Deux virgule deux micromètres. Cette erreur, plus petite qu’un globule rouge, a suffi à transformer le télescope spatial le plus cher jamais construit en une machine capable de produire des images à peine meilleures que celles d’un bon télescope terrestre. La NASA a mis en orbite Hubble en avril 1990 avec un miroir primaire poli selon une forme erronée de 2,2 micromètres, soit un cinquantième de l’épaisseur d’un cheveu humain, mais suffisant pour rendre les images d’un observatoire à 1,5 milliard de dollars aussi floues qu’un bon télescope terrestre par une nuit claire. Derrière ce chiffre dérisoire se cache une histoire d’ingénierie presque absurde : un miroir parfaitement poli, mais poli pour la mauvaise forme.

Sommaire

1. Un halo autour de chaque étoile
2. Le coupable n’était pas le miroir, mais son mètre-étalon
3. Des lunettes correctrices grandes comme un réfrigérateur

Un halo autour de chaque étoile

Hubble a été déployé depuis la navette Discovery le 25 avril 1990. Les premières images, transmises quelques semaines plus tard, laissaient présager quelque chose d’anormal. Les premières images d’ingénierie étaient meilleures que beaucoup de photos prises depuis le sol, mais visiblement moins nettes que ce que promettaient les modèles optiques. Les équipes au sol ont d’abord cherché du côté des réglages classiques. Les ingénieurs ont ajusté la mise au point, incliné le miroir secondaire, lancé des procédures d’alignement et écarté les explications une à une. Rien n’y faisait.

Le 27 juin 1990, la NASA a annoncé que le miroir primaire de Hubble souffrait d’aberration sphérique. Un terme technique pour un problème très concret : l’outil de test avait révélé une erreur d’espacement de lentilles de 1,3 millimètre, ce qui avait rendu le miroir trop plat loin de son centre, alors qu’il aurait dû amener toute la lumière vers un point focal unique. Cette anomalie, appelée aberration sphérique, donnait au miroir plus d’un point focal, ce qui rendait les images floues. Concrètement, la lumière captée par le bord du miroir de 2,4 mètres ne convergeait pas au même endroit que celle captée par le centre. Résultat ? Un halo diffus autour de chaque étoile, sur chaque cliché, pendant trois ans et demi.

Le coupable n’était pas le miroir, mais son mètre-étalon

Le plus étonnant dans cette affaire, ce n’est pas l’erreur elle-même, mais son origine. Le miroir n’était ni rugueux, ni fissuré, ni mal poli au sens habituel du terme. Il avait été fabriqué avec une précision extraordinaire, mais selon la mauvaise prescription. Pour vérifier la courbure d’un miroir aussi exigeant, les techniciens de Perkin-Elmer, l’entreprise chargée de sa fabrication à Danbury dans le Connecticut, utilisaient un instrument de contrôle appelé correcteur nul réflectif, un dispositif de la taille d’un mini-réfrigérateur qui projetait un motif lumineux pour valider la courbe polie.

Cet instrument, censé garantir la précision au dixième de micron, contenait lui-même une erreur. Les sous-traitants ayant fabriqué le grand miroir de Hubble avaient mal installé un dispositif servant à tester sa courbe pendant le façonnage et le polissage final. En étudiant ce correcteur nul, les enquêteurs ont pu déterminer que le miroir principal avait la mauvaise forme à cause d’une erreur d’espacement de lentille, décalée de 1,3 millimètre, ce qui a produit un miroir trop plat loin de son centre. Une lentille de champ, positionnée à quelques millimètres près, avait été mal calée lors de l’assemblage de l’instrument de mesure. Les techniciens ont ensuite poli le miroir avec un soin méticuleux jusqu’à ce qu’il corresponde parfaitement… à cette mesure fausse.

L’enquête a révélé un détail presque comique dans sa banalité. Le problème venait du fait que la lumière avait été réfléchie sur la surface d’un capuchon de champ au lieu de l’extrémité d’une tige de référence, à cause d’un petit éclat de peinture antireflet qui s’était détaché et avait exposé une surface réfléchissante. La largeur de ce capuchon, 1,3 mm, correspondait exactement au décalage constaté. Un éclat de peinture microscopique, et voilà comment un instrument censé garantir la précision absolue a envoyé les ingénieurs polir un miroir de plusieurs mètres dans la mauvaise direction, avec une confiance totale.

Le plus troublant, c’est que des signaux d’alerte existaient. Pendant la fabrication, deux autres correcteurs nuls plus simples avaient également été utilisés, et tous deux indiquaient que le miroir était aberré, mais ces avertissements ont été écartés parce que l’instrument élaboré, jugé plus autoritaire, était privilégié face aux instruments plus modestes. Les techniciens avaient simplement supposé que le miroir et le correcteur nul étaient parfaits et rejeté les données d’autres tests indépendants qui indiquaient le contraire, ce que la commission Allen a sévèrement critiqué, tout comme les pratiques de contrôle qualité de Perkin-Elmer.

Des lunettes correctrices grandes comme un réfrigérateur

Remplacer le miroir était hors de question, une fois l’engin en orbite à 540 kilomètres d’altitude. La solution retenue fut d’une élégance presque paradoxale : puisque le défaut était mesuré avec une précision extrême, il suffisait de fabriquer des optiques présentant l’erreur exactement inverse. Les ingénieurs ont mesuré son erreur avec suffisamment de précision pour fabriquer des optiques plus petites présentant l’erreur opposée, et les astronautes ont installé ces correcteurs en décembre 1993. Il fallait néanmoins de la préparation : dès 1991, Ball Aerospace a commencé à construire un jeu d’optiques correctrices.

Le correctif est arrivé en décembre 1993, quand sept astronautes à bord de la navette Endeavour ont récupéré le télescope avec un bras robotique, l’ont ouvert et ont installé des optiques correctrices pour compenser l’erreur. L’image populaire selon laquelle Hubble a reçu des « lunettes » n’est pas galvaudée. Ces éléments compensateurs, disposés en plusieurs paires de miroirs miniatures, interceptaient la lumière avant qu’elle n’atteigne les instruments scientifiques et corrigeaient sa trajectoire pour annuler l’aberration sphérique.

L’addition financière de cette mésaventure a été salée pour l’industriel responsable. En 1993, l’entreprise responsable de la fabrication du miroir a été condamnée à verser 25 millions de dollars à la NASA. Une somme dérisoire comparée au coût total de la mission de réparation, mais un symbole fort : trois ans et demi d’observations scientifiques compromises, une réputation d’agence spatiale écornée, tout ça à cause d’un morceau de peinture écaillé sur une tige métallique. La leçon a depuis nourri des cas d’école en ingénierie qualité, enseignés jusque dans les écoles d’ingénieurs, sur la confiance excessive accordée à un instrument de mesure unique, aussi sophistiqué soit-il, face à des résultats contradictoires trop vite balayés.

Sources : science.nasa.gov | ui.adsabs.harvard.edu | pubmed.ncbi.nlm.nih.gov