Regarder au fond de l'univers

Le lancement d'une fusée Ariane depuis le Centre spatial guyanais dans les prochains jours marquera la réalisation d'un vieux rêve pour Adrian Glauser. À son bord se trouvera le télescope spatial James Webb (JWST), dont la mission devrait durer jusqu'à dix ans. Adrian Glauser, physicien à l'ETH Zurich, a passé les 18 dernières années à travailler sur ce projet ambitieux, qui fait suite au télescope spatial Hubble. À maintes reprises, il a été reporté. «Au fil des ans, j'ai appris à garder mon calme en cas d'échec», explique-t-il. «Mais maintenant que le lancement semble vraiment se concrétiser, je suis plutôt enthousiaste!»

Bien protégé contre le soleil

Avec un budget d'environ 10 milliards de dollars, le JWST a coûté plus cher que tout autre projet scientifique dans le domaine des vols spatiaux non habités. Il s'agit également de l'une des missions spatiales les plus complexes jamais réalisées. Contrairement à son prédécesseur, le nouveau télescope ne sera pas mis en orbite autour de la Terre. Au lieu de cela, il sera stationné au point de Lagrange externe, L2, à quelque 1,5 million de kilomètres dans l'espace. Il s'agit de l'un des cinq points où un objet artificiel gravitera autour du soleil à la même vitesse que la Terre sans changer sa position par rapport à celle-ci.

C'est l'emplacement idéal pour un télescope spatial, car à cette distance, il est beaucoup plus facile de le protéger des radiations du soleil que s'il était en orbite autour de la Terre. Dans le cas du JWST, cela est vital car ses quatre instruments infrarouges ne fonctionnent correctement que lorsque le rayonnement solaire et les fluctuations de température sont réduits au minimum. Outre deux spectrographes infrarouges, le JWST est également équipé d'une caméra dans le proche infrarouge, refroidie passivement à 50 kelvins, et d'un instrument d'observation dans l'infrarouge moyen appelé MIRI, refroidi activement jusqu'à 7 kelvins.

Conditions extrêmes

C'est en tant que doctorant, dans l'ancien groupe d'astronomie de l'Institut Paul Scherrer (PSI) à Villigen, qu'Adrian Glauser a participé au développement de MIRI. Aujourd'hui, il est chef de projet pour la contribution suisse à la mission. «Nous avons travaillé en étroite collaboration avec deux partenaires industriels, Ruag Aerospace et Syderal, pour développer un couvercle spécial en aluminium et des câbles de connexion électrique pour cet instrument spécifique», explique-t-il. Cela peut ne pas sembler particulièrement spectaculaire, mais ces composants doivent fonctionner de manière fiable pendant plusieurs années à des températures extrêmement basses dans l'espace. Cela explique pourquoi beaucoup de travail a été consacré à leur développement.

Les câbles de connexion électrique sont en acier inoxydable et sont beaucoup plus fins qu'un cheveu humain. Ils transmettent ainsi le moins de chaleur possible à l'instrument. En outre, ils sont isolés avec un plastique spécial qui ne se fragilise pas à des températures aussi basses. «Toutes les pièces sont conçues pour ne pas émettre d'atomes ou de molécules dans l'espace», ajoute Adrian Glauser. «Sinon, celles-ci se condenseraient sur le miroir MIRI, qui agit comme un piège à froid en raison de la température extrêmement basse. Et cela, à son tour, compromettrait les observations». Pour cette raison, le plastique utilisé pour gainer les câbles de connexion a été prétraité avant l'assemblage afin d'éviter tout dégazage dans l'espace.

La réparation n'est pas une option

L'autre pièce de fabrication suisse de MIRI - son couvercle de contrôle de la contamination - doit répondre à la même norme. Ce couvercle est conçu pour protéger MIRI pendant la phase de refroidissement, avant le début du fonctionnement normal. Il sera également utilisé pour l'étalonnage ultérieur de l'instrument. «Le mécanisme du couvercle du contrôle de la contamination doit fonctionner de manière fiable, sinon l'ensemble de l'instrument sera rendu inopérant», explique Adrian Glauser. «Les réparations sont hors de question, car il sera beaucoup trop loin de la Terre».

