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Interview : comment fonctionne l'optique adaptative ?

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Lorsque l'on scrute le ciel avec un télescope optique, la turbulence atmosphérique déforme les images qui nous parviennent. Pour contrer le problème, l'une des solutions est d'envoyer le télescope dans l'espace. L'autre, plus simple, est d'utiliser l'optique adaptative. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d'experts, sur la physique et l'astrophysique, l'éditeur De Boeck a interrogé Olivier Pujol, maître de conférence à l'université de Lille, sur cette optique surprenante.

Les progrès de l'astronomie et de la cosmologie reposent en partie sur la possibilité d'observer des objets peu lumineux, car lointains, ou de former des images avec une résolution la plus élevée possible afin d'observer des détails fins. En théorie, utiliser des miroirs de plus en plus grands permet de collecter un plus grand nombre de photons, ce qui résout le premier problème, et d'augmenter la résolution des images pour ce qui est du second problème.

Malheureusement, l'atmosphère terrestre est turbulente, ce qui affecte la lumière des objets qui nous en parvient. Le phénomène se manifeste à l'œil nu : c'estle scintillement des étoiles. Il n'est pas dû à une variabilité rapide et forte de la lumière émise par ces astres et il ne s'observe pas d'ailleurs pas dans l'espace.

Une parade est apparue dans les années 1990 pour les astronomes (et plus tôt pour les militaires) : c'est l'optique adaptative. Elle consiste à sonder l'état de l'atmosphère au-dessus d'un télescope pour estimer l'effet de la turbulence sur la lumière des astres à observer. La lumière collectée par le miroir principal du télescope passe ensuite à travers un système optique qui peut contenir un second miroir déformable. Grâce à un système informatique rapide travaillant en temps réel, il est possible d'adapter cette correction à la mesure de la turbulence, de manière à ce que la déformation de ce second miroir restitue, jusqu'à un certain point, l'image que l'on obtiendrait si le télescope était en dehors de l'atmosphère.

Sans optique adaptative (à gauche), certaines étoiles doubles, comme celle que l'on voit ici, ne sont pas résolues quand on forme leur image à l'aide d'un télescope. Avec l'optique adaptative (à droite), les choses peuvent changer car elle permet parfois de distinguer les 2 composantes de ces étoiles doubles. © ESO, Obspm

Cette technique ne doit pas être confondue avec l'optique active. corrige elle les déformations du miroir principal qui ne sont pas dues à la turbulence, par exemple sa déformation sous l'effet de son propre poids ou des changements de températures, ce qui là aussi contribue à se rapprocher de la résolution théorique que l'on doit avoir avec un miroir parfait et dans l'espace pour un télescope.

L'optique adaptative est en train de révolutionner l'astronomie. Elle permet par exemple à des chercheurs comme Franck Marchis de surveiller l'activité des volcans sur Io. Surtout, elle est sur le point de nous livrer de nombreuses images directes d'exoplanètes en orbite autour de leur étoile hôte alors que nous n'avons encore largement comme preuves de leur existence pour le moment que celles fournies par la méthode des vitesses radiales et du transit planétaire. On attend beaucoup des projets en cours à ce sujet que sont le Gemini Planet Imager (GPI), en français « Imageur de planètes de Gemini » (un instrument délivrant des images à très haut contraste, conçu et construit pour le télescope Gemini-Sud situé près de La Serena au Chili) et Sphere. Cet instrument est installé au télescope UT3 de l'ESO VLT Paranal au Chili.

Pour en savoir plus sur l'optique adaptative on pourra consulter les pages qui y sont consacrées sur les sites suivant :

© De Boeck