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Télescope James Webb : Safran à bord !

Innovation

La NASA et les agences spatiales canadienne et européenne ont lancé le télescope James Webb le 25 décembre dernier, à partir de la base de Kourou. Ce bijou de technologie pourra observer l’espace lointain et élucider quelques-uns des innombrables mystères de notre univers… Safran est à bord !

James Webb Telescope Nasa Illustration
Image 3D du télescope James Webb

Alors que le télescope spatial Hubble arrive à la fin de sa mission, le James Webb Space Telescope (JWST) prend la relève. Le 25 décembre 2021, ce dernier a pris son envol à bord d’Ariane 5, en direction du point de Lagrange L2 situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre. De ce point et grâce aux meilleures technologies existantes, il sera en mesure d’observer les confins de notre univers.

James Webb Telescope Nasa Illustration
Le télescope James Webb - Illustration d'artiste

James Webb, au rythme du progrès scientifique

Le projet du James-Webb débute en 1989 à l’initiative de la NASA. Néanmoins, il faut attendre le début des années 2000 pour que l’architecture technique et les objectifs scientifiques du JWST soient fixés. À la même période, l’Agence Spatiale Canadienne (ASC) et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) rejoignent le projet, ce qui permettra une utilisation partagée du télescope par lesdites agences contre un partage des coûts. C’est par l’ESA que Safran REOSC a été sélectionné pour le développement de certaines briques technologiques du futur télescope spatial.

Une fois la conception générale définie et les concepteurs sélectionnés, le projet passe en phase de construction à partir de 2008. Le télescope offre la possibilité d’observer l’encore inconnu cosmos d’il y a 13 milliards d’années-lumière. C’est pourquoi il est rattaché à l’Origins Program de la NASA, qui étudie les origines de notre univers.

Ce faisant, le projet JWST a pour objectif de trouver des réponses à quelques-uns des nombreux mystères qui gravitent autour des premiers temps post-Big Bang, de la formation des étoiles et des galaxies, de la composition chimique des étoiles lointaines ou encore des éléments indispensables à l’apparition de la vie…

Une œuvre d’art technologique

Pour répondre aux objectifs fixés, le JWST est équipé pour l’observation des rayonnements lumineux dans le proche infrarouge et l’infrarouge moyen. C’est dans cette partie du spectre lumineux qu’il est possible d’observer les plus anciens soubresauts de l’univers et les astres à faible rayonnement, en raison du phénomène physique de décalage vers le rouge. Le James Webb est également en capacité d’observer la partie du spectre visible correspondant aux objets célestes observables les plus éloignés. Très concrètement, les capacités d’observation du télescope sont 100 fois supérieures à celles de son prédécesseur Hubble, ce qui en fait le télescope le plus puissant en orbite.

Afin d’observer cette partie du spectre lumineux, le James Webb dispose de quatre instruments majeurs, en plus de son miroir primaire :

  • MIRI (Mid-InfraRed Instrument), instrument permettant l’observation dans l’infrarouge moyen.
  • NIRISS (Near-InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), instrument permettant la capture d’images très haute résolution d’un objet céleste unique.
  • NIRCam (Near-InfraRed Camera), instrument de fourniture d’images dans le proche infrarouge.
  • NIRSpec (Near-InfraRed Spectrometer), instrument de spectrométrie optimisé pour l’observation de galaxies très lointaines et peu lumineuses… dont les miroirs ont été réalisés et intégrés par Safran Reosc !
JWST - MIRI Instrument
L'instrument MIRI

Safran Reosc et Safran Data Systems à bord !

 

Safran Reosc – Le défi NIRSpec #Observe

L’aventure James Webb débute à l’automne 2005 pour Safran Reosc...

Le contrat porte sur la livraison d’un ensemble de trente-quatre miroirs, dont certains sont montés sur leur structure de vol. Ces miroirs viendront équiper l’instrument NIRSpec pour permettre de fournir une cartographie spectrale du champ observé dans l’infrarouge proche, tout en pouvant discriminer près de 100 objets célestes différents. L’instrument conçu sera ainsi optimisé pour l’observation de galaxies très lointaines, peu lumineuses – c’est-à-dire proches des origines de notre univers…

Les défis de Safran Reosc dans la réalisation de NIRSpec ont été multiples :

  • Polissage et mesure des miroirs avec une précision au milliardième de mètre
  • Traitement des surfaces optiques avec une fine couche d’argent
  • Alignement de certains miroirs sur leur structure de vol à moins de 10 micromètres
  • Test de tenue des performances sous vide cryogénique (- 250°C)
  • Fourniture d’un modèle numérique représentatif du matériel livré

Une des nombreuses particularités de cet instrument est qu’il est quasiment entièrement conçu en carbure de silicium (SiC) : miroirs, structures de support, plateforme… Bien plus léger que l’acier, ce matériau présente d’excellentes propriétés pour réaliser des miroirs de très haute qualité. D’autre part, l’utilisation d’un seul matériau permet de conserver les performances de l’instrument malgré les variations de température et le vide cryogénique. En effet, en refroidissant, l’instrument conserve ses performances optiques, tandis que l’utilisation de différents matériaux (comme sur le GMT, par exemple, pour lequel Safran Reosc fournit des miroirs en verre) aurait abouti à la déformation des miroirs et donc à une dégradation de leur performance.

