Télescopes SOIRDETE

SOIRDT :
Synthese d'Ouverture
en Infra Rouge à Deux Télescopes
Bref historique
L'expérience SOIRDT est l'une des quelques rares entreprises pionnieres et exploratoires qui
ont contribué à promouvoir la conception et l'élaboration de grands instruments du 21eme
siècle, tel le VLTI ( Interféromètre du Very Large Telescope, Mont Paranal, Chili ) de
l'organisme ESO, (European Southern Observatory, Observatoire Européen Austral) ainsi que
des missions spatiales actuellement en développement par l'ESA (Agence Spatiale
Européenne) et la NASA (National Aeronautics and Space Administration).
Fin des années 70, autour du professeur Jean Gay, astronome, sur le site de Calern une équipe
s'est accrétée, (H. Choplin, E. Cuot, J. Delavaud, A. Journet, G. Merlin, Y. Rabbia) oeuvrant
pour la construction de l'interféromètre SOIRDT et dans la délicate mise au point de
l'ensemble instrumental très complexe, exigeant plusieurs années d'efforts.
Voici quelques années, une fois accomplie la caractérisation des divers points critiques de ce
type d'expérience, l'entreprise initiale a été arrétée (politique scientifique) mais SOIRDT est
resté un lieu de recherche et développement de nouveaux concepts instrumentaux, et a
contribué à la formation de chercheurs, doctorants, ingénieurs et techniciens, aujourd'hui
impliqués dans les grands instruments et projets de la discipline, notamment le VLTI.
Aujourd'hui, avec trois chercheurs (J.Gay, Y.Rabbia, J.P.Rivet) des recherches instrumentales
continuent à Grasse-Roquevignon, dans le domaine de la coronographie et de l'interférométrie
dite "annulante", pour l'étude de l'environnement des étoiles avec comme objectif ultime et
"aux limites" la détection directe et l'étude des planètes extra-solaires.
La synthèse d'ouverture, l'interférométrie et l'infrarouge
La synthèse d'ouverture est une méthode d'observation qui consiste à obtenir avec des
télescopes de diamètre modeste, des performances qui autrement requièrent des diamètres de
plusieurs dizaines de mètres, encore inaccessibles aujourd'hui. Ces performances concernent
la capacité à mesurer des angles extrêmement faibles comptés en millième de seconde d'angle
(angle sous lequel serait vu un petit pois placé à 1000 km !!!), car c'est l'échelle des
dimensions angulaires des étoiles, dont la mesure est une indispensable clef pour la
compréhension de leur fonctionnement.
La synthèse d'ouverture est le seul moyen d'obtenir ces mesures et cela sur un grand nombre
d'étoiles, ce qui est nécessaire pour bien couvrir le sujet.
L'interféromètrie (mesures à partir d'interférences) est la technique sur laquelle est basée la
synthèse d'ouverture. Elle consiste à recueillir sur un même détecteur (caméra) la lumière
provenant de deux (ou davantage) télescopes, ce qui produit, sous des conditions extrêmement
difficiles à satisfaire avec les étoiles) des interférences lumineuses, souvent appelées
"franges", en référence à l'expérience des trous d'Young (Thomas Young, Physicien, médecin
et égyptologue anglais ; 1773 - 1829).
L'analyse de ces franges fournit un petit renseignement sur l'étoile (renseignement lié à la
séparation des télescopes), et avec plusieurs observations à différentes séparations on acquiert
assez d'information (courbe de visibilité) pour estimer le diamètre angulaire, à l'aide de
traitements mathématiques spécifiques et plutôt sophistiqués. Avec les télescopes SOIRDT, la
séparation au sol est fixe, mais l'étoile, par son déplacement dans le ciel au cours de la nuit
voit différentes séparations.
base vue
par l'étoile
base fixe
L'observation dans le domaine Infrarouge est nécessaire pour étudier des phénomènes qui
ne se manifestent pas dans le domaine "visible", afin de compléter notre connaissance des
étoiles et de leur environnement (par exemple enveloppes circumstellaires de poussières qui
ne se manifestent que dans le domaine infrarouge thermique). La difficulté principale de ces
observations vient de ce que le ciel et les miroirs des télescopes eux-mêmes envoient
largement plus de lumière que l'étoile (typiquement 10 000 fois plus). Il faut, par des
méthodes particulières, extraire son rayonnement, noyé dans le "bruit". Pas facile ! En
Infrarouge thermique le ciel est brillant de nuit comme de jour, et les télescopes éblouissent
les détecteurs.
La coronographie et les planètes extra-solaires
Dans ce thème de recherche, ou apparait aussi l'interférométrie et les propriétés de cohérence
de la lumière, la capacité à mesurer des angles faibles doit se compléter de la capacité à gérer
des contrastes extrêmes, autrement dit des rapports de puissance lumineuse étoile/planète de
l'ordre de 1 million, voire un milliard. Un tel rapport empêche les techniques d'imagerie
traditionnelles de "sortir" la planète et il est nécessaire de fortement réduire (si possible
d'éliminer) la contribution de l'étoile dans l'image. C'est le but de la coronographie stellaire,
transposition de la coronographie solaire, inventée par Bernard Lyot (1938). Les exoplanètes
ne sont pas les seules cibles à étudier, et toute une panoplie de sources environnant les étoiles
est à considérer (enveloppes circumstellaires, compagnons faibles).
L'équipe poursuit actuellement la mise au point du
Coronographe Interférentiel Achromatique (CIA) inventé
par le Professeur J.Gay et dont le principe est encore basé
sur des interférences, mais rendues ici destructives pour le
rayonnement de l'étoile, ainsi évacuée ou "éteinte", ce qui
permet alors de détecter les sources faibles environnantes,
car étant hors de l'axe elles échappent à l'extinction interférométrique.
Les perspectives
En dépit des moyens puissants (ESO-VLTI) qui aujourd'hui disqualifient les petits
instruments, SOIRDT avec ses deux télescopes facilement accessibles, demeure une base
instrumentale dont les attributions futures incluent des observations (pas seulement
interférométriques), un rôle de banc de test "sur le ciel" pour des instruments développés
localement et un lieu de formation pour les jeunes chercheurs, les élèves ingénieurs et pour
les étudiants de la discipline, en liaison avec diverses universités.