Sagas

L'optique adaptative à l'Onera : de Come-On à l'E-ELT

De l'idée à la technologie

Les premiers pas de l'optique adaptative

Depuis plus d'un siècle, la taille des téléscopes ne cesse d'augmenter. Le diamètre de leur miroir principal est aujourd'hui de 8 à 10 mètres. Il atteindra bientôt plus de quarante mètres. Cette escalade a deux objectifs :

1/ augmenter la surface collectrice pour récupérer un plus grand nombre de photons afin d'observer des objets astronomiques (galaxies, étoiles, planètes...) situées de plus en plus loin, et donc remonter le temps pour comprendre la formation et l'évolution de l'univers ;

2/ augmenter le pouvoir de résolution angulaire des télescopes afin de distinguer des détails de plus en plus fins.

Exemple de gain apporté par l'optique adaptative NAOS (première OA du VLT mise en service en 2001 et dont l'ONERA est maitre d'oeuvre, collaboration ONERA, observatoire de Paris, Observatoire de Grenoble et ESO)
[crédit : Y. Clenet]

Atmosphère !

Reste que tous les instruments mis au point pour scruter l'univers souffrent du même mal, d'autant plus difficile à éliminer que le coupable est l'atmosphère terrestre : la turbulence atmosphérique brouille leur vue. L'image d'une étoile, qui a parcouru des milliers d'années lumières en restant parfaitement nette, se trouve dégradée durant ses derniers kilomètres. Les mélanges d'air chaud et d'air froid introduisent des avances et des retards de phase le long du trajet optique pour aboutir in fine à un front d'onde déformé sur la pupille du télescope. De plus, ces fluctuations évoluent très rapidement, sur une échelle de temps de l'ordre de la milliseconde. Le résultat final est qu'un télescope terrestre de 8 mètres fournit une image équivalente à celle d'un télescope de 20 cm qui serait placé au-dessus de l'atmosphère !

La solution ultime est bien évidemment d'envoyer le télescope dans l'espace, comme c'est le cas avec Hubble. Toutefois, cette alternative est très coûteuse et restreint la taille du miroir principal. D'où l'intérêt de l'optique adaptative, qui se propose de corriger les effets de la turbulence. L'idée en avait été émise par un scientifique américain, Horace W. Babcock, dans les années 1950. Mais la technologie ne permettait pas alors de passer de l'idée à la réalisation.

Qu'est-ce que l'optique adaptative

Ce n'est que dans le milieu des années 1970 qu'il a été possible d'envisager la réalisation concrète d'un système complet d'optique adaptative. Son principe ? Un analyseur de surface d'onde placé dans le train optique du télescope mesure les déformations du front d'onde. Cette information est transmise à un calculateur temps réel qui fournit les ordres nécessaires à un ensemble d'actionneurs qui déforment un miroir de manière à rétablir le front d'onde tel qu'il était avant d'entrer dans l'atmosphère.

Cette technologie est un système asservi qui fonctionne en boucle fermée. L'analyseur de front d'onde mesure les résidus de phase après correction par le miroir, le but étant de tendre vers un front d'onde le plus plan possible. On peut comparer cette approche à celle du conducteur d'une voiture dans un virage. Il donne un premier coup de volant relativement imprécis, puis corrige en permanence les erreurs de trajectoire du véhicule par de petites impulsions permettant de rester sur la route.

Mis à jour le 12 octobre 2010 - © ONERA 2010 - Crédits et conditions d'utilisation