– Tout est inédit dans ce télescope, tout est le plus gros du monde. C'est le plus gros télescope du monde, celui qui aura le plus de segments du monde, le miroir déformable le plus gros du monde, les instruments les plus gros du monde. Ce sera le plus gros œil sur l'Univers. – Lui, c'est Benoît Neichel. Et là, il parle de l'Extremely Large Telescope, en cours de construction au nord du Chili, dans le désert d'Atacama. L'altitude et l'aridité offrent une qualité de ciel exceptionnelle. C'est probablement le plus grand télescope qui ne sera jamais construit. Son miroir primaire, surface qui collecte la lumière des étoiles, fera 39 mètres de diamètre, contre 8 à 10 mètres pour les plus grands existants, comme son petit frère, le Very Large Telescope, situé sur une autre montagne à 20 km de là. – La surface collectrice de ce futur ELT sera plus grande que tous les télescopes actuels réunis ensemble. – Ici, on parle bien d'un télescope de 39 mètres. On n'a jamais vu ça, une capacité collectrice monstrueuse. Plus la surface collectrice est grande, plus on collecte de photons, mieux on peut voir les objets les moins lumineux, et donc aussi les plus anciens. Exactement comme nos pupilles. Plus elles se dilatent, mieux on voit dans l'obscurité. – En une nuit, avec ce futur ELT, on collectera plus de photons, plus de lumière que l'ensemble de tous les télescopes actuels. C'est la 1re motivation. Cela permettra de voir des objets toujours plus faibles, remonter dans le temps, observer des objets qui nous envoient très peu de lumière et découvrir potentiellement des nouveaux objets auxquels on n'avait pas accès jusqu'à maintenant. La 2e raison est légèrement plus technique. Plus le télescope est grand, plus on va pouvoir gagner en pouvoir de résolution, en résolution angulaire. Qu'est-ce que ça veut dire ? Que plus mon télescope est gros, plus je vais pouvoir faire des photos avec beaucoup de détails dans les images. Et avec l'ELT qu'on est en train de construire, on aura un diamètre 5 fois plus grand que tous les télescopes actuels. Donc potentiellement 5 fois plus de détails dans des images. Pour faire ça, on a donc besoin d'un miroir primaire gigantesque, qu'on ne peut pas construire en un seul bloc. Il sera constitué d'environ 800 segments. Et toute la difficulté, c'est de les aligner correctement. Les scientifiques utilisent des vérins capables d'aligner les segments au micron près. – C'est réellement un des nouveaux challenges apporté par ce télescope. Jusqu'ici, les plus grands télescopes segmentés avaient une trentaine de segments. Mais c'est loin d'être le seul défi à relever. Car la lumière collectée n'est rien sans les instruments pour l'analyser. Et qui dit télescope géant dit instrument géant. Pour en savoir plus sur ces instruments de titans, on s'est rendus au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, où sont conçus 2 des 6 instruments de l'ELT. – Plusieurs instruments vont venir équiper ce futur ELT. Chacun a ses spécificités et va travailler dans un domaine de longueur d'onde, dans une couleur, ou va se spécialiser plutôt pour tel type d'objet ou tel type d'observation. – La lumière qui arrive sur le télescope arrive finalement à être distribuée aux instruments qui se trouvent sur 2 plateformes, une de chaque côté de l'ELT. – Elle, c'est Roser Pello, responsable scientifique de l'instrument Mosaic, un spectrographe dit multi-objets. Il sera capable d'analyser la lumière émise par plusieurs objets en même temps. – Mosaic va être posé sur une de ces plateformes, qui a la taille d'un terrain de tennis. – Les instruments qu'on va développer pour ce futur ELT ont des tailles inédites, on n'en a jamais construit des aussi gros. Benoît Neichel est responsable scientifique de l'instrument Harmoni, un spectrographe dit intégral de champ, qui va permettre d'étudier les objets un par un, mais avec la meilleure résolution possible. – Harmoni est un instrument qui va faire 8 mètres de haut, 10 mètres de long, 5 mètres de large. Plus grand qu'une girafe en termes de hauteur. Et en termes de poids, c'est quasiment 40 tonnes. Harmoni est tellement grand qu'on doit le développer en 2 