Un gigantesque télescope fluidique dans l’espace

L’astronomie est peut-être aujourd’hui à l’aube d’une nouvelle révolution technologique comparable à celle de l’invention du premier télescope, grâce à l’essor des télescopes fluidiques, qui ne peuvent exister qu’en apesanteur.

La technologie conventionnelle avec laquelle les composants optiques pour télescopes sont fabriqués est très laborieuse et difficile à manipuler. Tout petit défaut peut ruiner le travail. Et plus le télescope est grand, plus tout devient compliqué. Avec les technologies actuelles, étendre les télescopes spatiaux à des ouvertures supérieures à environ 10 mètres de diamètre ne semble pas réalisable. Un nouveau concept de télescope, dans lequel les composants optiques ne seraient pas solides mais fluides, pourrait permettre de créer un télescope spatial d’une ouverture de pas moins de 50 mètres de diamètre. L’ouverture d’un télescope optique à réflexion fait référence à la taille du miroir principal du télescope, la surface qui recueille et focalise la lumière entrante.

Créer un télescope spatial fluidique d’une ouverture de 50 mètres est l’objectif du projet FLUTE (FLUidic TElescope) dans lequel travaillent la NASA (agence spatiale américaine) et l’Israel Institute of Technology (Technion).

Les scientifiques du projet travaillent sur les moyens de façonner les immenses miroirs fluidiques circulaires dans l’espace dont ces télescopes auront besoin. Les télescopes à réflexion avec des miroirs plus grands collectent plus de lumière, ce qui se traduit par une plus grande puissance de visée, permettant aux objets astronomiques éloignés d’être vus plus en détail.

Avec de gigantesques télescopes spatiaux fluidiques comme celui que le projet FLUTE cherche à construire, il serait possible de rechercher et d’étudier des planètes extérieures à notre système solaire similaires à la Terre et des étoiles de première génération potentiellement habitables (celles qui se sont formées directement à partir du gaz créé par le Big Bang, “l’explosion” colossale avec laquelle l’univers est né) et de nombreux autres objets astronomiques qui jusqu’à présent n’ont été qu’entrevus par l’humanité.

Avec la technologie astronautique actuelle, tout ce qui est lancé dans l’espace doit respecter les limites de taille et de poids imposées par les caractéristiques des lanceurs. Le télescope spatial James Webb, avec son ouverture de 6,5 mètres de diamètre, a déjà dépassé les limites de taille et son voyage dans l’espace a dû être plié comme une figure d’origami, y compris le miroir lui-même, pour tenir dans le lanceur qu’il l’a transporté dans l’espace .

L’ouverture du télescope spatial fluidique prédite par les chercheurs de FLUTE serait, selon la conception la plus récente, d’environ 50 mètres de diamètre.

Les stratégies qui étaient valables pour le télescope spatial James Webb pouvaient difficilement être utilisées pour un colosse de cette taille.

Vue d’artiste d’un télescope fluidique avec une ouverture de 50 mètres. Les télescopes fluidiques ne peuvent exister qu’en apesanteur. Le miroir de ce télescope de 50 mètres serait fabriqué dans l’espace, à partir de matériaux liquides envoyés depuis la Terre. (Photo : NASA)

L’option sur laquelle FLUTE est basée est complètement différente, moins chère et même résistante aux défauts. L’essentiel est qu’elle se base sur le comportement naturel des fluides en apesanteur (ou microgravité).

Tous les liquides possèdent une force élastique qui maintient la cohésion d’une masse liquide délimitée par sa surface. Cette force est appelée tension superficielle. Ce phénomène est ce qui permet à certains insectes de marcher sur l’eau sans couler, et c’est aussi ce qui donne leur forme aux gouttelettes d’eau.

En la Tierra, cuando las gotas de agua son lo bastante pequeñas (2 milímetros o menos), la tensión superficial vence a la gravedad y se mantienen perfectamente esféricas, como las gotas de rocío matutino que adoptan la forma de pequeñas esferas en las hojas de les plantes. Si une goutte grossit beaucoup, elle s’effondre sous son propre poids. Mais dans l’espace, où les fluides flottent librement, sans être gênés par la gravité, même une grande masse liquide est capable de prendre la forme la plus économe en énergie possible, une sphère parfaite.

Les liquides peuvent adhérer aux surfaces grâce à une propriété physique appelée adhérence. En microgravité, si une quantité suffisante de liquide est amenée à adhérer à la surface intérieure d’un cadre en forme d’anneau circulaire, le liquide s’étirera à l’intérieur du cadre et prendra naturellement une forme incurvée en raison de la tension superficielle.

En utilisant le bon volume de liquide, il est possible de faire courber la surface du liquide vers l’intérieur au lieu de se gonfler vers l’extérieur. Si le liquide est réfléchissant, cette surface incurvée vers l’intérieur peut servir de miroir de télescope.

La stratégie du projet FLUTE consiste à envoyer des liquides dans l’espace comme matière première pour fabriquer des composants optiques en orbite. Le miroir primaire serait formé dans une énorme coque circulaire et resterait à l’état liquide avec une surface extrêmement lisse pour recueillir idéalement la lumière. En théorie, la technologie FLUTE peut être utilisée pour de très grands télescopes. Cette technologie pourrait rendre possible des télescopes avec des ouvertures 10 fois voire 100 fois plus grandes que les télescopes actuels.

Une caractéristique unique du miroir liquide serait sa capacité à se réparer s’il est endommagé dans l’espace. Par exemple, si une micrométéorite heurte la surface du miroir, elle se réparera naturellement en peu de temps.

L’équipe FLUTE a déjà réalisé des expériences à petite échelle pour mouler des composants optiques à partir de liquides. Il les a réalisés dans des environnements qui imitent l’apesanteur, y compris à l’intérieur d’un avion en vol parabolique. Il les a également réalisées dans des conditions réelles de microgravité, à bord de la Station Spatiale Internationale.

L’équipe travaille actuellement sur l’analyse des options pour les composants clés d’un télescope fluidique, sur le développement du concept de mission et sur la planification d’une démonstration à petite échelle de la technologie en orbite terrestre basse. (Fontaine: NCYT de Amazings)