Le Télescope spatial James Webb (JWST) est l’observatoire le plus puissant et le plus sophistiqué jamais construit. C’est aussi le plus cher, en raison de la complexité de sa conception et des tests rigoureux que cela implique. Pour s’assurer que le télescope puisse s’intégrer dans son carénage de charge utile, les ingénieurs de la NASA ont conçu le JWST pour qu’il se replie (style origami) et se déplie une fois qu’il a atteint l’espace. Il n’est pas étonnant que les astronomes et les astrophysiciens espèrent développer des matériaux flexibles et légers qui peuvent conserver une forme parfaite et être pliés pour s’adapter de manière compacte à l’intérieur d’un lanceur.
Cela a le potentiel de réduire la taille et la masse des télescopes spatiaux et la complexité de leurs conceptions, réduisant ainsi les coûts de lancement. Pendant la pandémie de COVID, des chercheurs de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) ont développé une nouvelle méthode pour produire et façonner des miroirs à membrane parabolique de haute qualité. Jusqu’à présent, l’équipe MPE a fabriqué des prototypes jusqu’à 30 cm (12 pouces) de diamètre qui sont beaucoup plus minces et plus flexibles que les miroirs conventionnels. À long terme, cette méthode pourrait réduire drastiquement le coût de fabrication et de déploiement des télescopes spatiaux.
La méthode tire parti d’une nouvelle technique connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui est généralement utilisée pour appliquer des revêtements sur des matériaux. Ces dernières années, le CVD s’est également révélé très prometteur en ce qui concerne la fabrication de supermatériaux tels que les rubans de graphène, les batteries nucléaires miniatures et les diamants. Avec ses collègues du MPE, le Dr Sebastian Rabien a adapté une méthode CVD où des molécules monomères sont déposées à l’intérieur d’une chambre à vide, où elles se combinent pour former un polymère.
La clé du processus est un récipient rempli de liquide qui tourne, amenant le liquide à former une forme parabolique qui fournit le «moule» pour façonner la membrane. Lorsque le polymère est suffisamment épais, un revêtement métallique réfléchissant est appliqué sur le dessus et le liquide est éliminé. C’est la première fois que le procédé est utilisé pour créer des miroirs à membrane parabolique dotés des qualités optiques nécessaires à l’astronomie. La méthode est également rentable et peut facilement être étendue pour créer des lentilles mesurant plusieurs mètres (dizaines de pieds) de diamètre.
Les prototypes qu’ils ont créés ont démontré la faisabilité de la méthode et jeté les bases de la production de miroirs plus grands et compressibles. Comme l’a dit le Dr Rabien, spécialiste de l’astronomie infrarouge, dans un récent communiqué de presse du MPE :
« Lancer et déployer des télescopes spatiaux est une procédure compliquée et coûteuse. Cette nouvelle approche – qui est très différente des procédures typiques de production et de polissage des miroirs – pourrait aider à résoudre les problèmes de poids et d’emballage des miroirs de télescope… elle jette les bases de systèmes de miroirs compressibles plus grands qui sont moins chers que d’habitude.
Le miroir mince et léger créé à l’aide de cette technique peut facilement être plié ou enroulé pour être lancé au sommet d’une fusée. Pour s’assurer que le miroir peut conserver sa forme parabolique après s’être déplié dans l’espace, l’équipe a développé un contrôle de forme adaptatif qui utilise une projection de lumière spatialement variable. Lorsqu’elle est appliquée au miroir, cette technique provoque des changements de température localisés qui le font se plier et prendre la bonne forme. Au-delà des télescopes spatiaux, cette technique pourrait également avoir des applications pour les observatoires de nouvelle génération ici sur Terre.
Dans les années à venir, plusieurs observatoires dotés de miroirs primaires de 30 mètres (près de 100 pieds) de diamètre deviendront opérationnels. Il s’agit notamment du télescope extrêmement grand (ELT) de l’ESO, du télescope géant de Magellan (GMT) et du télescope de trente mètres (TMT). Ces observatoires s’appuieront sur l’optique adaptative (AO), où les miroirs ajustent leur forme pour compenser les interférences atmosphériques. Cette nouvelle technique pourrait être utilisée pour fabriquer des miroirs extrêmement grands, légers, flexibles et moins chers à produire.
Les prochaines étapes pour l’équipe de recherche consisteront à développer un système de contrôle adaptatif plus sophistiqué et à construire une chambre de dépôt de la taille d’un mètre (3,3 pieds). Cela permettra des prototypes à grande échelle et fournira un moyen de tester la qualité de la forme de la surface finale et la quantité de distorsion initiale que les miroirs peuvent tolérer. Des prototypes plus grands permettront également à l’équipe d’étudier la structure de surface des miroirs primaires à grande échelle et leur capacité à se déployer.
Lectures complémentaires : MPE
