Un miroir de quatre mètres de diamètre qui ne pèse pas dans une tonne de verre poli, mais dans une flaque de métal en perpétuelle rotation : c’est la réalité de l’International Liquid Mirror Telescope, installé sur le plateau de Devasthal, dans l’Himalaya indien. Depuis sa première lumière obtenue fin avril 2022, cet instrument fait tourner chaque nuit environ 50 litres de mercure liquide pour observer le ciel, une méthode qui bouscule un siècle et demi d’habitudes en optique astronomique.

Sommaire

1. Un miroir qui n’a jamais été solide
2. Zénith obligatoire, ciel imposé
3. Chasser les objets qui changent, nuit après nuit
4. Une aventure à quatre continents, née à Liège

Un miroir qui n’a jamais été solide

Oubliez le disque de verre taillé, poli puis argenté pendant des mois dans un atelier. Ici, le télescope de 4 mètres d’ouverture pointe vers le zénith et utilise une cuve tournante remplie d’environ 50 litres de mercure comme surface réfléchissante principale. Le principe physique tient en une phrase : l’équilibre entre la force centrifuge et la gravité maintient la forme parabolique du miroir. Concrètement, la cuve tourne à quelques tours par minute, le métal liquide grimpe légèrement sur les bords et se creuse au centre, dessinant naturellement la courbe parfaite qu’un opticien mettrait des semaines à obtenir sur du verre.

La cuve elle-même n’est pas un simple bol métallique. Le design de la structure vise à minimiser le poids tout en offrant une rigidité suffisante pour éviter l’instabilité hydrostatique, obtenue grâce à un cœur en mousse à cellules fermées enveloppé dans une peau en fibre de carbone et époxy. Sur cette base, une surface parabolique précise à quelques dixièmes de millimètre près supporte un film de mercure d’environ 3,5 mm d’épaisseur, ce qui représente tout de même un poids de 650 kilogrammes de mercure, pour une masse totale du miroir tournant proche d’une tonne. Le tout repose sur un coussin d’air, quasiment sans friction, pour que la rotation reste d’une régularité parfaite. Un fin voile de mylar recouvre la surface liquide : il la protège du vent tout en confinant les vapeurs de mercure, un point de sécurité pris très au sérieux sur le site.

Zénith obligatoire, ciel imposé

Voilà le revers de la médaille. Un miroir liquide ne peut pas s’incliner, sous peine de voir le métal se déverser hors de la cuve. Installé à 2378 mètres d’altitude dans les contreforts de l’Himalaya, l’instrument reste orienté en permanence vers le zénith, ce qui lui permet de scruter en continu la même bande de ciel centrée sur la déclinaison correspondant à la latitude du site. Pas question donc de traquer une comète qui se lève à l’horizon ou de suivre une planète au fil de la nuit : l’ILMT regarde fixement le même couloir céleste, et c’est la rotation de la Terre qui fait défiler les étoiles devant lui.

Cette contrainte devient une force grâce à une astuce électronique. La rotation de la Terre fait dériver les images sur la caméra, mais ce mouvement est compensé électroniquement, ce qui augmente l’efficacité de l’observation et rend le télescope particulièrement sensible aux objets peu lumineux et diffus. Cette technique, dite d’intégration à balayage temporel, permet à la caméra de 4096 par 4096 pixels de cumuler la lumière d’un même point du ciel pendant que les étoiles glissent, un peu comme un appareil photo qui suivrait sa cible sans bouger le boîtier. Résultat : des images d’une profondeur surprenante pour un instrument aussi économique, capables de détecter des objets jusqu’à la magnitude 21,9 dans le vert, selon les mesures publiées par l’équipe scientifique.

Chasser les objets qui changent, nuit après nuit

Un télescope figé sur le zénith n’a qu’une obsession : repérer ce qui bouge ou ce qui varie. Le télescope est conçu pour étudier la bande de ciel qui passe au-dessus de nos têtes chaque nuit, ce qui lui permet d’identifier des objets transitoires ou variables tels que des supernovae, des lentilles gravitationnelles, des débris spatiaux ou des astéroïdes. En balayant systématiquement la même portion de ciel chaque nuit, l’ILMT accumule des images comparables les unes aux autres, et le moindre point lumineux qui apparaît, disparaît ou change d’éclat saute aux yeux des astronomes.

Le volume de données généré donne une idée du sérieux de l’entreprise. Une fois les opérations scientifiques régulières lancées, l’ILMT produira environ 10 Go de données chaque nuit, rapidement analysées pour révéler les sources stellaires variables et transitoires. Des travaux récents ont d’ailleurs confirmé ces promesses : les chercheurs soulignent l’efficacité de l’instrument comme excellent chasseur d’astéroïdes et identificateur prometteur d’objets extragalactiques, avec encore des dizaines de champs d’observation en attente d’être dépouillés.

Une aventure à quatre continents, née à Liège

Derrière la cuve de mercure himalayenne, une coopération scientifique tentaculaire. La collaboration ILMT réunit des chercheurs d’ARIES en Inde, de l’Université de Liège et de l’Observatoire royal de Belgique, de l’Observatoire de Poznan en Pologne, de l’Institut astronomique Ulugh Beg et de l’Université nationale d’Ouzbékistan, ainsi que de plusieurs universités canadiennes dont la Colombie-Britannique, Laval, Montréal, Toronto, York et Victoria. C’est la société wallonne AMOS, spin-off de l’université liégeoise, qui a matérialisé le concept né dans les laboratoires belges. Le télescope a été conçu et construit par la société Advanced Mechanical and Optical Systems et le Centre spatial de Liège en Belgique.

L’idée d’un miroir liquide n’est pas neuve, elle traîne dans les cartons des opticiens depuis des décennies, mais l’ILMT reste à ce jour le premier télescope à miroir liquide conçu exclusivement pour les observations astronomiques installé sur le site de Devasthal, selon le directeur de l’institut ARIES. Après une phase de tests et de mise au point, l’instrument a été formellement inauguré le 21 mars 2023 et est désormais prêt pour les observations scientifiques. Une décennie de patience, résumée en une flaque de métal qui tourne, silencieuse, chaque nuit au sommet de l’Himalaya, pendant que les données s’accumulent sur les serveurs de trois continents.

Sources : astro.oma.be | aries.res.in | dailyscience.be