Le prototype E-TEST du Télescope Einstein réussi sa première batterie de tests
Le projet E-TEST démontre une technique qui permet de refroidir l’équipement du télescope Einstein à un niveau proche du zéro absolu sans le toucher. Il s’agit d’une réalisation essentielle pour que le futur observatoire d’ondes gravitationnelles soit le moins bruyant possible.
L’un des défis du télescope Einstein consiste à filtrer tout type de vibration susceptible de perturber ses mesures délicates. Une partie de la réponse consiste à refroidir l’appareil, sans introduire de nouveaux bruits dus au contact avec l’équipement de refroidissement. Le projet E-TEST démontre aujourd’hui une méthode de refroidissement qui a permis de ramener une masse d’essai de 100 kg à 22 degrés au-dessus du zéro absolu.
Développé dans les laboratoires de l’Université de Liège par Christophe Collette et son équipe ainsi que par l’équipe thermo-mécanique du Centre Spatial de Liège (CSL), le prototype E-TEST du télescope Einstein a subi sa première batterie de tests dans la cuve Focal 6.5 du CSL. Ces tests ont permis de valider la technologie de refroidissement, de vérifier le principe de pendule inversé ainsi que des senseurs de vibration ultra-sensibles. Des résultats encourageants pour ce prototype de détection d’ondes gravitationnelles unique au monde.
Le projet télescope Einstein a franchi une nouvelle étape suite au passage au Centre Spatial de Liège du prototype E-TEST – développé dans les laboratoires de l’ULiège et du CSL – pour y passer une batterie de tests en cryogénie et vibration. Car pour fonctionner de manière optimale, le miroir du futur télescope Einstein doit supporter d’être refroidi à des températures extrêmes et ne subir – presque – aucune vibration.
« C’était une étape importante pour ce projet unique ambitieux de quatre ans qui a commencé en 2020, explique Christophe Collette, ingénieur au sein de l’unité de recherches Aerospace & Mechanical Engineering de la Faculté des Sciences appliquées de l’ULiège et coordinateur scientifique du projet. Nous avons subi quelques retards et revers dus à la pandémie, à l’accès aux matériaux et à l’augmentation des délais de livraison, mais grâce à la volonté de toute l’équipe, nous avons pu arriver avec un prototype finalisé dans les temps. »
Assemblé chez AMOS d’août à octobre 2023, le prototype E-TEST a été transféré au CSL début novembre pour être placé dans la cuve FOCAL 6.5, une cuve à vide qui a permis de réaliser les tests de refroidissement. Pour éviter tout risque de vibrations, le prototype a été placé dans une chambre vide de 6.5m de diamètre et refroidi de manière radiative (sans contact). « En froid, en général, cette manière de procéder est moins efficace mais nous avons contourné le problème en augmentant la surface d’échange entre le panneau froid et le cryostat intérieur. Les panneaux ont été refroidis grâce à un liquéfacteur d’Hélium utilisé pour toutes nos applications cryogéniques » , explique Christophe Grodent, directeur commercial du CSL.
Les tests ont démarré le 22 novembre et l’équilibre a été atteint le 11 décembre 2023. En 18 jours les installations ont permis de passer d’une vingtaine de degrés Celsius à environ -250°C ! « Si nous espérions descendre en dessous des 40 Kelvins (K), nous ne nous attendions pas à atteindre un température d’équilibre de 22 K sur le miroir ! Les panneaux thermiques ont atteint une température située entre 14K et 17K Kelvins. A game changer ! » Des résultats très impressionnants qui démontrent, encore une fois, la qualité des installations et des capacités en cryogénie du CSL.
Si le prototype E-TEST n’est pas encore dans sa configuration finale, il n’en est pas loin. Le cœur de son fonctionnement, son miroir, d’un diamètre de 45 cm et d’un épaisseur de 27 cm en Silicium arrivera d’ici la fin 2024. C’est un objet unique au monde qui est en cours de production dans une société américaine spécialisée dans le domaine et fournisseur unique de ce type de produit. « Nous travaillons actuellement avec un miroir en aluminium, un matériau très proche, que nous avons peint en noir pour renforcer son émissivité, reprend Christophe Collette. Si ce miroir passe les tests vibratoires, celui en Silicium les passera aussi haut la main. »
Ces tests vibratoires sont importants car ils donnent des informations sur l’amortissement interne du miroir, sa capacité à rester stable. Un des principes fondamentaux du projet de ce télescope à ondes gravitationnelles : gommer les vibrations de la Terre afin d’avoir une stabilité maximale pour détecter les ondes. « Les premiers résultats sont encourageants, mais il y a quelques améliorations à implémenter. C’est le principe d’un prototype, tester, tirer les enseignements et améliorer. Cela nous permet de pousser encore plus nos exigences au niveau de sa qualité» La stabilité du miroir sera renforcée par son système de suspension actuellement à l’étude avec une société liégeoise.
En attendant l’arrivée du miroir en silicium, le prototype E-TEST n’est pas pour autant rangé au placard. « Le projet continue et nous effectuons de nouveaux tests, dans d’autres conditions, qui nous permettent d’améliorer encore ses performances. » Par ailleurs, ce prototype peut également être très concrètement utilisé par d’autres chercheurs, qui travaillent sur d’autres projets dans le domaine des détecteurs d’ondes gravitationnelles, et d’autres domaines connexes. Avis aux intéressés…
Cet article a été précédemment publié sur le site de l’Université de Liège.
Également intéressant
