Avec un miroir de 6,5 mètres et un bouclier thermique aussi grand qu’un court de tennis, le futur télescope spatial James Webb pose de redoutables problèmes techniques. L'une des difficultés est leur déploiement, à l'un comme à l'autre. Northrop Grumman et la Nasa ont récemment testé la procédure de déploiement complet du bouclier thermique et tout s'est bien déroulé.

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Il y a quelques jours, les techniciens de la NasaNasa et de Northrop Grumman ont testé avec succès le déploiement couplet du bouclier thermique de l'observatoire spatial James Webb. Ce télescopetélescope, dont le lancement est prévu en mars 2021, fonctionnera uniquement dans les gammes d'ondes du proche infrarougeinfrarouge moyen, et non dans l'ultravioletultraviolet et le visible comme Hubble. Pour cela, il nécessite un bouclier thermique pour refroidir les instruments, que ce soient les capteurscapteurs ou les optiques qui devront rester extrêmement froids, mais aussi de réduire autant que possible les variations thermiques qui pourraient déformer le miroirmiroir primaire de 6,5 mètres.

La taille de ce bouclier laisse songeur. Long de 22 mètres et large de 10 mètres, il est quasiment aussi grand qu'un court de tennis ! En raison de sa taille, le bouclier sera lancé plié et se dépliera dans l'espace. Pour Northrop Grumman, le défi a donc été de concevoir un miroir plié au lancement, puis déployé en orbiteorbite. D'où la nécessité de tester au sol la procédure de déploiement des différentes couches qui le composent.

Déploiement complet du bouclier thermique du James Web. Les deux techniciens au centre de la structure permettent de se rendre compte de la taille immense de ce bouclier thermique (22 x 10 m). © Northrop Grumman, Alex Evers
Déploiement complet du bouclier thermique du James Web. Les deux techniciens au centre de la structure permettent de se rendre compte de la taille immense de ce bouclier thermique (22 x 10 m). © Northrop Grumman, Alex Evers

Cinq couches pour refroidir les instruments 

En effet, à la différence des boucliers traditionnels, celui du James WebWeb a comme particularité d'être constitué de cinq couches en Kapton (un polyimide). D'une superficie d'environ 150 mètres carrés, chaque couche offre une protection thermique dans une large gamme de température (de - 237 à + 377 degrés). Chaque couche joue le rôle de dissipateur de chaleurchaleur de telle sorte que la différence de température entre la couche la plus chaude et la plus froide atteint 240 °C ! Les modèles thermiques montrent que la température maximale de la couche la plus externe est de 109 degrés et que le côté froid, celui placé à l'espace profond, sera exposé à une température de l'ordre de - 237,5 degrés centigrades.

À la différence d'Hubble, positionné à quelque 570 kilomètres de la TerreTerre, James Webb sera situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre (4 fois plus que la distance de la Terre à la LuneLune) au point de Lagrangepoint de Lagrange 2. Une distance qui rend impossible la planification d'une mission de réparation ou d'entretien, comme les cinq qui ont rythmé la vie d'Hubble et qui ont permis de corriger son défaut d'aberrationaberration optique ainsi que le remplacement de nombreux équipements et instruments. 


Le bouclier thermique géant du futur télescope James Webb à l'essai

Article de Rémy DecourtRémy Decourt publié le 28/03/2011

Avec un miroir de 6,5 mètres et un bouclier thermique aussi grand qu'un court de tennis, le futur télescope spatial James Webb pose de redoutables problèmes techniques. L'une des difficultés est le déploiement de ce bouclier. Northrop Grumman a entamé une longue série de tests pour s'assurer que tout se passera bien, car, à la différence de Hubble, James Webb sera situé bien trop loin pour envoyer un équipage le réparer.

Le futur télescope spatial James Webb, successeur du télescope Hubbletélescope Hubble, fonctionnera dans le proche infrarouge. Ce domaine de longueurs d'ondelongueurs d'onde a été choisi de préférence au visible ou à l'ultraviolet car il ouvre une fenêtrefenêtre sur les objets les plus froids et pénètre les nuagesnuages opaques de gazgaz et de poussière. Avec son grand diamètre, il sera en mesure de repérer et d'observer des objets des centaines de fois moins lumineux que ceux observés par les télescopes actuels et de sonder plus profondément l'universunivers.

Essai de déploiement et de tension d'une maquette au 1/3 du bouclier thermique du télescope spatial James Webb. © Nasa
Essai de déploiement et de tension d'une maquette au 1/3 du bouclier thermique du télescope spatial James Webb. © Nasa

Pour éviter de perturber les observations, les instruments du télescope devront être suffisamment froids. C'est pourquoi il sera doté d'un bouclier thermique pour abaisser sa température de fonctionnement à plus de - 220°C et réduire autant que possible les variations thermiques qui pourraient déformer le miroir primaire. Abaisser la température ne suffira pas, il faudra également la conserver. Situé à quelque 1,5 million de kilomètres, au point de Lagrange 2, le télescope sera toujours orienté de la même manière par rapport au SoleilSoleil, à la Terre et à la Lune. Un bouclier sera donc efficace pour se protéger de leur lumièrelumière, à condition qu'il soit suffisamment vaste : avec 20 mètres sur 12 mètres, ses dimensions sont à peu près celles d'un court de tennis.

Le télescope James Webb comprend deux zones. Une partie chaude exposée au rayonnement en provenance du Soleil, de la Terre et de la Lune et une froide où se trouvent les instruments scientifiques. © Nasa
Le télescope James Webb comprend deux zones. Une partie chaude exposée au rayonnement en provenance du Soleil, de la Terre et de la Lune et une froide où se trouvent les instruments scientifiques. © Nasa

Un déploiement qui conditionne toute la réussite de la mission

Il est constitué de cinq couches en Kapton (un polyimide) d'une superficie d'environ 150 mètres carrés chacune, offrant une protection thermique dans une large gamme de température (de - 237 à + 377 degrés). Chaque couche joue le rôle de dissipateur de chaleur de telle sorte que la différence de température entre la couche la plus chaude et la plus froide atteint 240°C !

Avec de telles dimensions, son lancement ne peut se faire que plié (comme le miroir) pour le faire tenir à l'intérieur de la coiffe de son lanceurlanceur, en l'occurrence une Ariane 5Ariane 5. L'idée est de le plier de façon très compacte, comme un parachuteparachute, autour du télescope. Northrop Grumman (maître-d'œuvre du programme) doit s'assurer que le pliage ne réservera pas de mauvaises surprises (faux plis, amorces d'un déchirement). D'où le choix de Kapton, un matériaumatériau aussi résistant que souple et la mise au point d'un système de poutrelles et de câbles animé par deux mécanismes. Le premier étire le bouclier sur toute sa surface et le second sépare les unes des autres les cinq couches qui le composent.