 

Le projet s’est déroulé de 2005 à 2010 et a fait appel à tous les métiers présents sur le site de Safran Reosc à Saint-Pierre-du-Perray : bureau d’études, atelier de polissage, métrologie optique, atelier couches minces, intégration et tests en salle blanche.

Retour en images des activités NIRSpec
NIRSpec Reosc 1
NIRSpec Reosc 1
NIRSpec Reosc 1
© Safran Reosc
NIRSpec Reosc 2
NIRSpec Reosc 2
NIRSpec Reosc 2
© Safran Reosc
NIRSpec Reosc 3
NIRSpec Reosc 3
NIRSpec Reosc 3
© Safran Reosc
NIRSpec était un projet très intéressant et c’est une grande fierté d’avoir participé à la fabrication de ces optiques.
Stéphane Caillon – Technicien Fabrication optique
C’est l’aboutissement d’un travail où l’on s’est senti bien, certainement le plus beau projet sur lequel j’ai pu travailler chez Reosc. C’est une chance inouïe d’avoir pu voir avancer ce projet.
Marie-Noëlle Laquay – Technicienne Supply-chain
C’est une fierté d’avoir travaillé sur ce projet, d’un point de vue personnel comme collectif. Il y a eu un véritable engouement collectif. C’était une belle aventure humaine dont on espère voir les résultats avec les prochaines découvertes spatiales.
Olivier Thebault – Technicien AIT
NIRSpec a été le premier projet dont j’ai été responsable à Safran Reosc, cela a été une expérience extraordinaire. Cela m’a donné l’occasion de tisser des liens humains avec beaucoup de mes collègues autour d’un projet unique. Et d’un point de vue technique, j’ai pu apprendre à connaître tous les métiers de Safran Reosc, ce qui m’a apporté une expérience très importante qui continue à me servir pour mes projets actuels.
Jacques Rodolfo – Chef de projet NIRSpec

Safran Data Systems – Suivre le lancement d'Ariane 5

Les équipements de Safran Data Systems collectent à bord du lanceur, transmettent et réceptionnent au sol une multitude de paramètres sur la mission. Ces données sont affichées en temps réel dans les salles de suivi de la mission tant à Kourou qu’à la NASA ainsi que sur les vidéos transmises sur les réseaux grand public, permettant de dresser l’état de santé du lanceur et de sa charge utile. Safran Data Systems fournit l’ensemble de la chaine de télémesure : boitiers d’instrumentation, émetteurs, antennes de suivi le long du parcours de la fusée, récepteurs et logiciels de décommutation et d’affichage des données.

Faire le lien avec la Terre 

Les informations collectées par le James Webb seront transmises en bande Ka et réceptionnées sur Terre grâce à des récepteurs hauts débits CORTEX de Safran Data Systems, pour ensuite être exploitées par les équipes scientifiques.

Pour remplir sa mission, le télescope devra également se maintenir à poste et maîtriser son orientation, tout en utilisant des moyens de communication permettant à la fois de transmettre des données et de recevoir des ordres. Dans cette optique, Safran Data Systems a fourni les modems de commande et de contrôle CORTEX constituant le lien entre le James Webb et le centre de contrôle Deep Space Network de la NASA. Le centre de contrôle surveillera de nombreux paramètres via ces équipements pour s’assurer du bon fonctionnement du télescope et lui envoyer toutes les instructions nécessaires, depuis son arrivée au point de Lagrange jusqu’à sa fin de vie opérationnelle.

Safran Data Systems fournit également des éléments clés de la chaine de sauvegarde du lanceur Ariane 5 comme le boîtier de téléneutralisation à bord du lanceur ou la baie de commande au sol. La chaine de sauvegarde protège les populations lors des premières phases de vol en permettant si nécessaire la destruction du lanceur par l’équipe du CNES en charge de la sécurité.

 

Laboratoire de Recherche & Développement de la plateforme CORTEX
Le laboratoire de recherche et développement de la plateforme CORTEX. © Safran Data Systems

Au total, la mission du James Webb doit durer cinq ans a minima et nous permettre de percer quelques-uns des secrets de notre univers. Safran est fier de participer à cette aventure !

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