parties. Une au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille et l'autre à Édimbourg. – Et on n'a pas de hall d'intégration, de locaux suffisamment grands, pour intégrer ces deux parties-là ensemble et les tester ici, en Europe, avant d'envoyer ça au Chili. C'est seulement sur la plateforme du télescope qu'on va assembler complètement l'instrument et qu'on va pouvoir tester ses performances finales. – Aujourd'hui, Mosaic est à la limite de ce que peut supporter la plateforme. Il faut qu'on fasse très attention à ne pas avoir un instrument trop lourd. C'est un arbre de Noël qui consomme beaucoup d'électricité. Le défi en fait, ça a été d'arriver à faire un design qui nous permet d'avoir un instrument qui rentre dans le volume et la masse qui nous sont alloués sans consommer trop d'électricité. Mais alors, à quoi vont servir ces instruments hors du commun ? Harmoni est donc "un spectrographe intégral de champ". – Qu'est-ce que ça veut dire ? Qu'Harmoni va faire des photos de l'Univers. On aura des images avec des pixels. La particularité des spectrographes à intégral de champ, c'est que pour chacun des pixels, on obtiendra un spectre associé. Un spectre, qu'est-ce que c'est ? La décomposition en couleurs de la lumière. Exactement comme les arcs-en-ciel, la lumière du Soleil est décomposée par les gouttelettes d'eau contenues dans l'atmosphère. D'ailleurs, certaines couleurs sont plus ou moins atténuées. – Ça, ça provient des molécules et des atomes présents dans le Soleil et dans notre atmosphère. En analysant précisément ces couleurs qui sont plus ou moins atténuées, on va pouvoir remonter aux informations physico-chimiques ou chimiques des objets qu'on est en train d'observer. Ces objets sont jeunes ? Ou vieux ? Il y a beaucoup d'atomes d'hélium, d'hydrogène ? En plus de leur composition chimique, le spectre électromagnétique nous donne aussi des informations sur la dynamique des objets au sein des galaxies. Est-ce qu'ils s'éloignent ou se rapprochent ? À quelle vitesse ils vont ? Car les ondes se compressent quand un objet se rapproche de nous mais se dilatent quand il s'éloigne. Ce mouvement change la couleur de la lumière, car plus la longueur d'onde est courte, plus elle se décale vers le bleu. Plus elle est longue, plus elle se décale vers le rouge. – On appelle ça "décalage vers le rouge" ou "redshift" en anglais. Harmoni va se concentrer sur un champ très petit, nous permettant d'observer les détails dans chacun de ces objets et de disséquer et comprendre ce qui se passe au cœur des galaxies. – Le pari de Mosaic est complètement différent. C'est étudier les chambres de vue les plus grandes possibles, avec une capacité "multi-objets" et "multi-intégral de champ". Ce qui veut dire maximiser le nombre d'objets que l'on peut observer à la fois, dans les domaines visibles et ceux proches infrarouges. Et ceci avec deux modes d'observation. Mosaic pourra choisir de voir le plus d'objets possible en même temps, près de 200 à la fois, soit opter pour voir la dimension spectrale de 8 objets en parallèle. – Et ceci en utilisant des petits spectrographes à champ intégral qui vous donnent un spectre dans chacun des points de l'image. Et on va avoir 8 de ces dispositifs à placer sur ces champs de vue, là où on voudra. Cette capacité multi-objets permettra à Mosaic de cartographier et d'inventorier les objets les plus anciens de l'Univers. – Par rapport aux autres instruments de l'ELT, il sera capable d'effectuer des relevés profonds des objets les plus faibles qu'on peut atteindre avec l'ELT. Depuis les étoiles les plus faibles dans l'Univers local, jusqu'aux galaxies les plus distantes dans l'Univers jeune, et tracer, retracer, en fait, l'histoire de l'assemblage de la matière, sombre et ordinaire, au cours des âges cosmiques, ainsi que les propriétés des toutes premières galaxies formées dans l'Univers. Mosaic promet de réaliser le 1er inventaire de la matière dans l'Univers primitif. Il pourra, en effet, cartographier sa distribution avec une précision inédite. – Si vous avez un objet qui émet de la lumière, et vous êtes observateur, vous êtes de l'autre côté, la matière qui se trouve