28 août 2018
8 heures en ballon
Des chercheurs testent des instruments d'observation astronomique inédits transportés à 36 km d'altitude par ballon
Par : Jean Hamann
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Une partie de l'équipe de HiCIBaS en compagnie de quelques collaborateurs du projet devant le ballon auxiliaire et la nacelle qui ont transporté les instruments scientifiques à 36 km d'altitude. De gauche à droite: Cédric Vallée, Mireille Ouellet, Steven Bos, Guillaume Allain, Chris de Jonge, Simon Thibault, Frans Snik, Olivier Côté, Simon Carrier et David Doelman.
— David Doelman
Un vol par ballon visant à tester des appareils astronomiques conçus par une équipe de l'Université Laval et destinés à l'observation des exoplanètes à partir de la stratosphère terrestre a eu lieu samedi à la base canadienne de ballons stratosphériques située à Timmins en Ontario. La mission s'est déroulée sans anicroche majeure et les chercheurs disposent maintenant de données qui leur permettront d'évaluer l'efficacité de leurs instruments et le potentiel de cette approche pour leurs travaux sur les exoplanètes. Cette mission a été menée dans le cadre d'un programme supervisé par l'Agence spatiale canadienne et le Centre national d'études spatiales de France. Une équipe composée d'une vingtaine d'employés des deux agences a prêté son concours à la mission.
Le 25 août, à 23h, les amarres du ballon contenant 400 000 m3 d'hélium auquel était attachée une nacelle transportant les instruments scientifiques conçus par l'équipe de Simon Thibault ont été larguées. Trois heures plus tard, le ballon et sa précieuse cargaison ont atteint une altitude de 36km. Au cours des 8 heures qui ont suivi, l'équipe du professeur Thibault a testé des instruments astronomiques qu'elle a développés pour mener ce type de missions. «Nous avons pu tester 75% des instruments. Un problème d'alimentation en puissance créé par un de nos circuits nous a empêchés de tester certaines composantes. Nous en avons pour des mois à analyser les données que nous avons recueillies et pour confirmer le succès de la mission», résume le professeur Thibault.
Appelé HiCIBaS (High-Contrast Imaging Balloon System), le projet dirigé par le professeur Thibault explore une avenue prometteuse pour contourner trois problèmes qui limitent la qualité des images qu'il est possible d'obtenir à l'aide d'un télescope, soit la turbulence de l'air, la vapeur d'eau et la pollution. La façon classique d'atténuer ces problèmes consiste à installer les observatoires sur de hauts sommets (en général 4 000 – 5 000 mètres d'altitude), où l'air est plus stable, plus sec et plus pur. La seconde avenue consiste à placer le télescope en orbite dans l'espace à une altitude d'environ 600 km. Cette approche est très efficace, mais elle s'accompagne toutefois d'une facture salée. Le télescope Hubble a coûté plus de 2 milliards de dollars US et le télescope James-Webb, qui doit être lancé en 2021, aura nécessité des investissements de plus de 10 milliards de dollars $ US.
La troisième avenue, explorée depuis le milieu du siècle dernier, consiste à utiliser un ballon stratosphérique pour transporter un télescope à une altitude se situant entre 35 et 40 km de la surface terrestre. Les conditions d'observation s'approchent alors de celles qui existent dans l'espace et les coûts ne représentent qu'une fraction de ceux engendrés par un télescope spatial. Il y a toutefois plusieurs défis à surmonter pour obtenir des données astronomiques de qualité.
«D'abord, les températures sont très froides et la pression d'air est 1 000 fois plus faible que sur Terre, signale Simon Thibault. Tous les instruments doivent être en mesure de résister à ces conditions. Par ailleurs, l'absence d'air ne permet pas de refroidir les équipements par convection. Il faut distribuer l'excès de température et l'évacuer par radiations vers l'espace. Ensuite, comme le ballon est en mouvement, il faut développer des façons de stabiliser le pointage du télescope. Finalement, le dernier défi est de faire fonctionner tous les systèmes à distance avec une bande passante limitée, ce qui implique qu'il faut bien choisir nos données de télémétrie et de science.»
