Le Service Optique participe au développement de plusieurs instruments d’envergure pour l’astrophysique des années et décennies à venir. Jouant des rôles clé dans les grands instruments de l’ESA pour le spatial et de l’ESO pour le sol, nos experts sont également impliqués dans des instruments développés pour d’autres grandes agences comme la NASA ou des télescopes comme SUBARU.
Voici un aperçu des projets en cours de développement au sein du service optique.
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SUBARU-PFS
SUBARU PFS (Prime Focus Spectrograph) est un spectrographe multi-fibre pour des relevés spectroscopiques sur un large champ de vue pour la cosmologie, l’évolution des galaxies et l’archéologie galactique. 2400 fibres connectées au foyer primaire du télescope japonais SUBARU (Hawaii) de 8m, sont pointées vers des objets célestes sélectionnés et alimentent quatres modules de spectrographes. Chaque module de spectrographe disperse la lumière de 600 fibres selon quatre voies, une bleue, deux rouges (deux résolutions spectrales différentes) et une proche infrarouge.
Le LAM est responsable des aspects système des modules de spectrographe (design optique, mécanique, thermique) ainsi que de Assemblages, Intégrations et Tests / Vérifications (AIT/AIV) des modules spectrographes en Europe puis à Hawaii. Tous les modules de spectrographes ainsi que leurs caméras cryogéniques sont intégrés, testés, vérifiés et leur opération validée et documentée dans les salles propres du LAM avant d’être transportés à Hawaii, installés et testés au télescope.
Les personnels du service optique particulièrement impliqués sont : F. Madec, T. Crauchet, K. Dohlen, R. Lhoussaine et D. Le Mignant. Ont également été impliqués: S. Pascal, S. Vives, M. Belhadi, E. Prieto, J. Floriot.
Le projet est une importante collaboration internationale avec, pour les modules spectrographes, de fortes contributions de John Hopkins University (Baltimore, USA), Princeton University (USA), IPMU-Université de Tokyo (Japon), LNA (Brésil), NAOJ (Japon, Hawaii) et le LAM.
Le projet PFS a développé depuis 2012 un partenariat très étroit avec l’industriel Winlight Systems pour le développement des systèmes opto-mécaniques des modules de spectrographes.
Les projet est en phase AIT, avec Spectrograph Module 1 (SM1) installé et en opération à Subaru, SM2 et SM3 en phase AIT au LAM et SM4 chez notre partenaire industriel.
Contact : Fabrice Madec / David Le MignantRéférences:
Article de la conception optique: https://arxiv.org/pdf/1408.3911
Article PFS Spectrograph AIT/V: https://arxiv.org/pdf/1608.01287
L’équipe PFS au complet lors de la recette finale du premier banc spectro 
Vue d’une des optiques PFS et du support détecteur -
ELT-HARMONI
HARMONI, spectrographe à intégral de champ visible et proche infrarouge, sera l’un des instruments de Première Lumière pour le télescope géant européen, l’ELT. Le LAM , en collaboration avec l’ONERA, fournira le système d’Optique Adaptative pour l’instrument.
Le Service Optique est responsable du développement des deux systèmes de l’instrument : le Laser Guide Star Sensor et le Natural Guide Star Sensor avec l’aide d’une collaboration internationale. Le service réalise le design optique des voies d’analyse pour l’optique adaptative sur étoile naturelle et pour les 6 voies d’analyse des étoiles laser. Il est en charge de la planification et de la réalisation des activités d’AIT/V de ces deux systèmes, ainsi que de la partie “top end” de l’instrument HARMONI regroupant ces systèmes d’optique adaptative ainsi qu’un relais vers la voie scientifique. Enfin, le service est aussi impliqué dans le management au niveau du projet, avec la fonction de Deputy Project Manager, et au niveau local pour la coordination des activités du LAM et de ses collaborateurs (ONERA/IPAG).
Personnels SO impliqués: Z. Challita, A. Costille, T. Crauchet, K. Dohlen, K. El Hadi, P. Jouve, D. Le Mignant, F. Madec, E. Renault, G. De Saint-Salvy
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ELT-MOSAIC
MOSAIC, spectrographe multi-objets (MOS), est un instrument de première génération de l’ELT (ELT-MOS). Le LAM a le leadership et de fortes responsabilités sur le projet (Management, Qualité, Spectrographes NIR et les AIT instrument).
Le Service Optique est fortement impliqué dans le projet notamment dans : le Management de projet (Chef de Projet pour le consortium, Chef de projet National pour la coordination des activités et contributions françaises), les activités système de la voie NIR et une activité de support optique au niveau instrument, les activités système et architecture optique du spectrographe NIR ainsi que dans les AIT et prototypages associés et, enfin, dans les activités AITV au niveau instrument.
Personnels SO impliqués: Z. Challita, K. Dohlen, K. El Hadi, J. Floriot, E. Prieto
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CASTLE
CASTLE (Calar Alto Schmidt-Lemaitre Telescope) est un démonstrateur de télescope de Schmidt replié, d’ouverture 40cm, muni d’un capteur courbe en plan focal. Ce sera la première démonstration sur le ciel de l’utilisation d’une surface focale courbe à des fins scientifiques (la première démonstration du DARPA visait la surveillance de l’espace). Le projet s’effectue aujourd’hui en partenariat avec l’IAA à Grenade, Espagne où il sera assemblé, et sera installé et commissionné à l’Observatoire de Calar Alto.
Nous avons construit un programme scientifique ( « white paper » sur ArXiv en 2020 Lien), autour de ce projet afin d’en exploiter les principaux avantages qui sont : quasiment aucune obscuration centrale, utilisation de surfaces réflectrices uniquement, forte transmission sans chromatisme, et qualité homogène de la PSF dans un grand champ de vue (3.7deg²).
