Des miroirs infiniment polis

Transcription

Commentaire voix off :
Il est français et s'apprête à partir dans l'espace. Et non, ce n'est pas Thomas Pesquet. Son nom? OAP, ce petit miroir, dont le rôle est de capter la faible intensité lumineuse des exoplanètes, a été commandé par la NASA à l'Agence spatiale française, le CNES, avec sept autres miroirs du même type, ils participeront à la mission Roman Space Telescope, la première mission spatiale prévue pour l'imagerie des exoplanètes, conjointement avec le CNES, ces miroirs sont construits par le Laboratoire d'astrophysique de Marseille.

Marc FERRARI, astronome :
La lumière arrive ici, rebondit sur les différentes paraboles OAP1 ou OAP2 jusqu'à la caméra scientifique qui, elle, prendra l'image finale. Et donc, toutes ces optiques doivent avoir une qualité extrême de manière à ne pas dégrader l'imagerie finale dans la caméra scientifique.

Commentaire voix off :
Une qualité extrême implique un polissage du verre parfait au nanomètre près. Problème ce petit miroir est une portion de parabole très difficile à réaliser. Or, si on sait tailler un verre de forme parabolique, aucune technique aujourd'hui ne permet de polir un miroir de cette forme avec la précision requise.

Marc FERRARI, astronome :
Classiquement, lorsqu'on cherche à polir des miroirs qui n'ont pas une forme sphérique qui la forme la plus facile à réaliser, on va commencer par polir une sphère. Et puis on va petit à petit modifier sa forme pour en faire une forme plus complexe. Qui va être qui peut être une parabole, une hyperbole ou dans notre cas, une portion hors axe d'une parabole. Ces retouches locales laissent des traces sur l'optique qu'on peut retrouver ici. On les voit qui sont donc des retouches qui ont permis de passer de la sphère à l'hyperbole.

Commentaire voix off :
Pour remédier à ce problème, ces chercheurs ont imaginé simuler puis créer un anneau de déformation. Cette pièce métallique permet de polir une parabole de façon directe, sans retouche et donc sans trace.

Michel MARCOS, ingénieur optique :
C'est très simple on utilise un anneau de déformation qui va appliquer deux forces opposées, un poussant et un tirant. Il va pousser exactement à deux endroits bien définis et en poussant les vis de chaque côté, je vais lui donner la déformation voulue.

Commentaire voix off :
Équipé de cet anneau, le miroir peut alors suivre une séance de polissage traditionnel pour être le plus précis possible. Il passe par différentes étapes. Dans un premier temps, on dégrossi le travail avec un gros grain d'une taille de 20 microns. C'est le doucissage. À ce stade, les grains enlèvent de la matière comme de la matière est enlevée et que la forme de l'optique doit être respectée au nanomètre près, c'est à dire au millionième de millimètre près l'OAP passe régulièrement sur un banc de métrologie. La science des mesures ou l'interféromètre va analyser les défauts du verre.

Michel MARCOS, ingénieur optique :
Cet appareil là est capable d'envoyer une onde parfaite qui va se refléter sur un miroir. Et la différence de fréquences qu'il y aura entre l'onde parfaite et l'onde reflétée par le miroir, va être le delta defaut.

Commentaire voix off :
Le miroir repasse ensuite au polissage avec un grain de taille inférieur, puis il retourne en métrologie et à nouveau au polissage avec un grain encore plus petit, et ainsi de suite jusqu'à avoir un vert parfait. Au final, le grain fait deux microns et n'enlève plus la matière mais ne fait que la déplacer. Une fois le travail fini, on peut retirer l'anneau de déformation et vérifier une dernière fois que tout est bon. Cette ultime vérification se fait en salle blanche pour éviter que la moindre particule de poussière ne vienne se poser sur le miroir. Désormais, l'OAP a une forme parfaite, mais la qualité de son verre ne l'est pas forcément. Il faut à présent vérifier qu'il n'y ait pas d'imperfections, car ce miroir va aider à détecter les exoplanètes avec un coronographe, c'est à dire un cache opaque qui va venir bloquer la lumière de l'étoile pour que celle de l'exoplanète jusqu'à 1 milliard de fois plus faible que sa voisine, puisse être visible. Si l'OAP compte des imperfections, elle pourrait dévier la lumière de l'étoile et ainsi noyer le très faible signal de l'exoplanète.

Marc FERRARI, astronome :
Si les défauts sont trop importants, il y a beaucoup trop de lumière qui passe autour du coronographe, de la pastille, du coronographe, et on voit énormément de résidus visibles qui peuvent être du même ordre de grandeur, voire plus important que la planète que l'on cherche à détecter.

Commentaire voix off :
Ces imperfections se repèrent lors de la vérification de la rugosité du verre.

Amandine CAILLAT, ingénieur optique :
On va mesurer les très fines rayures ou les tout petits points qui peuvent être à la surface et donc qui sont des défauts. Les couleurs montrent les creux et les bosses, donc en rouge on voit les bosses et en bleu on voit les creux et le maximum de distance entre les creux et les bosses est inférieur à un nanomètre. En l'occurrence, ici, on est à 0.3 nanomètres, ce qui montre que le miroir est trois fois meilleur sur ce paramètre là que ce qu'on cherche à atteindre. Donc c'est parfait.

Commentaire voix off :
L'expertise d'un laboratoire CNRS, le LAM, et le soutien du CNES permettent ainsi à la France de participer à une des plus importantes missions de la décennie. Le Roman Space Telescope fournira pour la première fois des images aussi nettes de ces lointaines mais plus proches voisines, comparables à nos planètes géantes. Et qui sait? Peut être qu'après ce premier pas d'imagerie des exoplanètes gazeuse, ces nouvelles technologies nous permettront d'aller plus loin et de détecter des exoplanètes rocheuses. Et pourquoi pas des exoterres.