The ELT (Extremely Large Telescope) observatory on the Cerro Armazones mountain in Chile

L’Extremely Large Telescope ou Télescope géant Européen

SCHOTT est fière de jouer un rôle de tout premier plan dans le développement de l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’Observatoire Européen Austral. Fabriqué en vitrocéramique ZERODUR® SCHOTT, le miroir primaire segmenté du télescope, d’un diamètre de 39 mètres, devrait révolutionner l’exploration spatiale.

Histoire

En 2006, l’Observatoire Européen Austral (ESO) lance le programme ELT avec des études détaillées pour le télescope. Conçu comme une « fenêtre sur les galaxies lointaines », le gigantesque télescope dépend d’un ensemble de cinq miroirs produisant des images haute résolution d’une précision exceptionnelle à des millions d’années-lumière dans l’espace. L’ESO s’est intéressé à l’expertise inégalée de SCHOTT dans le domaine de la vitrocéramique et, en 2017, charge l’entreprise de commencer la fabrication des substrats de miroir requis pour atteindre sa portée télescopique sans précédent.

L’observatoire ELT (Extremely Large Telescope) de l’Observatoire Européen Austral (ESO)
L’ELT de l’Observatoire Européen Austral (ESO) avec la vitrocéramique ZERODUR® SCHOTT comme substrat de miroir. Source : ESO

Tâche

Le projet ELT est l’un des plus grands projets auxquels le ZERODUR® SCHOTT ait jamais participé, avec la production de substrats pour un total de quatre miroirs en vitrocéramique. Deux d’entre eux ont un diamètre d’environ 4 m, le miroir secondaire (M2) étant le plus grand composant monolithique convexe en verre. La production du miroir secondaire, d’un diamètre de 4,25 m, est un énorme défi, qui nécessite le meulage de la matière première jusqu’à seulement 10 cm ou 3,94 pouces d’épaisseur. Pour le miroir primaire, SCHOTT a pour tâche de fabriquer 949 ébauches de segments de miroir de 1,5 m de diamètre, à raison d’une par jour, chacune ayant exactement les mêmes dimensions et propriétés.

Solution

Grâce à son équipement de pointe, SCHOTT est idéalement préparée pour ce projet : Un centre de compétence CNC cinq axes permet la fabrication de miroirs en vitrocéramique ZERODUR® de dimensions atteignant jusqu’à 4,25 mètres de diamètre, avec une précision jamais atteinte auparavant. Un second four de fusion, installé pour le ZERODUR®, a pour objectif de répondre à la forte demande du matériau à long terme et de contribuer au succès des clients.

Le système optique de l’ELT et le rôle du ZERODUR®

Ce schéma (vue d’artiste) présente le système optique avancé à cinq miroirs de l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO et l’emplacement des substrats de miroirs en ZERODUR®. Il est basé sur un miroir primaire géant associant 798 hexagones (M1) et quatre miroirs plus petits (M2 à M5) comme réflecteurs. Le miroir primaire capte la lumière du ciel nocturne et la réfléchit sur le M2, de diamètre quatre mètres. Celui-ci renvoie à son tour la lumière vers un réflecteur (M3). Dans le système optique adaptatif intégré aux télescopes, le rôle de ce troisième miroir est d’irradier la lumière sur le miroir optique adaptatif (M4), qui modifie sa surface mille fois par seconde pour corriger la lumière des étoiles déformée par l’atmosphère terrestre. Enfin, la lumière atteint le cinquième miroir (M5), qui stabilise les images extrêmement nettes au plan focal final en compensant les vibrations basse fréquence de la structure du télescope. 
Illustration présentant les cinq différents emplacements des miroirs de l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’Observatoire Européen Austral
Construction of the primary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Un gigantesque miroir primaire de 39 mètres

Le miroir primaire comportera 798 segments hexagonaux en ZERODUR® au total, et SCHOTT produit 949 ébauches de segments, chacune de diamètre 1,5 m et d’épaisseur 50 mm. Ces segments fonctionneront ensemble comme un seul miroir capable de collecter des dizaines de millions de fois plus de lumière que l’œil humain.

