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Dix ans après le démarrage de sa conception, le changeur de filtres de LSST est maintenant fin prêt à être transféré vers la Californie pour y être intégré aux autres éléments de la caméra.

Fruit de la collaboration de cinq laboratoires de l’IN2P3 (CNRS), le changeur de filtres est une véritable prouesse technique : robuste et environ 15 fois plus rapide que ce qui se fait actuellement, il permettra à la caméra de LSST de prendre chaque image du ciel avec des filtres optiques différents en un minimum de temps.

Voir le ciel dans des couleurs différentes permet de mieux établir la nature comme la distance des objets célestes, mais il fallait gagner en rapidité pour observer les phénomènes variables dans l’univers. Ce sera chose faite avec ce système robotisé qui permettra de changer plusieurs fois de filtres dans une même nuit. Imbriqué à l’intérieur de la caméra, le système devra manipuler des filtres géants, d’un diamètre de 75 cm et d’un poids avoisinant les 40 kg, avec une précision proche du dixième de millimètre. Ce mécanisme ultra stable dont la maintenance est fixée à deux semaines tous les deux ans, a été pensé pour éviter tout endommagement des filtres, même en cas de forts séismes.

Le système est composé de plusieurs éléments, chacun ayant été construit par un laboratoire différent. Fabriqué au LPSC, le loader permet le chargement préalable des filtres depuis l’extérieur. Le carrousel du LPNHE permet lui d’en stocker jusqu’à cinq et peut présenter en moins de 20 secondes, un filtre face au changeur automatique, réalisé au CPPM. Celui-ci viendra le positionner pour la prise d’images en deux minutes. L’ensemble du système est contrôlé par un logiciel de contrôle/commande, développé par l’APC et a été monté sur un banc de test mécanique, fabriqué au LPC, qui permet de balayer toutes les positions angulaires du télescope. Tous ces éléments ont été assemblés dan le hall de montage du LPNHE où il a subi une batterie de tests afin de s’assurer que le système répondait bien au cahier des charges très contraint du projet.

Au total, 224 000 h de travail auront été nécessaires pour construire ce système unique. Le changeur de filtres de LSST va maintenant traverser l’Atlantique, vers le laboratoire Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) où il sera dans quelques mois intégré aux autres éléments de la caméra.

Pour suivre le fil Twitter sur l’envoi du changeur de filtres vers les Etats-Unis : https://twitter.com/LSST_France/status/1174256317277626368?s=20.

Le premier prototype d’échangeur de filtres pour le télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope,) réalisé au CPPM, a été testé avec succès à basse température au LPNHE.
L’échangeur de filtres est un élément indispensable de la caméra. A l’aide de six filtres de couleurs installés sur un carrousel automatisé, on mesure le spectre de la lumière qu’émettent les galaxies et les supernovas. On peut en déduire leur décalage vers le rouge (redshift en anglais) qui vient de l’expansion de l’Univers et distinguer les différents types de supernovas.

Après quelques mois de mise au point et de tests au CPPM, le prototype de l’échangeur de filtres automatisé – l’Auto Changer – vient d’être transporté dans un laboratoire partenaire du projet LSST, à Paris, le LPNHE, pour faire des tests à basse température (-10°C) et des tests combinés avec les autres instruments complémentaires. Après un déplacement en camion, l’Auto Changer a pu être remis en service rapidement par les mécaniciens du CPPM. Des tests ont été effectués avec succès : en chambre froide à -10°C pour la mise sous tension, et à -5°C pour le fonctionnement nominal. Ces opérations ont permis de vérifier que la mécanique conçue au CPPM est fiable, précise et que l’installation électrique mise en place par les électroniciens du laboratoire est robuste. « Nous attendons maintenant les autres sous-systèmes pour les tests combinés. Nous poursuivons nos efforts au CPPM par la construction de l’instrument final qui sera installé sur la caméra de LSST en 2019 à SLAC (aux États-Unis), Pierre Karst, responsable technique. »

La caméra de LSST comptera plus de 3 milliards de pixels pour un diamètre total avoisinant 1 mètre. Pour mener à bien l’ambitieux programme scientifique du projet, il est primordial que cette caméra soit bien étalonnée. C’est pour cette raison que le LPSC développe un banc d’étalonnage optique de la caméra (CCOB). L’étalonnage permet une caractérisation photométrique précise de la réponse du plan focal de la caméra dans les longueurs d’ondes associées aux 6 filtres de LSST.

