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Télescope James Webb : son périple dans l’espace

Test de déploiement du bouclier thermique du télescope James Webb

Un test de déploiement du bouclier thermique du télescope James Webb avant sa mise en orbite. Image : NASA, domaine public

Comment le télescope James Webb a-t-il été envoyé à 1,5 millions de kilomètres de la Terre ? Et quels dispositifs lui permettent de se protéger des rayons du Soleil ?

Avant que le télescope James Webb puisse prendre des photos de l’Univers, ses ingénieurs ont choisi de le positionner à un point très précis de l’espace : le point de Lagrange L2. Ils ont ensuite calculé la trajectoire, et le déploiement, qu’il devait suivre pour y arriver. Finalement, ils ont également conçu des dispositifs pour protéger le télescope et ses instruments scientifiques du Soleil – notamment un bouclier thermique. Voyons tout cela de plus près. 

Le périple du télescope James Webb jusqu’au point de Lagrange 2

Comme nous l’avons vu dans l’article précédent, le télescope James Webb mesure principalement les infrarouges. Or, le Soleil en émet énormément et pourrait ainsi saturer les instruments de mesure de telle manière que l’on ne puisse pas distinguer la lumière venant d’étoiles bien plus lointaines. Il faut donc logiquement que le télescope tourne son “dos” au Soleil, mais cela ne suffit pas car beaucoup de lumière est réfléchie par la Terre. C’est pourquoi le télescope a été envoyé très loin de notre planète – plus de trois fois plus loin que ne l’est la Lune, à 1.5 millions de kilomètres !  Et cette distance n’a pas été choisie au hasard car il a été placé à un endroit bien précis de l’espace : le point de Lagrange 2 [2].

Mais quel est donc ce mystérieux point de Lagrange 2 ? Au 18e siècle, le mathématicien Joseph-Louis Lagrange découvre, en résolvant un problème mathématique, cinq points où un petit objet subit l’attraction conjointe de la Terre et du Soleil et orbite de ce fait autour du Soleil à la même vitesse que la Terre [7]. Autrement dit, ce sont cinq points dans l’espace où un satellite peut rester en place. Ce sont des sortes de places de parking de notre Système solaire ! L’équipe d’ingénieurs du télescope James Webb a donc décidé de l’envoyer au deuxième de ces cinq points : le point de Lagrange 2 (voir l’animation en vidéo), où il peut garder toujours le “dos” tourné à la fois au Soleil et à la Terre, pour se protéger de tout rayon infrarouge.

Une fois cette décision prise, les ingénieurs ont planifié toutes les étapes du voyage du télescope de la Terre au point de Lagrange 2. Un voyage qui a pris 30 jours ! Première phase : le lancement, grâce au lanceur spatial Ariane 5, qui propulse notre télescope dans l’espace. Après 26 minutes, ce dernier se détache et déploie ses panneaux solaires qui vont lui permettre de générer de l’électricité afin de pouvoir “voler” dans l’espace et ajuster sa trajectoire. Ensuite, lors de la première semaine, commence une étape très importante : le déploiement du bouclier thermique qui se “déplie”. Suivent toute une autre série de déploiements de divers modules du télescope. Finalement, après un mois, le voyage se termine et notre télescope se met en orbite très resserrée autour du point de Lagrange 2. Il faudra encore attendre cinq mois avant de pouvoir photographier l’Univers, le temps que le télescope se refroidisse et que les scientifiques terminent de calibrer ses instruments scientifiques [2]. Les calibrations se font bien sûr en communiquant avec le télescope, ce qui est possible grâce à son émetteur radio haute fréquence dont les ondes sont captées sur Terre par le réseau d’antennes radio géantes de la NASA [6].

Protéger le télescope du Soleil

Au point Lagrange 2, le télescope James Webb tourne constamment le dos à la fois à la Terre et au Soleil pour se protéger de la lumière et de la chaleur de la Terre. Cependant, il a fallu concevoir un module pour le protéger de l’étoile dans son “dos” ; c’est-à-dire le doter d’une sorte de parasol. C’est là qu’entre en scène le bouclier thermique. Ce dernier est composé de cinq couches successives, chacune de la surface d’un terrain de tennis [3]. Elles sont faites de Kapton, un matériau ultrasophistiqué très efficace pour réfléchir la chaleur. Tour à tour, elles permettent de réfléchir les infrarouges provenant du Soleil et aussi de protéger les instruments scientifiques de températures trop élevées.

Le télescope James Webb et son bouclier thermique

Le télescope James Webb et son bouclier thermique. Image : Can Stock Photo / Alexmit, modifiée par la rédaction

Mais la bataille contre le Soleil n’est pas terminée ! Effectivement, les instruments scientifiques du télescope fonctionnent seulement à -266 degrés kelvin, à 7 degrés du zéro absolu – température à laquelle plus aucune particule ne bouge ! Ainsi les ingénieurs ont été contraints à une prouesse technique de plus : ils ont développé un refroidisseur cryogénique qui permet de dissiper la chaleur en utilisant du bruit [4] ! Celui-ci utilise une onde sonore pour concentrer la chaleur en un point avant de l’évacuer [1]. Grâce à cette “climatisation”, les instruments de notre télescope sont gardés bien au froid pour fonctionner !

Parqué au point de Lagrange 2, équipé de son bouclier thermique et de son refroidisseur cryogénique, le télescope James Webb est protégé des infrarouges et de la chaleur du Soleil, et peut ainsi prendre des photos de l’Univers !

Texte: Rédaction SimplyScience.ch

Sources:

(1) The Insane Engineering of James Webb Telescope, consulté le 4 octobre 2022.
(2) NASA James Webb Telescope, Webb Orbit, consulté le 4 octobre 2022.
(3) NASA James Webb Telescope, The Sunshield, consulté le 4 octobre 2022.
(4)NASA James Webb Telescope, Web Innovations Cryocooler, consulté le 4 octobre 2022.
(5) Banque des savoirs. La réfrigération thermoacoustique, consuté le 4 octobre 2002.
(6) NASA James Webb Telescope, How will Webb communicate with scientists at Earth?, consulté le 14 novembre 2022.
(7) Olivier Esslinger. Les points de Lagrange, consulté le 16 novembre 2022.

Dernière modification: 13.12.2022
Créé: 13.12.2022
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