Mise au rancart de l’amplificateur paramétrique

Ken Tapping, le 04 septembre 2014

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter et Vénus, les deux planètes les plus brillantes dans le ciel, sont côte à côte à l’horizon juste avant l’aube.
  • Vénus est la plus lumineuse des deux, mais elle est de plus en plus basse dans le ciel et devient difficile à voir dans les premières lueurs.
  • Au crépuscule, Saturne et Mars se côtoient, Mars étant la plus à l’ouest.
  • La Lune entrera dans son premier quartier le 8 septembre.

L’une des premières choses que j’ai dû faire en tant que radioastronome a été d’apprendre à utiliser une pièce d’équipement formidable appelée « amplificateur paramétrique », ou « ampli paramétrique ». Comme les ondes radio provenant du cosmos sont extrêmement faibles, elles nécessitent des récepteurs très perfectionnés. Dans les années 1970 et au début des années 1980, les amplis paramétriques étaient les appareils les plus sensibles. Malheureusement, ils étaient difficiles à monter et se révélaient très instables. Au lieu d’utiliser des piles ou le courant secteur (provenant d’une prise murale), ces appareils étaient alimentés par des ondes hyperfréquence produites par un appareil appelé klystron, fonctionnant à des tensions atteignant plusieurs milliers de volts.

Pour installer un ampli paramétrique dans un contexte d’observation astronomique, il fallait beaucoup de patience et autant de doigté que celui exigé pour percer un coffre-fort. Si on les poussait trop après les avoir couplés à un radiotélescope, ces appareils devenaient souvent instables. Il fallait alors déballer de nouveau tout le matériel de montage et utiliser une plateforme élévatrice pour se hisser jusqu’à l’antenne afin de reprendre le laborieux travail de réglage. Pour maximiser la sensibilité de ces appareils, on les plaçait souvent dans une enceinte sous vide pour pouvoir les refroidir à -260 °C sans que l’oxygène et l’azote en suspension dans l’air se condensent et les recouvrent d’une couche de glace. L’apparition de technologies plus performantes a sonné le glas des amplificateurs paramétriques, que peu ont regrettés. J’en ai encore un dans mon bureau, sans enceinte à vide ni source d’alimentation. Il y en a également un sous verre dans le hall de l’Observatoire.

La semaine dernière, nous discutions entre nous des appareils qui ont succédé aux amplis paramétriques. Aujourd’hui, on obtient davantage de sensibilité, de stabilité et de puissance d’amplification au moyen d’une petite enceinte plaquée or mesurant un ou deux centimètres carrés et quelques millimètres d’épaisseur. Ces dispositifs, appelés transistors à haute mobilité d’électrons (HEMT), sont au moins 50 fois meilleur marché que les anciens amplis. Comment ces progrès technologiques ont-ils été possibles?

Comme bon nombre d’inventions révolutionnaires, cette technologie a vu le jour en laboratoire, dans le cadre de travaux de physique portant sur les lois naturelles. Dans ce cas-ci, les physiciens étudiaient une catégorie de matériaux appelés « semi-conducteurs ». Plus tard, en s’inspirant de ces recherches, d’autres scientifiques et des ingénieurs ont trouvé des façons d’utiliser les semi-conducteurs pour fabriquer des amplificateurs et d’autres dispositifs électroniques. Les radioastronomes y ont vu un moyen de concevoir des récepteurs sensibles, stables et fiables pour leurs radiotélescopes et de se débarrasser enfin des amplis paramétriques. Les appareils de remplacement exigeaient toujours une manipulation délicate, mais beaucoup moins que les amplis paramétriques. Les militaires ont vite vu l’intérêt que revêtaient ces appareils plus sensibles pour les systèmes de communication et de radar et ont fourni la motivation nécessaire pour pousser la commercialisation d’amplificateurs à HEMT robustes et bon marché. Aujourd’hui, ces amplificateurs sont non seulement utilisés à des fins scientifiques et militaires, mais se retrouvent dans les récepteurs de télévision satellite, les téléphones cellulaires, les systèmes de localisation GPS et bon nombre d’autres applications. Et ces amplificateurs et autres composants plus robustes, meilleur marché et plus fiables ont finalement repris le chemin de la radioastronomie.

Comme tout autre domaine de haute technologie, la radioastronomie est tributaire de la curiosité et de l’innovation déployées dans une foule d’autres domaines. Sans ces ingrédients, aucun progrès technologique n’est possible. Il faut d’abord établir les principes scientifiques de base, ce qui peut se produire des années avant que l’on entrevoie des applications pratiques. Quelqu’un doit ensuite inventer un dispositif, que d’autres utiliseront de manière viable dans des applications scientifiques et commerciales. La difficulté est de trouver un milieu propice où tous ces ingrédients pourront mûrir et s’entrecroiser. Les germes de l’innovation prennent parfois du temps à éclore!

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

Tél. : 250-497-2300
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Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

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