entre cette émission et vous va absorber des photons du spectre électromagnétique. Et quand vous observez la lumière de cet objet, tous ces absorbants vous renseignent d'où il y a la matière le long de la ligne de visée exactement et quelle est l'importance de cette matière, dépendant de la profondeur de cette absorption. Aujourd'hui, cet exercice, on le fait avec des quasars un peu partout, assez brillants pour faire cet exercice, dans l'Univers relativement distant. Mais les quasars ne sont pas nombreux comparés aux galaxies ordinaires. Avec Mosaic, on pourra, grâce à la capacité de collecter des photons, faire cet exercice, non seulement avec des quasars, mais avec des galaxies individuelles beaucoup trop faibles pour les télescopes actuels. Donc de ce fait, vous aurez une cartographie tridimensionnelle, avec un niveau de détail qui va être complètement hallucinant. Mosaic pourra aussi cartographier la distribution de la matière noire, ou encore repérer les 1ers trous noirs de l'Univers, mais ce sera aussi le seul instrument capable d'identifier les toutes 1res étoiles. – C'est trop tôt pour qu'on puisse dire exactement combien on va en trouver. Ça peut être très difficile, mais dans tous les cas, seul Mosaic pourra le faire. – Par contre, il ne permettra pas de zoomer le plus possible sur chacun de ces objets-là. Et donc ça, ce sera le rôle d'Harmoni, qui pourra observer les objets un par un depuis très proches de nous, depuis les objets de notre système solaire jusqu'à aller aux confins de l'Univers. Donc un des grands challenges pour ce futur ELT et l'instrument Harmoni en particulier, ça va être de comprendre comment les toutes 1res galaxies se sont formées dans l'Univers. Harmoni promet aussi de révolutionner l'étude des exoplanètes. Il pourra examiner leur atmosphère à la recherche de marqueurs biologiques révélant la présence d'eau ou de vie. Car pour ça, il faut un très grand pouvoir de résolution. – Essayer d'observer des exoplanètes autour d'autres étoiles, c'est un challenge technique, parce que l'étoile est 1 milliard de fois plus brillante que la planète et l'étoile est très proche de la planète. Il faut s'imaginer que ce serait la même chose que si j'essayais d'observer un ver luisant, à côté d'un phare marseillais, mais que je fais ça depuis Paris. Pour pouvoir obtenir une telle résolution, avec un télescope si gros, il faut une correction très très fine des aberrations optiques. Parce que l'image n'arrive pas nette sur le miroir primaire. Comme pour tous les télescopes au sol, elle est déformée par les turbulences atmosphériques, les différences de pression et de température de l'air. Exactement comme les images sont déformées au-dessus d'un barbecue ou d'une route en été. Pour corriger ces déformations, on utilise l'optique adaptative. Une technique de pointe qui permet de mesurer et de corriger en temps réel ces aberrations optiques, grâce à des lasers et des miroirs déformables. Parlons d'abord des lasers. Pour corriger les déformations dues à l'atmosphère, il faut déjà les mesurer. – Pour arriver à faire ces mesures, il faut recevoir suffisamment de lumière, puisqu'il faut le faire 1 000 fois par seconde. Il n'y a pas suffisamment d'étoiles brillantes pour faire ces mesures de déformation partout dans le ciel. Et ça, c'est un problème, les astronomes voulant observer un peu n'importe où dans le ciel. Leur galaxie préférée ne se situe pas toujours assez proche d'une étoile brillante. Ce qu'on a fait, et ce qui est développé depuis plusieurs années, c'est fabriquer des étoiles artificielles. Et ça, on le fait en propageant des lasers vers le ciel. Le Very Large Telescope avait déjà 4 lasers. L'ELT en aura 6 pour couvrir la plus grande surface de ciel possible. Ces lasers excitent les atomes de sodium présents dans une couche de l'atmosphère située à environ 90 km d'altitude, soit quasiment dans l'espace. Les atomes de sodium se mettent alors à briller, créant une étoile artificielle éphémère qu'on appelle aussi une étoile guide laser. Tout ça va permettre de piloter un petit bijou de technologie. La pierre angulaire de l'optique adaptative. Un miroir déformable ultra