Vue du mécanisme du dérotateur METIS, pendant les essais sur table.
Les grands télescopes au sol ayant des miroirs supérieurs à 8 m de diamètre1 utilisent des montures azimutales pour pointer les astres. Pendant le suivi d’une étoile, la rotation de la Terre implique une rotation du champ observé sur le détecteur d’astrophysique créant ainsi des images « filées ». Pour corriger cet effet, les instruments montés sur ces télescopes emploient un « dérotateur de champ », mécanisme dont la fonction principale est de faire tourner des ensembles de miroirs à très basse vitesse et avec une très grande précision. Pour l’instrument METIS, l’Irfu a développé l’un des tous premiers2 dérotateurs au monde fonctionnant à -210 °C. Entièrement conçu, développé et testé par l’Irfu au sein du DIS (département d'ingénierie des systèmes), le dérotateur de METIS atteint des performances au-delà des spécifications attendues. En phase de tests, sa qualification s'achevera à la fin de 2023 à l'ESO, à Garching, Allemagne.
Si l’utilisation de mécanismes de dérotation de champ est relativement commune dans les instruments d’astrophysique au sol, la majorité des communautés scientifiques choisit de placer ce mécanisme en amont de l’instrument cryogénique, de manière à le faire fonctionner à température ambiante. Ainsi, les niveaux de précision demandés (de l’ordre de quelques millièmes de degrés) sont atteints en utilisant des composants « standards » comme des platines motorisées, des codeurs optiques, des roulements à billes et des réducteurs lubrifiés.
Pour diminuer le bruit de fond instrumental, l’instrument METIS du futur ELT sera entièrement refroidi à des températures voisines de -210°C et par conséquent, le mécanisme de dérotation du champ devra aussi fonctionner sous vide à ces températures.
Fort de son expérience sur le développement de mécanismes cryogéniques (VISIR, MIRI, EUCLID), l’Irfu a été sélectionné pour développer cette unité motorisée cryogénique.
Cinq années, les compétences du département d’Ingénierie des Systèmes associées à celles du Département d’Astrophysique pour le suivi qualité et la plateforme cryomécanismes, co-financée par l’Irfu et une bourse DIM-ACAV, ont été nécessaires pour faire aboutir un projet ayant des objectifs techniques très ambitieux.
Entièrement conçu, développé et testé par l’Irfu, le dérotateur de METIS est construit et atteint des performances meilleures que les spécifications attendues : il est capable de déplacer une charge de 95 kg à des vitesses aussi lentes que 1 degré par heure (30 fois plus lent que l’aiguille des heures sur une montre) avec une précision d’asservissement inférieure à 1 seconde d’arc rms, l’équivalent d’un petit pois vu à 1 km de distance. Sa qualification s’achèvera en fin d’année 2023 avec un test de durée de vie de 360 000 mouvements qui sera effectué dans un cryostat de l’ESO à Garching.
Mécanisme du dérotateur ouvert. On voit le capteur de position angulaire (disque beige/orangé/noir).
1 Gemini 1 et 2: 8m, Very Large Telescope : 8.2m, Subaru: 8.3m,Large Binocular Telescope: 8.4m, Hoby Eberly Telescope: 9.2m, Keck 1 et 2 : 9.8m, Gran Telescopio Canarias: 10.4m et futurs Giant Magellan Telescope : 30m et Extremely Large Telescope : 39m.
2 L’instrument LINC-NIRVANA emploie aussi un mécanisme cryogénique pour la dérotation du champ. La charge entrainée pèse 5kg et tourne sur une amplitude de +/-15° avec une précision de 5 secondes d’arc rms.
Contacts : Jean-Christophe Barriere, Olivier Corpace, Mickael Lacroix.
• Détection des rayonnements › Détecteurs pour la physique des 2 infinis