Ce projet regroupe désormais des scientifiques de divers laboratoires français dont l’Observatoire de Strasbourg, l’AIM, l’OCA, le LESIA, mais aussi le Niels Bohr Institute ainsi que l’Université Stony Brook aux US. Le service Optique contribue dans les WPs test & Alignment et Opto Mechanical Assembly.
CASTLE dome installed at Calar Alto observatory -
COLIBRI
Le télescope COLIBRI est un observatoire terrestre qui réalisera le suivi sol de la mission spatiale franco-chinoise SVOM, mission dédiée à l’étude des sursauts gamma. COLIBRI est équipé d’un télescope robotique rapide (temps de pointé inférieur à 30s) de 1.3m de diamètre sur lequel sont installés 2 instruments visible et proche-infrarouge, permettant une capacité d’imagerie sur la bande 400-1800nm.
Le télescope est actuellement en test à l’OHP et sera transféré au Mexique durant le premier trimestre 2023. Le télescope sera opéré à l’Observatoire Astronomique National du Mexique, en Basse-Californie.
Le Service Optique est responsable de l’ingénierie système globale de l’observatoire, avec une responsabilité accrue en ce qui concerne le télescope (monture alt-az et miroirs) qui constituent des livrables du LAM au projet.
Contact : Johan Floriot
Le telescope COLIBRI en cours d’intégration -
Télescope Nancy Grace Roman - Instrument Coronographique CGI
Le telescope Nancy Grace Roman est une mission spatiale de la NASA comportant deux instruments dont un démonstrateur de coronographe (CGI) pour l’étude des exoplanètes.
Le LAM réalise tous les miroirs paraboliques hors axe de cet instrument avec des performances extrêmes en termes de forme (<5nm RMS) et de rugosité (<1nm RMS). Cette excellente qualité optique est atteinte grâce à la méthode de polissage sous contrainte développée au LAM par le Groupe R&D optique et instrumentation depuis plusieurs dizaines d’années. Cette technique est mise en application au sein du service optique grâce aux moyens de fabrication et de métrologie de la plateforme technologique POLARIS.
Les 7 miroirs de vol ainsi que leurs spares ont été livrés au JPL en 2022.
Contact: Marc Ferrari (GRD)
Miroir poli pour le projet ROMAN -
Projet R&D Roman OAP
Un nouveau projet Roman OAP R&D est en phase de développement, grâce à un financement CNES dans le cadre de la mission Roman ST, faisant suite à la fourniture des optiques paraboliques hors-axe pour l’instrument coronographique CGI du Télescope Nancy Grace Roman. Cette R&D vise à encore améliorer le procédé de fabrication (Stress Mirror Polishing) pour passer la pupille utilisable à 90% du diamètre de la pièce optique tout en conservant les spécification très serrées de Roman CGI (erreur de forme < 5nm rms, moyennes fréquences spatiales < 2nm rms, et rugosité < 1nm rms).
Il s’agit pour le laboratoire de mettre en œuvre les moyens (modélisation par éléments finis, essais de polissage, etc.) permettant de s’approcher au plus près de l’objectif technique, mais sans certitude de pouvoir atteindre celui-ci du fait de son caractère ambitieux.
En parallèle à la démarche basée purement sur l’élasticité des matériaux et les techniques de polissage sous contraintes, pour le cas où les simulations numériques ne permettraient pas de converger, nous explorons également une technique hybride SMP/Retouches locales (Robot, Ion Beam Finishing, Magneto-Rheology Finishing, etc…).
Contact : Manal CHEBBO, M. FERRARI (GRD)
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SOPHIE-RED
Le projet SOPHIE-RED a pour but de pérenniser et d’améliorer les performances de l’instrument SOPHIE installé au télescope T193 de l’Observatoire de Haute Provence depuis 2006, lui-même successeur d’ELODIE qui a permis de découvrir la première exoplanète.
Le LAM a la responsabilité scientifique du projet au sein du Groupe Systèmes Planétaires et le service optique est impliqué techniquement sur les tests de caractérisation de la nouvelle caméra et son intégration sur le spectromètre SOPHIE prévue en 2022.
Contact : Amandine Caillat -
HIRISE
HiRISE (High Resolution Imaging and Spectroscopy of Exoplanets) est un projet visant à implémenter un couplage entre le spectro-imageur coronographique SPHERE et le spectromètre infrarouge haute-résolution CRIRES+ sur l’UT3 (Unit Telescope 3) du VLT (Very Large Telescope). Il sera installé en tant qu’instrument visiteur et devra permettre la caractérisation de jeunes exoplanètes géantes déjà obervées avec une très haute résolution spectrale dans l’infrarouge proche.
L’instrument HiRISE est composé de 4 modules :
– Le FIM (Fiber Injection Module) dont le but est de récupérer au sein de SPHERE la lumière issue d’exoplanètes connues ;
– Le toron de fibres optiques permettant le transport de cette lumière autour de l’UT3 jusqu’à CRIRES+ ;
– Le FEM (Fiber Extraction Module) servant à injecter la lumière de l’exoplanète issue du toron de fibres dans le spectromètre CRIRES+ ;
– Le HiCAB (HiRISE Cabinet) regroupant l’essentiel des composants électroniques permettant le contrôle des éléments actifs de l’instrument.
Le Service Optique est impliqué dans la construction de l’instrument, la caractérisation des éléments des différents modules optiques, l’intégration en salle blanche et finalement les tests et la validation de l’instrument avant son envoi au Chili pour son installation sur l’UT3 du VLT.
Contact : Maxime Lopez
Vue CAO du FIM d’HIRISE installé sur SPHERE
