maxon équipe le changeur de filtres du plus grand télescope grand champ du monde -

Avec son miroir de 8,4 mètres et sa caméra dotée d’un capteur de 3,2 milliards de pixels – il s’agit alors de la plus grande caméra numérique du monde, le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) est le projet de tous les superlatifs. Ses missions ? Repousser les limites du visible grâce à des capacités de détection sans précédent, mais aussi recenser et cartographier sans relâche, durant les 10 prochaines années, l’ensemble de l’univers visible depuis le site chilien du Cerro Pachón.

Le LSST réunit les savoir-faire du monde entier

Pour y parvenir, le « Grand Télescope d’étude synoptique » va photographier la totalité du ciel plusieurs fois par semaine, ce qui permettra de répertorier les changements et mesurer le mouvement des corps célestes. Ses relevés astronomiques alimenteront les travaux consacrés à la structure et à l’évolution du système solaire et de la Voie Lactée. Ils serviront également les différents projets de recherche dédiés aux mystères de la matière noire et de l’énergie sombre.

Piloté par les Etats-Unis, le projet représente un budget de l’ordre de 675 millions de dollars (environ 600 millions d’euros). Son exploitation scientifique impliquera près d’une vingtaine de pays et met à contribution des laboratoires de recherche du monde entier. La France par l’intermédiaire de l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (In2p3) du CNRS, participe activement avec les Etats-Unis et le Chili à sa construction.

Une mécanique de précision au service de l’astronomie

Le télescope est installé au sommet du mont Cerro Pachón, à 2680 mètres d’altitude, sur un site sélectionné pour ses très faibles perturbations atmosphériques et lumineuses. Il est installé au cœur d’une coupole de 30 mètres de diamètre et 17 mètres de haut. Elle est entièrement motorisée, pour pointer successivement le télescope dans toutes les directions possibles.

Le télescope proprement dit s’articule quant à lui autour de trois éléments principaux. D’abord, la monture, qui sert à ajuster la position précise et préparer les relevés. Ensuite, l’optique, haute de 6,4 mètres et constituée de trois miroirs courbés asphériques, dont le plus grand mesure plus de 8 mètres de diamètre. Enfin, la caméra numérique, qui constitue l’une des pièces maîtresses du projet.

Au cœur de cette caméra, on trouve un capteur numérique de 3,2 milliards de pixels refroidi à -100° C. Il offre une sensibilité particulièrement étendue, du proche ultraviolet au proche infrarouge, de façon à permettre la réalisation de mesures photométriques sur l’ensemble du spectre. La caméra intègre enfin un système de filtres optiques, qui permettent de sélectionner la portion du spectre lumineux que l’on souhaite observer.

Un changeur de filtres optiques particulièrement rapide

Tous les télescopes dédiés au relevé astronomique intègrent un changeur de filtres, mais la plupart des systèmes actuellement en activité se révèlent trop lents pour répondre aux ambitions du LSST. Elles exigent une permutation jusqu’à 15 fois plus rapide que ce qui se fait pour des instruments de taille proche.

Une équipe de cinq laboratoires français a donc planché sur la mise au point d’un système robotisé capable de positionner un nouveau filtre sur le capteur en seulement quelques minutes. Pour y parvenir, elle a dû affronter les contraintes techniques particulièrement importantes du projet, à commencer par l’intégration puisque l’ensemble des composants du changeur de filtre prend place dans le corps de la caméra. Il doit pouvoir y conserver une parfaite stabilité, même en cas de fort séisme.

Elle a conçu un appareil capable de manipuler ces filtres extrêmement coûteux avec une précision de l’ordre du dixième de millimètre, alors que chaque élément mesure 75 centimètres de diamètre et pèse près de 40 kilogrammes. Au cœur du dispositif, on trouve notamment un carrousel capable de stocker cinq filtres et d’en présenter un en moins de 20 secondes. Il est accompagné d’un mécanisme capable de charger et décharger un filtre de la caméra, ainsi que d’un autre mécanisme dédié au chargement des filtres dans la caméra. Ensemble, ces trois éléments forment le changeur de filtre.

Compacité, fiabilité, accompagnement

C’est dans ce contexte que le LPNHE a sollicité maxon France. Le configurateur en ligne et la documentation technique associée proposés sur le site maxongroup.fr ont servi de porte d’entrée pour identifier les premiers composants susceptibles d’être intégrés au système.

Les échanges ultérieurs ont ensuite permis de vérifier la bonne adéquation des solutions proposées par maxon France, le recours à un même fournisseur pour la combinaison moteur / contrôleur garantissant l’absence de problème de compatibilité. Le carrousel et le changeur automatique adoptent par exemple des motoréducteurs maxon EC40/GP42 et RE40/GP52C accompagnés d’une commande de positionnement digitale modulaire EPOS2 70/10.

Parmi les différents arguments ayant conduit à la prise de décision, les équipes du LSST ont retenu la compacité des composants, moteurs, réducteurs comme contrôleurs, indispensable pour l’intégration au cœur de la caméra, ainsi que les indispensables critères de fiabilité. Le changeur de filtres doit en effet pouvoir fonctionner en continu, avec une maintenance limitée à 2 semaines tous les 2 ans, quand l’activité du télescope est interrompue pour permettre la ré-aluminisation des miroirs.

De multiples collaborations

L’exigence des travaux menés autour du changeur de filtres optiques témoigne de l’ambition du projet et de l’ampleur de la collaboration mise en place entre les différentes parties prenantes du LSST. A son niveau, maxon France se réjouit que son configurateur en ligne, ses moteurs et ses systèmes électroniques aient pu contribuer à la réalisation d’un tel défi technique et scientifique.

De multiples collaborations

L’exigence des travaux menés autour du changeur de filtres optiques témoigne de l’ambition du projet et de l’ampleur de la collaboration mise en place entre les différentes parties prenantes du LSST. A son niveau, maxon France se réjouit que son configurateur en ligne, ses moteurs et ses systèmes électroniques aient pu contribuer à la réalisation d’un tel défi technique et scientifique.