En images : la réalisation du miroir du télescope LSST

L'ultrarapide télescope LSST est un instrument tout à fait particulier : avec un rapport f/D de 1,23, il sera en mesure de photographier de grandes portions de ciel en 15 secondes, soit une vision de l'ensemble de la voûte céleste en seulement trois nuits ! Pour réaliser une telle prouesse, il a fallu imaginer une conception optique inédite faisant appel à trois miroirs. Le miroir principal est un « 2-en-1 » qui doit être taillé avec deux courbures différentes : un grand miroir primaire de 8,4 mètres contenant au centre un miroir tertiaire de 5 mètres de diamètre. Le miroir secondaire est un miroir convexeconvexe de 3,4 mètres de diamètre.

La lumière des étoiles arrive d'abord sur le grand miroir primaire, repart ensuite vers le secondaire qui la renvoie vers le miroir tertiaire. Ce dernier focalise les rayons sur la caméra placée au centre du miroir secondaire (voir ci-dessous). Si tout se déroule comme prévu, la constructionconstruction du télescope devrait débuter sur un sommet du Chili en 2011 avec une première lumière prévue en 2015. Quant à la réalisation des miroirs, elle a débuté il y a trois ans.

Schéma du trajet optique dans le LSST. © P. Loubere

Du coulage au polissage

Voici en images les différentes étapes de la réalisation du grand miroir principal.

Novembre 2007 : pour obtenir un disque de verre le moins lourd possible, il est prévu que la partie arrière du miroir soit évidée. Les ingénieurs de la société Krabbendam installent une multitude de « noyaux » au fond du moule. Un gros cylindre au centre sera laissé pour économiser du verre, inutile à cet endroit puisqu'il est placé sous l'axe de la caméra.

Novembre 2007 : pour économiser du verre, les ingénieurs placent un gros cylindre au centre du miroir. © Krabbendam/LSST

Janvier 2008 : la scène se passe dans le laboratoire des miroirs de l'observatoire Steward. 30 tonnes (60.000 morceaux) d'un verre à faible taux de dilatationdilatation (du borosilicate de grade E6) sont disposées à la main dans le moule.

Janvier 2008 : dans le moule, 30 tonnes de verre sont placées à la main. © R. Bertram/Steward Observatory  

Printemps 2008 : le couvercle du four est installé. Le verre va être fondu pendant plusieurs jours à 1.165°C pendant que le moule tourne sur lui-même pour donner au miroir sa forme future. Le refroidissement va durer 3 mois.

Printemps 2008 : le moule tourne sur lui-même afin de donner sa forme au miroir. © R. Bertram/Steward Observatory

Été 2008 : tous les membres de l'équipe du LSSTLSST posent pour fêter le succès du coulage du grand miroir dont la circonférence dépasse les 26 mètres.

Été 2008 : le coulage du grand miroir est terminé. © H. Lester/LSST Corporation

2009 : le dégrossissage a consisté à enlever près de 5 tonnes de verre pour donner au miroir sa forme générale. On note la nette différence de courbure entre le miroir primaire extérieur et le miroir tertiaire intérieur. Les opérations de polissage commencent et vont se poursuivre jusqu'en janvier 2012 sous contrôle laser pour s'assurer de la parfaite courbure des deux miroirs.

2009 : le polissage doit permettre une courbure parfaite du miroir. © E. Acosta/LSST

Novembre 2009 : le miroir secondaire de 3,4 mètres de diamètre est terminé ! C'est le plus grand miroir convexe jamais réalisé. Le trou au centre servira à accueillir la caméra.

Novembre 2009 : le miroir est terminé, il pourra accueillir la caméra en son centre. © LSST Corporation

Les miroirs des superlatifs...

Si le polissage du miroir principal se poursuit à un rythme soutenu, les membres de l'équipe du LSST ont d'autres étapes cruciales à franchir. Il faut par exemple réaliser la caméra grand champ qui sera placée au centre du miroir secondaire.

Pour couvrir une étendue de ciel de 10°, cette caméra se composera d'une mosaïque de 200 CCDCCD totalisant 3,2 milliards de pixelspixels qui opéreront dans six longueurs d'ondelongueurs d'onde. Autre point délicat, la gestion des informations : 30 teraoctets de données chaque nuit que devront analyser et traiter les ordinateursordinateurs. Enfin, la structure du télescope devra assurer un parfait alignement des différents miroirs une fois montés.

C'est au prix de tous ces efforts technologiques que le LSST deviendra le plus rapide des télescopes de recherche jamais construits, un défi dans lequel est impliqué le laboratoire AstroParticules et Cosmologie.