rapide. – C'est un miroir sous lequel on a collé quasiment 5 000 petits moteurs. qu'on va utiliser pour déformer le miroir. C'est comme un miroir déformant dans les foires ou dans les cirques. Sauf qu'ici, on va vouloir contrôler la manière dont on le déforme pour pouvoir corriger les images et s'assurer que les images soient toujours de la meilleure qualité. C'est justement la spécialité du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille qui a déjà déployé des systèmes d'optique adaptative sur plusieurs grands télescopes dans le monde. – C'est un banc d'optique adaptative utilisé pour tester des composants. Il va vraiment simuler tout ce qui se passe depuis la propagation de la lumière dans l'atmosphère à travers le télescope, à travers l'instrument et tout ce qu'on va corriger pour venir mettre en œuvre l'optique adaptative. Donc comment on fait ça ? On a une source en entrée. C'est une source lumineuse qui vient simuler l'étoile. Elle traverse un 1er jet d'optique qui vient simuler le télescope, c'est un peu un télescope miniature. Ensuite, ça passe dans plusieurs lentilles pour venir toucher ce composant qui vient simuler la turbulence, donc déformer les rayons lumineux. Et après, la lumière revient. Elle arrive ici, sur un des composants clés du système d'optique adaptative : le miroir déformable. Ce qu'il cache derrière, c'est un certain nombre d'actionneurs venant pousser sur la membrane qu'on peut voir, la membrane réfléchissante, et qui vient vraiment contrecarrer l'effet de l'atmosphère. Le principe d'optique adaptative, c'est qu'en mettant la bonne forme sur ce miroir qui se déforme, on peut venir corriger la turbulence de l'atmosphère. Le tout à des cadences très rapides, à peu près 1 000 fois par seconde. Ça se fait en temps réel. Ce banc est vraiment dédié à ça, à tester des nouveaux composants qui équiperont les futurs instruments. C'est un banc qui me tient à cœur, j'ai passé beaucoup de temps de ma thèse dessus. Il y aura un miroir déformable au sein de certains instruments haute résolution, comme Harmoni, mais aussi, et ça c'est une 1re, au sein même du télescope. – À la différence des télescopes fabriqués jusqu'à aujourd'hui, il aura un miroir déformable dans son train optique. Il y a ce miroir primaire qui fait quasiment 40 mètres de diamètre. Ensuite, la lumière est renvoyée vers un miroir secondaire qui est 40 mètres au-dessus du miroir primaire. Ensuite, la lumière est renvoyée vers une tour dans laquelle il y a 3 autres miroirs, dont un miroir déformable. Ce sera le plus grand miroir déformable du monde. S'il faut vraiment mettre le paquet sur l'optique adaptative, c'est parce qu'il faudra aussi corriger les déformations de l'image causées par le télescope lui-même. Parce que vu sa taille, elles seront beaucoup plus importantes que d'habitude. – Le télescope se déforme toujours tout seul, sous l'effet des variations de température, sous l'effet de la gravité. Si je veux observer un objet qui n'est pas au zénith, je vais devoir pointer le télescope à un endroit dans le ciel, et il peut se déformer sous son propre poids. Et ces déformations, si on ne les corrigeait pas, dégraderaient complètement la qualité de l'image. Aujourd'hui, on a dépassé la moitié de la construction du télescope. La structure principale et le dôme sont quasiment finis. Plus de la moitié des segments du miroir sont déjà entreposés au Chili. Et les instruments sont en cours de design. L'ELT devrait faire ses 1res observations scientifiques d'ici la fin 2030. – C'est très enrichissant, car on travaille avec des laboratoires de l'ensemble de l'Europe. On partage des connaissances, les problèmes et les difficultés. Mais on avance et on progresse. Un des aspects les plus stimulants dans le développement de cet instrument, c'est tout ce qu'on va découvrir auquel on ne s'attend pas. On s'attend à certains résultats scientifiques, on veut les confirmer, les valider. Mais ce qui va être nouveau, ça va être toutes les choses qu'on va observer et qu'on ne va pas du tout comprendre. Et qui vont venir potentiellement révolutionner toutes les connaissances qu'on a pu accumuler jusqu'à aujourd'hui.