Etant donné qu'il n'est plus possible de construire des miroirs ordinaires de plus de 6 m de diamètre eu égard aux nombreux problèmes qu'ils entraînent (polissage, contraintes, etc.), les opticiens se sont tournés vers de nouvelles technologies. Les télescopes de Jerry Nelson par exemple contiennent de multiples miroirs, plus faciles à construire, l'ensemble étant dix fois plus léger qu'un seul miroir non fragmenté. Le respect de la courbure optimale est confié à un ordinateur tant le contrôle des vérins est complexe.

Le plus grand succès de J.Nelson sont les deux télescopes jumeaux Keck I et Keck II de 10m de diamètre installés au sommet du cratère de Mauna Lea sur l'île d'Hawaii, inaugurés en 1991. Dans les deux cas il s'agit d'un télescope Newton-Cassegrain dont le rapport d’ouverture est compris entre f/1.75 (hyperbolique) et f/25. Le miroir principal est constitué de 36 petits miroirs hexagonaux mesurant chacun 1.8m d'une extrémité à l'autre. La coupole est aussi haute qu'un building de 8 étages. Et bien que ces télescopes pèsent 300 tonnes, ils fonctionnent avec une précision du nanomètre. Les télescopes Keck sont 4 fois plus puissants que celui du Mont Palomar. Leur construction, supportée par la Fondation W.M. Keck, a coûté plus de 140 millions de dollars !

Une autre conception proposée par Roger Angel remplace la masse de verre par une structure évidée six fois plus légère en nids d'abeilles. C'est la structure adoptée pour le télescope monolithique MMT de 6.5 m installé au sommet du Mont Hopkins en Arizona en 1996. Il remplaçe la structure en multi-miroir qui avait été installée en 1979. Son défi suivant fut un miroir de 8.4 m de diamètre. Il pense aujourd'hui construire des miroirs pour l'espace constitués d'une membrane d'un rayon de 800 m !

Ray Wilson, gourou de l'optique, propose quant à lui un miroir "actif" si peu épais (10 à 20 cm) qu'il se déforme facilement. Sa courbure est réglée par des verrins hydrauliques et des actuateurs. Le petit VLT de 3.50 m de l'ESO fonctionne sur ce principe. Les plus grandes irrégularités de sa surface sont inférieures à quelques dix millionièmes de millimètre soit quelque 15 atomes d'épaisseur !

La dernière technologie en date est l'interférométrie optique du Français Antoine Labeyrie. Le principe consiste à coupler avec une très grande précision les images de plusieurs télescopes distants. La résolution sera équivalente à celle obtenue avec un instrument unique, dont la surface collectrice correspondrait à la distance qui sépare les télescopes les plus éloignées. 

Le Very Large Telescope Interferometer Le VLT installé au sommet du mont Paranal au Chili se caractérise par 4 télescopes de 8.20m de diamètre fonctionnant en interférométrie optique (VLTI). A gauche un schéma du système sur lequel on distingue les 2 foyers secondaires et l'image centrale constituée des franges d'interférences. A droite une vue globale des télescopes et du tracé des rayons lumineux. Cliquer sur les images pour les agrandir. Document ESO.

Le VLT de l'ESO installé dans le désert d'Atacama au Chili (mont Paranal) fonctionne ainsi. Il dispose de quatre télescopes de 8.20 m de diamètre, dont les performances seront virtuellement équivalentes à celles d'un télescope unique de 120 m d'ouverture ! Un tel instrument est capable d'observer des hommes sur la Lune ! Mais si les détails seront équivalents à ceux obtenus avec un télescope de 120 m de diamètre, sa luminosité sera celle d'un télescope de 16 m de diamètre car l'espace non utilisé entre les miroirs ne collecte pas la lumière. Le télescope virtuel ne peut dès lors restituer l'éclat qu'il n'a pas reçu.

Aussi pour combler cette lacune pourrait-on dire, un consortium de 8 institutions et observatoires américains sont en train de construire le Giant Magellan Telescope, GMT. Il porte bien son nom. En cours de fabrication au Steward Mirror Lab. en Arizona, il sera constitué de 7 miroirs de 8.4 m de diamètre, offrant un diamètre équivalent à un télescope de 21.5 m d'ouverture. Tellement grand, son pouvoir de résolution sera 12 fois supérieur à celui du Télescope Spatial Hubble et équivaudra à celui d'un télescope de 24.5 m de diamètre ! Le télescope de 8.20 m du VLT et même le télescope spatial JWST de 6.5 m font pâle figure et ressemblent à des jouets devant la taille et les performances de ce géant. Le GMT verra sa première lumière en 2016 au Chili. Le prix du GMT est également colossal : 500 millions de dollars - la moitié d'une navette spatiale de 2005 - contre 1.6 milliards de dollars pour le JWST. Quel que soit le cas de figure, l'avantage revient donc au télescope Magellan qui sera toujours opérationnel et brillant comme un sous neuf dans 50 ans contrairement au JWST qui ne devrait pas survivre plus de 10 ans aux rigueurs de l'espace.

A gauche l'observatoire abritant le GMT comparé à celui abritant un télescope de 8 m de diamètre comme le VLT ! Grand ? C'est même géant !

Les télescopes du futur seront tous équipés de miroir évidé, fragmenté ou ultra-mince. Cette technologie, si elle est couplée à une monture azimutale est particulièrement simple à mettre en oeuvre. Les gains, tant au niveau du poids que du coût financier ont convaincu les commanditaires que des télescopes de 30 mètres de diamètre et plus n'étaient pas une chimère d'opticiens.

Ce genre d'instruments défiant la technologie permettront surtout de valider les lois de l'astronomie, de l'astrophysique à la cosmologie : les mouvements des étoiles, la structure des disques protoplanétaires, les galaxies en interactions, la datation de l'univers. Ils permettront également de poursuivre la recherche avec une qualité d'image jamais égalée jusqu'à présent.

Sites à visiter:

Palomar (5.08m) - Subaru (8.2m) - VLT (4x 8.2m) - Keck I et II (10m)

Mes 1001 liens, Observatories

Quant aux télescopes placés en orbite pour ne citer que le Télescope Spatial Hubble, le Spitzer et prochainement le JWST, pour préserver la qualité des enregistrements, les détecteurs (miroirs, sondes, etc.) sont refroidis à 4 K afin de réduire les bruits parasites engendrés par l'instrument lui-même.

Les hypertélescopes Quelques projets d'hypertélescopes optiques démesurés de 150 km de diamètre : ci-dessus le Redundant Linear Array de Lopez et al. proposé en 2000. Ci-dessous à gauche l'Apodized Square Aperture et à droite le Single Array Element. Tous fonctionnent en interférométrie. Documents Antoine Labeyrie.

Enfin d'ici 2015 l'ESO envisage la construction de très grands télescopes de 100 m de diamètre. Les astronomes pensent également utiliser la forme parabolique du radiotélescope de 300 m d'Arecibo pour un futur projet dénommé CARLINA. Mais dans l'avenir les projets seront plus ambitieux encore. La NASA en collaboration avec BOEING envisage de construire dans l'espace des hypertélescopes de 150 km de diamètre ! LISE, Hyper-OVLA ou le Redundant Linear Array de Lopez serait capable de discerner des détails sur la surface d'une planète de la taille de la Terre à 10 années-lumière !

L'avenir reste passionnant !

Image simulée d'une terre observée à une distance de 10 années-lumière par un télescope de 150 km de diamètre constitué de 150 miroirs de 3m chacun. Document Antoine Labeyrie.

Prochain chapitre

La monture équatoriale