CHAPITRE 6
COMPARAISON DES TECHNOLOGIES
« VERRE » ET « METAL »
1 Introduction
Dans la communauté astronomique, les spectrographes intégraux de champ ont pris place dans de nombreux projets depuis cette dernière décennie. Ceci provient du fait qu’ils permettent d’obtenir simultanément le spectre d’un ou plusieurs objets étendus en une seule pose. Parmi les différents types de spectrographes intégraux de champ, le dernier né est le système découpeur d’images, qui a l’avantage de fournir une grande compacité des spectres sur le détecteur CCD avec un nombre de pixels spectraux élevé. Les systèmes découpeurs d’images avec des miroirs sphériques se déclinent en plusieurs designs optiques permettant de répondre aux spécifications de haut niveau d’un instrument. Ce chapitre les résume et les compare. De plus, au cours de cette étude, plusieurs approches ont été choisies pour la fabrication et l’assemblage des miroirs découpeurs sphériques. En effet, les chapitres précédents ont montré qu’il existe deux grandes technologies de fabrication des miroirs découpeurs appliquées aux instrumentations du JWST et du VLT :
• Polissage classique des slices individuelles, en Zérodur ou un autre verre, et avec un assemblage par adhésion moléculaire – Chapitre 3 et 4,
• Usinage diamant des slices en métal, soient individuels ou par bloc – Chapitre 5. Ce chapitre a pour but de mettre en parallèle les deux technologies de fabrication « verre » et « métal », en se basant sur des critères d’évaluation de fabrication, d’assemblage, de performances optiques et de management, afin de mieux connaître les points forts/faibles et les domaines d’applications privilégiés.
2 Mise en parallèle des deux technologies
Un nombre important de critères d’évaluation ont été pris en compte dans cette comparaison et sont explicités dans ce paragraphe.
2.1 Critères d’évaluation concernant la fabrication et l’assemblage
• Rugosité : C'est l'ensemble des irrégularités d'une surface optique à caractère nano graphique. Dans les optiques astronomiques, elle a une incidence directe sur la valeur de lumière diffusée exprimée à l’aide du TIS = (4πσ/λ)² où σ est la rugosité en nanomètre et λ la longueur d’onde.
• Rayon de courbure : C’est le rayon de courbure mesuré de la surface optique de chaque élément.
• Qualité de surface : C’est l’écart mesuré sur chaque miroir à la sphère idéale spécifiée. • Erreurs angulaires : Ce sont les erreurs de positionnement mesurées sur le centre de
courbure des éléments optiques, exprimées en µm ou en secondes d’arc. • Matériau : C’est le matériau dans lequel les optiques sont fabriquées.
• Dilation thermique du matériau : C’est le cœfficient de dilation thermique (CTE) des matériaux.
• « Sharp edge » : C’est la perpendicularité des bords de chaque slice.
• Ecailles: Ce sont les défauts micrométriques visualisés sur la surface optique.
• Rayures : Ce sont les rayures dues aux traces de l’outil de polissage visualisées sur la surface optique.
• Méthode d’assemblage : C’est la méthode d’assemblage de la pile de slices et des autres optiques.
• Outil d’assemblage : C’est l’outil ou la machine nécessaire à l’assemblage de la pile de slices.
• Planéité des surfaces d’assemblage : C’est la spécification de planéité et de parallélisme des surfaces en contact lors d’un assemblage optique.
• Surface de référence : C’est le nombre et la localisation des surfaces de référence sur les éléments optiques.
• Encombrement du système : C’est le volume du système découpeur d’images (longueur×largeur×hauteur).
2.2 Critères d’évaluation concernant les performances optiques
• Tests dans le plan des pupilles intermédiaires : C’est le résultat des tests dans le plan des pupilles intermédiaires concernant le positionnement des centroïdes et la forme des pupilles intermédiaires.
• Tests dans le plan de la pseudo fente : C’est le résultat du test dans le plan de la pseudo fente en terme de positionnement des centroïdes des mini fentes, de possibles chevauchements et de qualification du grandissement du système.
• Tests de qualité image du système : C’est la mesure de PSF du système découpeur d’images dans le plan de la pseudo fente.
• Tests de pupille de sortie : C’est la détermination du nombre d’ouverture f/D de sortie du système.
2.3 Critères d’évaluation concernant le management
• Durée de R&D : Temps nécessaire aux discussions afin d’améliorer le système, de le prototyper et de le tester.
• Durée de fabrication : Temps nécessaire à la fabrication et l’assemblage des éléments individuels.
• Coût : Coût des éléments individuels.
• Difficulté d’intégration et d’alignement : Complexité de l’intégration et de l’alignement au vu des dimensions du système et des tolérances demandées.
• Durée des tests: Durée des tests en tenant compte des difficultés de mise en œuvre. • Fiabilité : Risque d’erreur pour une production de masse.
2.4 Résumé des critères d’évaluation
Le Tableau 6- 1 reprend tous les critères d’évaluation présentés précédemment et mesurés au cours de cette étude pour les deux systèmes découpeurs d’images en verre et en métal. Pour le système découpeur d’images en verre, deux distinctions sont créées entre un concept tout réflectif – Prototypes CRAL et ESA – ou catadioptrique – Prototype MUSE. Concernant les découpeurs d’images en métal, on distinguera les miroirs découpeurs avec assemblage individuel – Prototypes des sociétés B et C – et en usinage monolithique – Prototype de la
société D. Dans le Tableau 6- 1, les cases jaunes correspondent aux spécifications données dans le cahier des charges et qui n’ont pas été mesurées. Les autres cases présentent les résultats des mesures.