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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

A la suite du colloque ‘Getting Ready to do Science with LSST Data’ qui s’est tenu à Lyon, du 12 au 16 juin derniers, William O’Mullane, chef de projet, en charge du traitement des données de LSST, revient sur l’importance de la gestion des données du télescope et sur le rôle que la France joue dans ce domaine.

Vous venez de prendre la responsabilité de la gestion des données pour LSST. Quelles sont vos priorités pour les mois voire les années à venir ?

A court terme, d’ici le mois de juillet, nous avons une revue à mener au niveau de l’agence de financement du projet. A moyen terme, nous avons besoin de vérifier et valider les besoins en termes de gestion de données grâce à plusieurs séries de tests et mises en situation. Cela devrait nous permettre d’être en ordre de marche, au niveau des structures de données et de l’infrastructure, afin de faire face aux défis du “commissionning”¹ et de préparer la phase d’opération du télescope.

Quels sont, selon vous, les principaux défis à relever en termes de gestion de données pour le projet LSST ?

Tout d’abord, il y a le plus évident : le volume de données. Transférer 20 téraoctets de données depuis le Chili chaque nuit est loin d‘être trivial. Nous devons aussi faire face aux défis inhérents à tout projet de longue durée qui nécessite de déterminer les technologies sur lesquelles nous pouvons compter sur le long terme. Cela demande un effort d’évaluer de nouvelles choses et de décider s’il y a un bénéfice à les utiliser sur le long terme. Du point de vue du calcul, nous devons faire en sorte que le code ‘multi-threadé’ nous permette de tirer profit de processeurs plus lents mais avec plus de cœurs. Dans le cas contraire, nous pourrions en arriver à calculer de plus en plus lentement à chaque génération de processeurs ! En ce qui concerne le traitement des données, les alertes prévues pour être lancées en moins d’une minute constituent là aussi un vrai défi. Les estimations de PSF² très précises, la détermination de la forme des galaxies peu lumineuses et le ‘deblending’³ sont aussi sur ma liste des points à suivre. Enfin, la communication est un défi important dans tout projet organisé de façon distribuée. Le traitement des données pour LSST ne fait pas exception : une orientation claire et un management transparent font en ce sens partie des pré-requis.

Comment envisagez-vous les contributions française et européenne dans LSST ?

L’apport de l’IN2P3 est très important puisqu’il va fournir des ressources de traitement considérables pour LSST. La collaboration avec l’IN2P3 sur la construction de la caméra et le logiciel Qserv est aussi très appréciée. Il sera très important pour LSST d’avoir des centres européens à même de fournir un support de premier niveau pour nos collaborateurs. Le récent colloque organisé à Lyon est exactement ce que j’attends comme type de support. Il y a également beaucoup de sujets qui seront intéressants à discuter ensemble et bien sûr des expérimentations sur différentes techniques seront à mener de concert.

Que retirez-vous du colloque ‘Getting Ready to do Science with LSST Data’ qui s’est tenu récemment à Lyon ? 

Nouvellement arrivé dans LSST, j’ai beaucoup appris sur les principales difficultés que nous avons à gérer dans le traitement des données de LSST. Le bon côté des choses c’est que j’ai aussi vu différentes solutions pour surmonter certaines d’entre elles. Le temps pris avec des collègues, et en particulier avec ceux de l’IN2P3, pour évaluer certains problèmes fut une excellente chose. Les collaborations sont construites sur la confiance. Cela passe par l’organisation de ce type de réunions et sur une bonne connaissance des gens qui en sont membres.

1 Le ‘commissionning’ est la phase de test qui précède la mise en service du télescope.

2 La PSF (ou Point Spread Function) caractérise l’étalement de l’image d’une étoile ponctuelle en raison des imperfections de l’instrument et de la turbulence atmosphérique.

3 Le deblending est la séparation de galaxies dont les images se superposent.