Haute précision à grande échelle

Ken Tapping, le 22 octobre 2014

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter se lève peu après minuit.
  • Mars est bas à l'horizon à la fin du jour alors que Saturne se fond désormais dans les feux du couchant.
  • Nouvelle Lune le 23.

Il est difficile de ne pas être impressionné par les radiotélescopes ou les télescopes optiques de grande taille. Même les astronomes qui ont eu la chance de visiter des observatoires aux quatre coins du globe restent parfois bouche bée devant ces exploits techniques. Le mariage entre l'ingénierie à grande échelle et l'extrême précision essentielle aux grands télescopes, qu'on retrouve aussi dans les instruments, est ce qui nous émerveille. L'apparence des télescopes a peu changé en un peu plus de 100 ans. Ils sont encore constitués de grands miroirs ou d'antennes paraboliques. En revanche, les instruments qui y sont associés se sont beaucoup perfectionnés, tant sur le plan de la sensibilité que de la technologie, ce qui les rend très complexes. C'est le prix à payer pour pouvoir déformer rapidement un petit miroir, afin de compenser les distorsions visuelles induites par l'atmosphère.

L'une des grandes difficultés associées à ces ouvrages massifs, dont le poids peut atteindre des centaines, voire des milliers de tonnes, est de parvenir à les orienter vers une cible donnée avec une parfaite précision et à leur faire suivre cette cible se déplaçant dans le ciel avec le même degré de précision. Nombre de solutions ingénieuses ont été mises au point pour résoudre ce problème. L'une des plus élégantes a été conçue par Barnes Wallis, ingénieur britannique célèbre à qui l'on doit l'invention des bombes rebondissantes utilisées contre les grands barrages, mais qui a exercé son génie dans beaucoup d'autres domaines. Sa solution a été utilisée dans au moins deux grands radiotélescopes, un en Australie et l'autre, au Canada. Le radiotélescope australien, d'un diamètre de 63 m (210 pi), a été construit à Parkes, alors que le télescope canadien se trouve dans le parc provincial Algonquin, en Ontario. Un peu plus petit, ce dernier fait 46 m (150 pi) de diamètre. Outre leur taille, la seule différence notable entre les deux appareils est la présence d'un écran sur le télescope canadien pour que le mécanisme d'entraînement soit protégé de la neige. La solution ingénieuse mise en œuvre pour atteindre la précision requise est basée sur le fait que les petits objets sont plus faciles à manœuvrer avec finesse que les gros.

Au centre du socle circulaire sur lequel repose chacun des télescopes se trouve une mince colonne qui s'enfonce profondément dans le substratum rocheux et qui confère une très grande stabilité. Cet élément est totalement indépendant du socle, avec lequel il n'a aucun contact. La colonne est coiffée d'une épaisse plateforme en acier sur laquelle se trouve une merveille technique appelée « monture équatoriale », qui est essentiellement un mécanisme d'entraînement d'une très grande précision. Toutefois, au lieu d'être couplée à un télescope, la monture soutient un projecteur spécial qui émet un faisceau lumineux étroit très net. Le radiotélescope est doté de capteurs sensibles qui lui permettent de suivre ce faisceau lumineux. Peu importe les ratés des engrenages, le télescope suit docilement le faisceau. À l'époque où les ordinateurs étaient coûteux, on pouvait ainsi parfaitement s'en passer, même s'il eût été utile d'en avoir un pour repérer le faisceau.

Les travaux d'entretien et autres provoquent souvent un désalignement de la monture et du télescope. Or pour faire des observations, il faut que le télescope soit asservi au faisceau lumineux. Pour cela, on utilise un appareil appelé « convertisseur de coordonnées ». Assemblage hétéroclite de moteurs, de vérins, d'engrenages et d'autres composants, il convertit les données de position de l'antenne en unités reconnues par la monture équatoriale. Dans la salle de commande, l'opérateur peut lire les coordonnées du télescope et de la monture pour braquer le télescope sur le faisceau et maintenir l'alignement.

L'astronomie fait appel à la fois au génie civil et à l'ingénierie de précision. Il faut ensuite des instruments capables de capter les émissions très faibles en provenance du cosmos ainsi que des systèmes perfectionnés pour traiter les données résultantes. On peut donc dire que l'astronomie est non seulement une science fascinante, mais aussi une branche du génie.

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

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