Livré à SLAC en novembre, le CCOB « faisceau large » doit encore faire l’objet de tests en avril prochain. Un second dispositif optoélectronique pour la caractérisation de la caméra (avec son optique, c’est-à-dire toute assemblée) est également en cours de développement au LPSC. Il permettra de déterminer, entre autre chose, de manière précise, le mésalignement des optiques.

La construction du changeur de filtres de LSST avance à grands pas. Dans chaque laboratoire, les équipes s’affairent en vue de l’assemblage du changeur de filtres qui aura lieu dans les semaines à venir au LPNHE.

La roue dentée du carrousel de filtres de LSST vient par exemple d’être livrée au LPNHE. C’est une des pièces centrale du système : elle permet la rotation de la partie mobile du carrousel, notamment des filtres. Pour des raisons de résistance, elle est en acier. Cette roue sera ensuite équipée d’une bande codeuse pour connaitre avec précision la position du système, de 10 collecteurs permettant la transmission électrique et de données entre partie fixe/partie mobile.

La construction du LSST avance ! Le prototype du changeur de filtres, l’un des éléments essentiels de la caméra du télescope et dont l’IN2P3 à la charge de la conception et de la construction, vient de passer avec succès les tests ultimes avant le lancement de la fabrication du modèle définitif.

En cours de construction en France et aux États-Unis avant d’être installé au Chili, le LSST sera équipé de la plus grande caméra digitale du monde qui permettra de photographier des régions du ciel couvrant l’équivalent de 40 pleines lunes en une seule exposition. Dotée de plus de 3 milliards de pixels, elle permettra de produire des données d’une extrême qualité de façon à repérer et mesurer les objets célestes les moins lumineux, et ce avec un minimum de temps de pose et de maintenance. L’un des objectifs de ces observations est de mesurer avec une précision inégalée les quantités physiques associées à l’énergie noire qui tend à accélérer l’expansion de l’Univers afin d’en comprendre l’origine.

Le changeur de filtres automatisé, robuste et très rapide permettra de prendre chaque image du ciel avec des filtres optiques différents en un minimum de temps. Les filtres seront montés sur un « carrousel » qui fournit au robot « changeur automatique » le filtre à mettre en place pour la prise d’images. Ainsi, en une nuit d’observation, il sera possible de changer plusieurs fois de filtres. Cette réalisation, fruit du travail mené en collaboration par différents laboratoires de l’IN2P3, est une prouesse technique sur plusieurs points. Tout d’abord, ce système permettra de manipuler des filtres d’un diamètre de 75 cm, d’un poids avoisinant les 40 kg, sans les endommager, même en cas de forts séismes. De plus, il sera capable de les positionner dans leur emplacement avec une marge d’erreur de 0,1 mm et a été conçu afin d’imposer un minimum d’encombrement dû au faible espace disponible autour de la caméra. Enfin, les contraintes du projet lui imposent de garantir une stabilité d’exploitation de façon à ce que la maintenance soit limitée à 2 semaines tous les 2 ans.

Cette étape cruciale de validation, qui s’est déroulée fin juin lors de la Manufacturing Readiness Review et qui s’est tenue au LPNHE, vient récompenser le travail des équipes IN2P3, engagées depuis plusieurs années dans ce projet. Elle vient aussi confirmer le rôle prépondérant de l’Institut dans cette collaboration internationale.

Liste des laboratoires impliqués dans la construction du changeur de filtres de LSST : APC, CPPM, LPNHE, LPSC, LPC.

Retrouvez la vidéo du changeur de filtres de LSST ci-dessous :

https://youtu.be/NNgUWHAGng8