C'est principalement par le truchement du spectromètre SPI que la mission INTEGRAL se propose de répondre aux nombreuses interrogations que soulève l'astrophysique nucléaire. Fruit d'une vaste collaboration internationale (1) au sein de laquelle le Centre d'Étude Spatiale des Rayonnements à Toulouse (CNRS-Université Paul Sabatier) et le Service d'Astrophysique du CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique) à Saclay jouent les premiers rôles, le spectromètre SPI est réalisé sous la maîtrise d'oeuvre du Centre National d'Études Spatiales (CNES).

Vue éclatée du spectromètre SPI
Cylindre haut de 2,5 m et pesant 1300 kg, le spectromètre SPI est équipé d'un panneau destiné à rayonner l'énergie dissipée dans le détecteur afin de le maintenir à très basse température (85 K).

Forts des résultats récents sur l'émission à large échelle de la Voie lactée produite par désintégration de l'aluminium 26, les concepteurs de SPI ont adopté un champ de vue le plus vaste possible au détriment du pouvoir séparateur, l'effort portant avant tout sur la résolution en énergie. Le plan détecteur de SPI est une matrice hexagonale composée de 19 semi-conducteurs de germanium couvrant une surface utile de 500 cm2. Les détecteurs germanium sont montés dans un cryostat qui les maintient à une température de 85 K par une combinaison de dispositifs réfrigérants actifs et passifs. Ils confèrent à SPI la capacité de mesurer l'énergie des photons gamma avec une précision de 2 keV, quinze fois mieux que le spectromètre OSSE à bord de l'Observatoire à Rayons Gamma Compton. L'aptitude du spectromètre SPI à produire des images à grand champ repose sur son ouverture codée à base d'éléments de tungstène montée à 1,7 m du plan de détection. Ce dispositif lui procure un pouvoir séparateur assez modeste (2 degrés), bien meilleur toutefois que celui du spectromètre OSSE, ainsi qu'un champ de vue à mi-sensibilité de 490 degrés carrés.

Le spectromètre SPI et le véhicule spatial où il est embarqué sont exposés à un bombardement massif de particules énergétiques aptes à susciter l'émission de photons gamma parasites. Afin d'atténuer ce bruit de fond, un blindage fait de scintillateurs BGO (germanate de bismuth) enveloppe presque complètement le dispositif de détection. On peut envisager ainsi une sensibilité de détection des raies gamma les plus fines accrue de plus d'un ordre de grandeur par rapport à celle du spectromètre OSSE. En se prolongeant loin au-dessus du plan de détection, ce blindage actif contribue également à réduire la susceptibilité du spectromètre aux rayonnements émis en dehors du champ de vue de l'appareil.

Plan détecteur du spectromètre SPI
Fait d'une matrice de 19 semi-conducteurs de germanium de haute pureté refroidis à 85 K en combinant un radiateur passif et un système actif à cycle de Stirling.

Ouverture codée du spectromètre SPI

Après avoir été assemblé dans les locaux du Centre Spatial du CNES à Toulouse, le modèle de vol du spectromètre SPI a été l'objet d'une campagne intensive d'étalonnage. Il n'est en effet pas possible d'estimer la réponse instrumentale des télescopes gamma avec les seuls photons émis par les sites cosmiques eux-mêmes. Les sources gamma célestes émettent en effet beaucoup trop peu de photons et sont pour la plupart d'entre elles beaucoup trop variables pour garantir un étalonnage satisfaisant des télescopes. Avant la mise en orbite, il est donc nécessaire de mesurer la réponse instrumentale du spectromètre en l'exposant à des faisceaux de rayons gamma produits au sol.