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Bientôt des télescopes à miroir liquide en ferrofluides ?

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La technologie des miroirs liquides ne cesse de progresser et elle permettrait à terme de construire des miroirs géants à coup sûr capables de brillantes découvertes. La dernière avancée technique vient d'être réalisée par un groupe de l'université de Laval au Canada. Elle repose sur l'emploi des ferrofluides, des liquides aux propriétés bien étranges...

Le dispositif de l'équipe de Denis Brousseeau avec les bobines bien visibles. Crédit : Denis Brousseau

Les ferrofluides sont des suspensions colloïdales de particules ferromagnétiques d'une taille de l'ordre de 10 nanomètres qui réagissent à un champ magnétique extérieur et se hérissent de pointes. Ils sont composés de nanoparticules de magnétite ou d'hématite, et comprennent souvent des ions Fer II (Fe2+) ou Fer III (Fe3+). A bien des égards, ce sont des liquides magiques...

De la même manière que du mercure dans un récipient en rotation voit sa surface devenir paraboloïdale sous l'action de la force centrifuge, un ensemble de bobines créant un champ magnétique peut déformer la surface d'un ferrofluide pour lui donner la même figure. On obtient ainsi dans les deux cas des miroirs liquides dont les dimensions peuvent être très grandes et qui ont été proposés pour construire des télescopes lunaires.

On sait que le pouvoir de résolution des télescopes dépend des dimensions de leur miroir primaire. Le problème est que ces derniers sont de plus en plus difficiles à réaliser au-delà d'un mètre de diamètre. Ils ont alors tendance à se déformer sous leur propre poids, de sorte que l'écart à la forme paraboloïdale idéale ne permet pas d'atteindre les performances théoriques des miroirs géants.

Il y a pire... La turbulence de l'air dans l'atmosphère limite déjà fortement ce pouvoir théorique. Les conditions les plus favorables se trouvant de toute façon au sommet de certaines montagnes, le transport en altitude de miroir dépassant les dix mètres devient hautement problématique. On peut bien sûr corriger une partie de l'effet de la turbulence et éviter de couler des miroirs géants d'un seul bloc en utilisant une série de miroir montés sur des vérins pilotés en permanence par des ordinateurs : c'est l'optique adaptative. Mais là encore, des limites existent, restreignant son efficacité à des domaines comme ceux de l'infrarouge.

Des bobines électromagnétiques pour déformer le miroir

Denis Brousseau et ses collègues de l'université de Laval au Québec ont exploré la voie des miroirs liquides déformables comme dans le cas de l'optique adaptative mais en remplaçant les vérins par des séries de bobines générant un champ magnétique pour déformer la surface d'un ferrofluide. L'idée avait déjà été proposée en 1994 mais avec du mercure et avait fini par être abandonnée, le mercure s'étant révélé trop lourd.

Un prototype a été réalisé avec des particules nanométriques de magnétite comme composant magnétisable du ferrofluide, lequel a été versé dans un récipient comportant 37 bobines de 5 mm de diamètre formant un réseau, comme on peut le voir sur l'image au bas de l'article. L'ensemble, comme dans l'optique adaptative classique, était contrôlé par ordinateur.

Pour tester le dispositif, des rayons lumineux formant une image ont été déformés par leur passage à travers des lentilles mal alignées et des boîtes de Petri, de manière à produire des aberrations optiques. Ces défauts ont été facilement éliminés par le miroir à ferrofluide, dont la forme pouvait être modifiée près de cent fois par seconde. Ce rythme élevé est important pour réaliser une bonne optique adaptative à différentes longueurs d'onde.

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