La fabrication d’un miroir de téléscope géant

La course des gros télescopes se poursuit. Même si les radiotéléscopes ont le vent en poupe, grâce aux nombreux champs d’observations qu’ils proposent, l’ère des grands miroirs n’est pas révolue. Des miroirs coûteux, et très compliqués à fabriquer.

Le miroir de l’espace

Le miroir d’un télescope n’est pas exactement celui que l’on trouve dans les salles de bains et dressings. Il est un peu plus exigeant en termes de pureté et de qualité.

En effet, il doit répondre à deux critères : renvoyer le plus possible de lumière, et n’avoir aucun défaut. La lumière perçue par le miroir est en effet ensuite renvoyée vers des optiques extrêmement puissantes, qui vont amplifier et grossir chaque détail. Un défaut microscopique à sa surface, invisible à l’œil nu, deviendrait ainsi une énorme aberration sur l’observation finale. Tout doit donc être parfait.

Par exemple, le télescope géant Magellan, qui sera achevé en 2022, comporte sept miroirs, chacun d’un diamètre de 8,4 m. Les sept, combinés d’une façon très précise, formeront un miroir de 24,5 mètres de diamètre. Sa livraison est prévue en 2022, et elle aura pris dix ans. Ce qui n’est pas si long quand on sait qu’il faut quatre ans pour fabriquer chaque miroir.

La fabrication

Le borosilicate utilisé pour le télescope est hautement purifié.

Chaque miroir est donc constitué d’une base, sur laquelle le fabricant va disposer 20 tonnes de verre borosilicate, qui a la particularité de supporter le travail à très haute température et d’être plus « neutre », ensuite, aux variations. Exposé au chaud ou au froid, le verre se déformera très peu.

Le verre est sous forme de petits blocs, et il est disposé à la main par des opérateurs, qui travaillent depuis une plate-forme au dessus du miroir. La base tourne sous eux.

Une fois les 20 tonnes de borosilicate disposées sur la base, l’ensemble est placé dans un four réalisé sur mesure. Il s’agit d’une cuve dont le diamètre interne correspond à celui du miroir. L’ensemble est mis à chauffer à 1165 degrés pendant 120 heures, soit cinq jours pleins. La température est constamment surveillée pour qu’aucune variation n’apparaisse.

Durant cette phase, le verre devient liquide, et finit de se répartir uniformément.

Nettoyage du miroir entre chaque opération de polissage

Ensuite, le four est arrêté, et le fabricant va laisser l’ensemble refroidir « naturellement », sans assistance d’aucune sorte, à l’intérieur du four. Ceci, dans le but que la baisse de température soit uniforme, une variation pouvant créer une minuscule irisation sur le miroir qui, amplifiée plusieurs milliers de fois par les instruments optiques, serait catastrophique.

Le refroidissement prend trois mois. Une fois cette phase achevée, le miroir est sorti du four.

Là, il va subir deux opérations de polissage : une première est destinée à obtenir une surface bien lisse selon la forme que l’on veut donner au miroir, qui peut être légèrement concave. Cette première partie dure six mois à faible intensité pour ne pas créer de micro-fissures.

La seconde partie est plus spécifiquement le polissage, qui dure un an. L’objectif ici est d’obtenir une surface dépourvue du moindre défaut, avec une précision d’un micromètre, soit un millième de millimètre.

Rien n’est simple, tout se complique

Il suffira ensuite de transporter le miroir à destination, et de l’installer. Autrement dit, d’affronter d’abord un cauchemar logistique pour amener le miroir à bon port sans l’abîmer, le moindre éclat étant dramatique, puis de l’installer avec un luxe de précautions inouï.

Les miroirs principaux du télescope géant Magellan sont élaborés au Steward Observatory Mirror Lab (SOML) à Tucson (Arizona), et l’observatoire lui-même se trouve au Chili, dans les Andes.

Le support lui-même est très spécifique : il doit être assez solide pour empêcher le miroir de se déformer sous son propre poids. Chaque miroir est monté sur des suspensions pneumatiques pilotées par ordinateur, qui compensent la moindre déformation.

Au final, tous ces efforts permettront de créer un télescope terrestre dix fois plus puissant que Hubble, qui permettra d’observer les vestiges du Big Bang, d’observer la formation de trous noirs, et peut être de répondre à la question entre toutes les questions : sommes-nous seuls dans l’univers ?

Sources :

M.I.T

Site du G.M.T.O