Les défis du JWST

Présenté comme le successeur du télescope spatial Hubble, le James Webb Space Telescope (JWST) n’observera toutefois pas l’univers dans le domaine du visible comme son prédécesseur, mais se focalisera sur l’infrarouge. Une longueur d’onde qui lui donnera accès à ce qu’il s’est passé 300 millions d’années après le Big Bang, aux mécanismes de la naissance et de l’évolution des étoiles ou encore à la composition de l’atmosphère des exoplanètes, ces mondes lointains qui tournent autour d’autres soleils que le nôtre.
Mais avant de signer des avancées potentiellement spectaculaires dans ces domaines (la liste n’est pas exhaustive !) et orienter son imposant miroir de 6,5 m (un record pour un observatoire spatial) vers le ciel, le JWST doit relever les défis successifs de son lancement, de son déploiement et de la mise en route de ses instruments.

30 minutes pour Ariane 5

Le JWST est une initiative de la NASA à laquelle se sont associées l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et l’Agence Spatiale Canadienne (ASC ou CSA). Ces deux dernières fournissent des instruments en échange d’un pourcentage de temps d’observation. Surtout, la participation de l’ESA comprend également la prestation de lancement avec Ariane 5 depuis le Centre Spatial Guyanais. Après des années de retard en raison de sa complexité, le Webb est d’ailleurs arrivé au port spatial européen en octobre (vidéo NASA ci-dessous).

Avec le JWST, le lanceur Ariane 5 opéré par Arianespace emportera sa charge utile la plus coûteuse puisque le budget total de cet observatoire frôle les 10 milliards de dollars (développement, construction et exploitation sur plus de 20 ans). Après une préparation au sol de presque 2 mois déjà entamée, la mission du lanceur européen, du décollage au largage du télescope, doit durer une trentaine de minutes (schéma ESA ci-dessous). L’envol initialement prévu pour le 22 décembre 2021 a été reporté au 24 au plus tôt en raison d’un imprévu technique.

Deux semaines de déploiement

Une fois le suspens de 30 minutes lié au lancement terminé, le JWST est inscrit sur une trajectoire qui lui permettra de rejoindre le point de Lagrange L2. Ce point d’équilibre gravitationnel à 1,5 million de kilomètres de la Terre (à l’opposé du Soleil), offre au télescope une zone où il ne sera pas gêné par notre planète, notamment sa chaleur. Le JWST a en effet besoin d’être au froid pour observer l’univers en infrarouge. C’est pourquoi il est aussi équipé d’un «pare-soleil» grand comme un court de tennis afin de la placer à l’ombre des rayons de notre étoile. Ce bouclier et le miroir de 6,5 m étaient trop vastes pour entrer sous la coiffe d’un lanceur. Le JWST décollera donc plié et devra se déployer tel un origami une fois dans l’espace. Une séquence complexe qui demandera 2 semaines pour les opérations les plus cruciales, à savoir la mise en tension des 5 couches de son pare-soleil et l’ouverture de son miroir. La vidéo ci-dessous résume cet incroyable enchaînement où l’erreur n’est pas permise.

Songez que rien pour que le déploiement du bouclier thermique en 5 couches, plus de 150 mécanismes seront à l’œuvre !

Le schéma ESA ci-dessous, offre un autre résumé en images.

6 mois pour les instruments

Une fois déployé, et 1 mois après son décollage du Centre Spatial Guyanais, le JWST se placera sur une orbite dite de halo autour du point de Lagrange L2 (schéma ESA ci-dessous).

Cette animation vidéo montre la logique d’une orbite de halo autour de L2.

On pourrait penser que le plus difficile est passé pour les équipes au sol en charge du Webb. En fait, ce ne sera pas tout à fait le cas, car il faudra alors mettre en route les instruments et parfaire l’alignement des miroirs du télescope grâce à de petits actuateurs, notamment les 18 hexagones qui composent son principal de 6,5 m. La précision requise atteindra 1/10000ème de l’épaisseur d’un cheveu humain… Les instruments embarqués subiront une procédure de calibration afin de répondre aux performances attendues par les astronomes. Ils doivent de plus être capables de fonctionner à des températures en dessous de -230°C ! Environ 6 mois après son lancement, le JWST sera prêt pour la phase scientifique de sa mission.