La nacelle lancée samedi contenait un télescope muni d'un miroir de 40 cm, une monture et un système de contrôle pour orienter (pointer) le télescope, un miroir déformable pour corriger les aberrations statiques produites par les optiques du système ainsi qu'un senseur de front d'ondes pour corriger les effets de turbulence et les vibrations de la nacelle. De plus, on y trouvait un coronographe permettant de bloquer la lumière d'une étoile afin d'observer une planète située à proximité. «Le vol de samedi visait à tester ces appareils dans des conditions réelles d'utilisation, rappelle le professeur Thibault. L'étape suivante consistera à utiliser un système d'optique adaptative plus performant et un télescope ayant un miroir deux fois plus grand. C'est le minimum pour espérer imager une exoplanète. Nous espérons y arriver dans deux ans.»
L'équipe du professeur Thibault est composée des étudiants à la maîtrise Olivier Côté, Deven Patel, Guillaume Allain, Mireille Ouellet et Cédric Vallée, des étudiants de premier cycle, Simon Carrier et Steven Thériault, et du professionnel de recherche Denis Brousseau. L'Agence spatiale canadienne apporte un soutien financier de 500 000$ sur trois ans au projet.
Mireille Ouellet, étudiante à la maîtrise en physique, apporte quelques ajustements au télescope.
Photo : Guillaume Allain
Le télescope en place dans la nacelle.
Photo : Cédric Vallée
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Appelé HiCIBaS (High-Contrast Imaging Balloon System), le projet dirigé par le professeur Thibault explore une avenue prometteuse pour contourner trois problèmes qui limitent la qualité des images qu'il est possible d'obtenir à l'aide d'un télescope, soit la turbulence de l'air, la vapeur d'eau et la pollution. La façon classique d'atténuer ces problèmes consiste à installer les observatoires sur de hauts sommets (en général 4 000 – 5 000 mètres d'altitude), où l'air est plus stable, plus sec et plus pur. La seconde avenue consiste à placer le télescope en orbite dans l'espace à une altitude d'environ 600 km. Cette approche est très efficace, mais elle s'accompagne toutefois d'une facture salée. Le télescope Hubble a coûté plus de 2 milliards de dollars US et le télescope James-Webb, qui doit être lancé en 2021, aura nécessité des investissements de plus de 10 milliards de dollars $ US.
La troisième avenue, explorée depuis le milieu du siècle dernier, consiste à utiliser un ballon stratosphérique pour transporter un télescope à une altitude se situant entre 35 et 40 km de la surface terrestre. Les conditions d'observation s'approchent alors de celles qui existent dans l'espace et les coûts ne représentent qu'une fraction de ceux engendrés par un télescope spatial. Il y a toutefois plusieurs défis à surmonter pour obtenir des données astronomiques de qualité.
«D'abord, les températures sont très froides et la pression d'air est 1 000 fois plus faible que sur Terre, signale Simon Thibault. Tous les instruments doivent être en mesure de résister à ces conditions. Par ailleurs, l'absence d'air ne permet pas de refroidir les équipements par convection. Il faut distribuer l'excès de température et l'évacuer par radiations vers l'espace. Ensuite, comme le ballon est en mouvement, il faut développer des façons de stabiliser le pointage du télescope. Finalement, le dernier défi est de faire fonctionner tous les systèmes à distance avec une bande passante limitée, ce qui implique qu'il faut bien choisir nos données de télémétrie et de science.»
La nacelle lancée samedi contenait un télescope muni d'un miroir de 40 cm, une monture et un système de contrôle pour orienter (pointer) le télescope, un miroir déformable pour corriger les aberrations statiques produites par les optiques du système ainsi qu'un senseur de front d'ondes pour corriger les effets de turbulence et les vibrations de la nacelle. De plus, on y trouvait un coronographe permettant de bloquer la lumière d'une étoile afin d'observer une planète située à proximité. «Le vol de samedi visait à tester ces appareils dans des conditions réelles d'utilisation, rappelle le professeur Thibault. L'étape suivante consistera à utiliser un système d'optique adaptative plus performant et un télescope ayant un miroir deux fois plus grand. C'est le minimum pour espérer imager une exoplanète. Nous espérons y arriver dans deux ans.»
L'équipe du professeur Thibault est composée des étudiants à la maîtrise Olivier Côté, Deven Patel, Guillaume Allain, Mireille Ouellet et Cédric Vallée, des étudiants de premier cycle, Simon Carrier et Steven Thériault, et du professionnel de recherche Denis Brousseau. L'Agence spatiale canadienne apporte un soutien financier de 500 000$ sur trois ans au projet.
Mireille Ouellet, étudiante à la maîtrise en physique, apporte quelques ajustements au télescope.Photo : Guillaume Allain
Le télescope en place dans la nacelle.Photo : Cédric Vallée
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