La mise au point des deux composants a donné lieu à un certain nombre de surprises. Lors de l'inspection et de l'approbation du couvercle du contrôle de la contamination, par exemple, on a découvert que 13 des vis étaient recouvertes d'un matériau contenant un métal lourd, le cadmium. Aux yeux de l'Agence spatiale européenne (ESA), ce matériau est problématique car il peut devenir instable dans les composés chimiques sous vide. «J'ai alors dû mettre au point une procédure de mesure spéciale pour montrer que les vis n'ont pas libéré de cadmium jusqu'à présent», explique Adrian Glauser.

Messages de l'univers primitif

Le nouveau télescope, à la conception duquel Simon Lilly, professeur d'astrophysique expérimentale à l'ETH Zurich, a été largement associé, a été conçu en fonction de quatre objectifs de mission, qui nécessitent une instrumentation extrêmement sensible. Entre autres, les astrophysiciennes et astrophysiciens ont l'intention d'utiliser le JWST pour remonter aux origines de l'univers afin de découvrir comment les premières étoiles et autres structures se sont formées après le Big Bang. En outre, les scientifiques veulent étudier les planètes susceptibles d'abriter la vie. «Nous n'utiliserons pas le JWST pour rechercher de nouvelles planètes», explique Adrian Glauser, «mais plutôt pour examiner de plus près celles que nous avons déjà identifiées. Pour ce faire, nous allons mesurer directement la lumière des planètes de manière spectrale.»

En sa qualité de physicien chercheur, Adrian Glauser bénéficiera désormais de l'accès favorable au temps d'observation accordé au consortium MIRI. «C'est le grand avantage d'être impliqué dans le développement d'instruments comme ceux-ci. Cela signifie que nous pouvons commencer nos projets avant d'autres groupes de recherche».

Réfléchir à la prochaine mission

Adrian Glauser regrette la disparition du groupe d'astronomie du PSI. «C'est vrai, nous avons beaucoup de savoir-faire ici à l'ETH Zurich. Mais si l'on veut participer au développement d'instruments, il faut des structures solidement implantées sur le long terme, et ce n'est pas facile à réaliser dans une université". Un horizon à long terme est essentiel pour des projets de ce type. En effet, Adrian Glauser participe déjà aux préparatifs d'une mission qui, dans quelques décennies, étudiera des exoplanètes au climat tempéré et susceptibles de contenir de l'eau liquide dans leur atmosphère ou à leur surface.

«Je n'aurai pas l'occasion d'assister au lancement de cette mission dans ma vie professionnelle», dit Adrian Glauser, «mais il est fascinant de penser maintenant à la façon dont un futur télescope devra être construit pour répondre à des questions comme celles-ci.» Avec ce type de projet, explique-t-il, il n'y a pas de division simple entre les scientifiques, qui ne font qu'utiliser les instruments, et les ingénieur·es qui les construisent: «Vous avez besoin de personnes comme moi - des développeuses et développeurs d'instruments - qui peuvent définir, d'un point de vue scientifique, ce que les instruments sont censés mesurer.» En même temps, il y a un autre avantage à être impliqué en tant qu'institution de recherche : «Vous avez également votre mot à dire sur le type de questions de recherche qui seront mises en avant à l'avenir.»

En attendant les premières images

Mais pour l'instant, Adrian Glauser se concentre sur le court terme. Peu après le lancement de la fusée Ariane, la phase critique de la mission JWST commencera. Au cours d'un voyage d'un mois vers sa destination, le télescope se déploiera progressivement dans une manœuvre complexe jusqu'à ce qu'il ait atteint sa taille maximale. Suivra ensuite une période de plusieurs mois pendant laquelle les instruments seront refroidis à la température requise et étalonnés. Si tous les composants fonctionnent comme prévu, les premières observations scientifiques pourront commencer l'été prochain. Adrian Glauser, pour sa part, se réjouit déjà d'étudier les images que le nouveau télescope livrera à la Terre.