Construction of the secondary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Un chef-d’œuvre technologique

Le miroir secondaire (M2) de classe 4 mètres de l’ELT est le plus grand miroir convexe jamais construit. Il présente une courbure extrême et un diamètre de 4,25 mètres pour une épaisseur de seulement 100 mm.

Construction of the tertiary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Un projet titanesque

Après coulée, le substrat du miroir tertiaire (M3) a été réduit à son poids final de 3,2 tonnes, en effectuant plusieurs étapes d’usinage. Le miroir final mesure quatre mètres de diamètre, a une épaisseur de 100 mm et est situé dans l’optique du téléscope, sous l’énorme miroir primaire.

Une qualité d’image constante dans des environnements extrêmes

Les propriétés thermiques exceptionnelles de la vitrocéramique ZERODUR® SCHOTT sont au cœur de l’ELT. On peut compter sur son coefficient de dilatation thermique extrêmement faible pour obtenir des performances constantes et réfléchir la lumière de manière très précise dans des environnements à température variable. La capacité de SCHOTT à la fabriquer dans une large gamme de formes et de tailles a également été déterminante pour le projet ELT.
Tout ce que vous devez savoir sur SCHOTT et l’ELT en six minutes
Markus Kissler-Patig, Astronome à l’Observatoire Européen Austral
Un projet comme l’ELT ne serait pas possible sans l’existence d’un matériau comme le ZERODUR®.

Visualiser l’étendue de l’univers

La puissance et l’ampleur de l’Extremely Large Telescope sont tout simplement incroyables. Avec des éléments du projet presque cruciaux et réalisés pour la première fois, il vise à capter 100 millions de fois plus de lumière que l’œil humain, avec des images 16 fois plus nettes que celles obtenues par le télescope Hubble. Il permettra également d’étudier plus en détail les planètes entourant d’autres étoiles, ainsi que les galaxies lointaines et les trous noirs supermassifs, élargissant ainsi nos connaissances et notre compréhension de l’univers.
Roberto Tamai, Responsable du programme ELT, Observatoire Européen Austral
Roberto Tamai, Responsable du programme ELT
Rien de tel n’a été fait auparavant. L’ELT est le premier du genre. C’est une grosse machine avec des exigences très strictes en termes de positionnement et de suivi. Nous plaçons une pièce d’acier géante de 3 000 tonnes dans une position définie et devons la déplacer avec une extrême précision. Oui, nous avons effectué toutes les simulations et analyses informatiques pour prouver que nous pouvons y parvenir, mais il y a un grand pas entre les simulations et la réalité. Franchir ce pas est l’un des plus grands défis.

Matériaux utilisés et produits similaires 

Cette vitrocéramique unique a été développée par SCHOTT pour obtenir un coefficient de dilatation thermique (CTE) extrêmement faible, ce qui la rend idéale pour les environnements exigeants requèrant un positionnement extrêmement précis. Son potentiel de fabrication en grand format est également essentiel pour le projet ELT.

Un défi sans précédent qui exige un véritable travail d’équipe

La planification et la construction de l’ELT sont une entreprise de grande envergure qui exige une coopération étroite entre des centaines d’experts techniques basés à travers le monde. Le simple fait de se rendre sur le site de l’ELT, au milieu du désert d’Atacama au Chili, est un challenge logistique. L’usinage et le transport des miroirs et composants massifs ont donc poussé SCHOTT et ses partenaires à atteindre de nouveaux niveaux de dévouement et d’innovation.


Substrat de miroir fabriqué par
SCHOTT

Forme, polissage et assemblage par
Safran-Reosc, France

Unités du système de support de segment pour le miroir primaire
CESA (Espagne) VDL (Pays-Bas)

Cellules de support pour les miroirs M2 et M3
Groupe SENER (Espagne)

Miroir quaternaire
AdOptica, INAF (Italie)

Construction du dôme
Consortium ACe (Italie)

Propriétaire du projet ELT
ESO, Observatoire Européen Austral

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