Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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104 Des outils pour sonder l’Univers La caméra du Mid Infrared Imager (MIRIM), destinée au télescope JWST, en train d’être inspectée, sous éclairage ultraviolet, pour vérifier qu’il n’y a pas eu de contamination particulaire. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Une fois en service, le JWST entrera dans la gamme des télescopes infrarouge de deuxième génération. Avec une sensibilité et une acuité angulaire 100 fois supérieure à celle de ses prédécesseurs, ce nouvel instrument va permettre des avancées notables dans différents domaines de l’astrophysique comme l’assemblage des galaxies, les premières phases de formation des étoiles ou encore la recherche d’exoplanètes. Concernant ce domaine particulier, un mode d’observation dit coronographique a été introduit dans l’imageur de MIRI. Il s’agit d’une méthode permettant d’« éteindre » une étoile pour sonder ses alentours proches sans être « ébloui » et de pouvoir ainsi rechercher d’éventuelles planètes, des « compagnons », des disques de poussière… Ce mode d’observation coronographique a nécessité la fabrication de composants optiques spécifiques jusqu’alors introuvables dans l’industrie. Le Lesia les a conçus et l’Institut rayonnement matière (Iramis) du CEA les a réalisés. Où en est le projet aujourd’hui ? D’un point de vue technique, les différents modèles de l’imageur de MIRI indispensables à la qualification spatiale de l’instrument sont d’ores et déjà réalisés. Le modèle qui volera se trouve actuellement en phase de tests sur le centre du CEA de Saclay. À la fin de cette opération, prévue en décembre 2009, l’instrument sera livré aux ingénieurs britanniques qui opéreront son assemblage au spectromètre avant d’envoyer le tout à la NASA. Celle-ci procédera à l’intégration du dispositif au sein du JWST en 2011. La réalisation de l'imageur de MIRI confère désormais aux ingénieurs et aux chercheurs du CEA une excellente connaissance de l’appareil. Elle leur garantit également le temps d'observation nécessaire à la conduite de nouveaux programmes d’observation encore plus ambitieux – autant d’atouts qui vont permettre au SAp de figurer longtemps encore aux avant-postes de la recherche en astrophysique. Cette expertise acquise par le CEA lors de la construction de l’instrument, lors des tests réalisés en laboratoire ou dans l’espace, bénéficiera à l’ensemble de la communauté européenne des astrophysiciens, grâce à la fondation d’un Centre d’expertise implanté à Saclay. Autre avantage du projet, celui de conserver la compétence scientifique et technique du CEA dans le domaine du rayonnement de l'infrarouge moyen, toujours très porteur pour l'astronomie. En effet, la suite se prépare déjà avec, notamment, les études de l’instrument METIS (pour Mid-infrared E-Elt Imager and Spectrograph) pour le télescope E-ELT (pour European Extremely Large Telescope) : un nouveau géant de 42 mètres de diamètre que l’ESO étudie aujourd’hui en détail (voir ELT/METIS, un géant de 42 mètres, p.110). > Pierre-Olivier Lagage et Jean-Louis Auguères Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS). Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers)L. Godart/CEA
L. Godart/CEA Les spécificités du spatial : apprentissage d’un savoir-faire La réalisation d’engins spatiaux est un domaine de la technique relativement neuf à l’échelle de la science astronomique. En France, les premières expériences embarquées sur des fusées sondes pour récolter quelques minutes d’observation au-dessus de l’atmosphère datent d’à peine un demisiècle. À cette époque de pionniers, la méthode des essais et des erreurs pouvait répondre aux attentes de la communauté scientifique. Mais, avec l’arrivée des satel lites, il a fallu commencer à mettre en place un référentiel de travail commun visant à optimiser les chances de succès et à assurer un retour d’expérience permettant de minimiser les risques des projets futurs. Ce référentiel de travail permet, via des normes d’ingénierie, de qualité et de gestion de projets, de prendre en compte, dès les phases préliminaires de conception, les contraintes spécifiques du spatial. On pense, bien sûr, d’abord aux contraintes techniques fortes : les instruments spatiaux font souvent appel à des technologies en limite de faisabilité utilisées dans des domaines extrêmes de leurs applications. Mais les exigences liées aux programmes spatiaux dépassent largement les besoins fonctionnels en opération. Ainsi les contraintes environ nemen - tales spécifiques, vibrations de la fusée au lancement, ultra-vide, radiations, impossibilité d’intervention en cas de pannes, nécessitent-elles une approche qualité particulièrement rigoureuse. Prenons le cas du télescope spatial JWST pour lequel le CEA/Irfu développe la caméra infrarouge MIRIM (pour Mid Infrared Imager) qui permettra de sonder les premières étoiles de l’Univers. Ce projet aura nécessité plusieurs milliards de dollars et mobilisé pas moins de 20 ans d’efforts, de part et d’autre de l’Atlantique, entre les premiers dessins datant du milieu des années 90 et le lancement prévu en 2014. Des composants à l’instrument complet, chaque système subit une campagne de qualification pour démontrer la fiabilité et les performances du concept choisi. Par exemple, avant la réalisation du modèle de vol, la caméra MIRIM aura connu, en cinq ans, quatre modèles d’instrument complet, destinés à vérifier toutes ses performances en conditions opérationnelles, notamment sa tenue au lancement avec des tests de vibration, ou aux températures extrêmes avec des tests cryogéniques en enceinte refroidie à l’hélium liquide (4 K). Pareillement, pour les caméras PACS (pour Photoconductor Array Camera and Spectrometer) et SPIRE (pour Spectral and Photometric Imaging Receiver), destinées au télescope spatial Herschel, il Modèle de vol de l’instrument MIRIM en cours d’intégration dans l’enceinte cryogénique de test, au SAp. Les contraintes de propreté des instruments spatiaux nécessitent de travailler en environnement contrôlé, ici en classe 100 (moins de 100 particules de taille supérieure à 0,5 μm par pied cube). Banc de test cryogénique de MIRIM au SAp. Les bancs de tests et campagnes d’essais peuvent atteindre des niveaux de complexité et de coût avoisinant, dans certains, cas, ceux de l’instrument. aura fallu 2 500 heures de travail pour contrôler les 65 000 composants électroniques, 900 pièces mécaniques et 50 cartes électroniques. Ainsi, au fur et à mesure, les concepts s’affinent, les procédures s’améliorent et les anomalies (non-conformité ou erreurs) diminuent jusqu’au niveau de risque jugé acceptable pour la réussite du projet. Dans un environnement politique et inter na tio nal souvent complexe, la gestion des programmes spatiaux demande de savoir doser la gestion des risques face aux contraintes de coût et de planning. Supprimer une campagne de test laisse parfois penser que l’on gagne de précieuses journées de travail, mais les risques associés peuvent se révéler autrement plus coûteux et catastrophiques, comme l’a montré l’exemple d’Hubble. Une analyse précise des chemins de criticité est nécessaire pour assurer le bon déroulement de programmes longs, incertains et risqués. Certaines des contraintes présentées dans cet article se retrouvent dans d’autres domaines de l’instrumentation scientifique. Néanmoins, la grande spécificité des programmes spatiaux, c’est la simultanéité, au sein d’un projet, de toutes ces contraintes particulières, et des méthodes adoptées pour les gérer. > Jérôme Amiaux, Christophe Cara, Jean Fontignie et Yvon Rio Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université de Paris 7-CNRS). Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 105L. Godart/CEA



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