecosse (ROE), en association avec des laboratoires étasuniens. La France [1] a été chargée de la conception, du suivi de la réalisation et des tests d’environnement et de performance du banc opto-mécanique de l’imageur de MIRI, c'est à dire de la structure mécanique, de l’ensemble des miroirs (5), de la roue à filtres (hors actuateur) qui vont permettre les observations dans différentes longueurs d'ondes de l'infrarouge moyen (de 5 à 27 micromètres).

A l'issue de la conception, la réalisation et de l'ensemble des essais, le CEA-Irfu a désormais livré l'instrument conforme à la totalité des spécifications requises.

 

Dessin du télescope JWST déployé dans l'espace avec son miroir segmenté de 6,5 mètres de diamètre. Le JWST sera  mis à poste au point dit L2, à 1,5 millions de kilomètres de la Terre et protégé de la chaleur du Soleil par un écran thermique visible sur le dessin (en bleu). Il observera le rayonnement infrarouge cosmique. Crédit NASA/ESA

 Modèle de vol de l’instrument MIRIM en cours d’intégration dans l’enceinte cryogénique de test au SAp. Les contraintes des instruments spatiaux nécessitent de travailler en environnement propre contrôlé, ici en classe 100 (soit moins de 4 particules de taille supérieure à 0,5μm par litre d'air). Crédit CEA/SAp.
 

Voir en direct les planètes lointaines

La caméra MIRIM va recueillir le rayonnement infrarouge cosmique dans l'infrarouge moyen (de 5 à 27 micromètres) selon  trois modes d’observation. Le mode "Imagerie" permet une « photographie » du ciel à diverses longueurs d’onde grâce à 12 filtres interchangeables. Le mode "Spectrographie" décompose la lumière afin d'y rechercher la  signature d’éléments et de molécules cosmiques. Enfin le mode "Coronographie" permet d’étudier les alentours proches des étoiles ou des trous noirs géants au centre de notre galaxie; il sera notamment utilisé pour la recherche et la caractérisation de planètes et de disques de matière autour des étoiles.

« A l’aide des deux premiers modes, "imagerie" et "spectrographie", la caméra MIRIM participera à l'objectif principal du JWST qui consiste à explorer l'Univers tel qu'il était il y a  plus de 13 milliards d'années, au moment où se sont formés les tout premiers objets lumineux », affirme Pierre-Olivier Lagage, responsable scientifique du projet MIRIM. « Elle devrait notamment permettre des découvertes majeures dans l'étude de la formation des galaxies et des étoiles ».

Le dernier mode d’observation coronographique a nécessité la fabrication de composants optiques spécifiques jusqu’alors introuvables dans l’industrie. Il s'agit en particulier de blocs monocristallins de germanium, un semiconducteur qui est transparent pour le rayonnement infrarouge. Le bloc, un parallépipède aux faces rigoureusement planes, a été gravé de façon très précise selon quatre quadrants avec une différence d'épaisseur d'une fraction de micromètres seulement [2]. Ce très léger décalage  sur le trajet de la lumière permet "d'annuler" la lumière provenant d'une étoile brillante. Cette technique dite de "coronographie à masque de phase", conçue par le LESIA de l’observatoire de Paris-Meudon, permet ainsi d'éteindre la puissante lumière de l'étoile sans affecter le faible flux d'objets lumineux autour.  Il permettra la recherche de planètes.
Les essais réalisées au SAp avant la livraison ont prouvés de façon spectaculaire l'efficacité de ce procédé novateur.

 
Essai de la caméra MIRI, équipée d'un "masque d'étoiles", un dispositif qui permet "d'éteindre" la lumière d'une étoile pour révéler d'éventuelles planètes. Le film montre le déplacement d'une étoile et son passage devant le centre du masque qui supprime sa lumière (séquence répétée deux fois). Crédits CEA-SAp.
 

picto_video -Télécharger l'animation (version avi, 3.1Mo)

 


 

Contacts : ,

 

Voir : le communiqué de presse commun CEA-CNRS-CNES

Pour plus de détails sur le JWST et l'instrument MIRI : voir "l'instrument MIRI"

 

Voir aussi :

- Bon pour l’espace (16 avril 2008)
- Le JWST, digne successeur du télescope spatial Hubble (18 juin 2007)

 

Notes :

[1] Sous la responsabilité générale du Centre National d'Etudes spatiales (CNES), l’IRFU du CEA a assuré la maîtrise d’œuvre en coopération avec le LESIA, Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (CNRS / Observatoire de Paris/Université Paris Diderot/UPMC), l'IAS d'Orsay, Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS / Université Paris-Sud 11, OSU-INSU) et le LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS / Université de Provence, OAMP-INSU).

[2] Le monocristal de germanium a été fourni par le LESIA et gravé par l’Institut rayonnement matière (IRAMIS) du CEA

 

 


Redaction : J.M. Bonnet-Bidaud

 

maj : 12-07-2010 (2780)