Au terme de ce travail sur le projet CALAS, plusieurs bilans peuvent être dressés.
Tout d’abord, concernant le déroulement du travail, bien que le projet CALAS ait accumulé un certain retard, nous sommes parvenu à réaliser pour la première fois au monde en physique solaire, des images de la granulation à grand champ et à haute résolution spatiale et temporelle, qui confirment le concept de départ du projet. Ceci a été possible grâce à la réalisation d’un système d’imagerie à grand champ exploitant la haute résolution fournie par la LJR et le site du Pic du Midi.
En outre cette thèse m’aura permis de participer à des campagnes d’observations ou des événement particuliers (Passage de Vénus, JOP178, etc...).
Le travail réalisé reste à poursuivre au travers de la caractérisation plus fine des détecteurs et l’intégration des deux voies d’observation telles qu’elles ont été prévues.
Il n’en reste pas moins que les premières observations obtenues sont très prometteuses et devraient très prochainement aboutir à des résultats quantitatifs (spectres de puissance des vitesses,... ).
De plus, comme l’a montré le travail sur le JOP178, les domaines d’études ouverts par une telle caméra grand-champ ne se cantonnent pas aux recherches sur la supergranulation (son objectif premier). Il est en effet important de signaler que cet instrument permettra non seulement de réaliser des études sur la supergranulation, mais également, au prix d’adaptations modestes, des études sur :
• les filaments et de leurs interactions avec la photosphère (requérant un très grand
champ et des observations multi-longueurs d’ondes dans le continu et en H-alpha) ;
• les oscillations des filament en H-alpha ;
• les granules explosifs avec une amélioration significative de la statistique étant donné
le grand champ ;
• la rotation différentielle avec un accès simultané à une large plage de latitudes ;
• les grands centres actifs ;
• les relations entre photosphère, chromosphère et couronne, notamment grâce à des
observations simultanées et multi-longueurs d’onde avec l’instrument CLIMSO installé dans
Chapitre 8
" Dif ficult to see. Always in motion is fut ure."
la coupole voisine des coronographes.
• Un soutien sol à haute résolution spatiale et temporelle des manips spatiales.
Pour aller plus loin, tout en poursuivant l’effort sur CALAS, il pourrait être déjà temps de s’attacher aux développements futurs, au travers d’un instrument dont le champ d’observation serait plus large encore (et utile à bon nombre des sujets d’études précédemment évoqués).
L’illustration 8.1 montre le champ couvert sur le disque solaire par les deux caméras CALAS-16Mpixels (en bleu) et CALAS-14Mpixels (en vert) avec une taille de pixel de 0.15 secondes d'arc. Les champs couverts sont respectivement de 100 minutes d’arc carrés et 87 minutes d’arc carrés.
Un champ de vue encore plus large pourrait être atteint par exemple au moyen d’une combinaison de quatre capteurs 14Mpixels, couvrant près de 350 minutes d’arc carrés (soit une zone de 15.2 minutes d’arc x 22.8 minutes d’arc). C’est ce que montrent les quatre quadrants en rouge sur l’illustration 8.1. Enfin, le Soleil entier pourrait être couvert avec quatre capteurs 7k x 7k.
Une telle configuration permettrait une étude plus étendue et une meilleure statistique sur l’évolution et les caractéristiques de la granulation et de la supergranulation, par exemple afin d’examiner l'interaction " supergranulation – rotation différentielle ", et avoir une vue d’ensemble du spectre des champs de vitesse à la surface du Soleil (permettant de contraindre l’interaction des différentes échelles).
Ce projet, Super-CALAS, nécessiterait les étapes supplémentaires suivantes :
– Un examen plus approfondi de la qualité optique de l’objectif de la LJR sur un très grand champ (>10 arcmin) ;
– Son adaptation à l’imagerie très grand
champ avec suppression de la cuve à eau et adjonction d’un filtre à pleine ouverture devant l’objectif afin de limiter le flux (Thierry Roudier et moi-même avons déjà testé positivement cette configuration lors de missions) ;
– La mise en place d’un dissecteur de champ
à quatre canaux destiné à projeter l’image du Soleil sur les quatre détecteurs choisis (non aboutables s’agissant des capteurs IBIS4-14000 ou IBIS4-16000).
Concernant ce dernier point, plusieurs
Illustration 8.1: Couverture respective de CALAS 14Mpix, CALAS16Mpix et une proposition pour Super-CALAS 56Mpix.
Illustration 8.2: Principe schématique d'un dissecteur de champ pour Super-CALAS à 4 détecteurs.
principes de fonctionnement sont envisageables :
Sur l’illustration 8.2, je donne le principe d’un dissecteur à prismes en toit aluminés (en bleu) qui découpent et projettent quatre parties de l’image solaire sur quatre détecteurs (en violet). L’avantage d’un tel système est sa relative simplicité et sa robustesse, ainsi que la possibilité de travailler à fort flux. Le principal inconvénient est qu’une petite partie de l’image sera perdue au niveau des arêtes des prismes.
A cet effet, je propose sur l’illustration 8.3 un dissecteur d’image basé sur des séparateurs
de faisceau pelliculés (pellicle beamsplitter), membrane de nitrocellulose de 2 μm seulement : le
principal avantage d’un tel système est que la séparation de faisceau est réalisée sur l’image entière et que, à condition de choisir les réflectances adéquates, on obtient quatre images similaires du Soleil.
Ainsi, un recouvrement de l’image est possible sur les quatre détecteurs (voir vignette de l’illustration 8.3 montrant la configuration sur l’imagerie du Soleil entier). A noter que de tels séparateurs sont cependant fragiles et requerraient un montage fixe pour limiter leur manutention, ainsi que l’utilisation d’un filtre pleine ouverture pour limiter le flux, comme évoqué plus haut. Précisons également qu’ils génèrent une image fantôme décalée de seulement 4 μm et qu’ils sont disponibles en larges formats (contrairement à des cubes diviseurs en verre).
Pour finir, ce type de dissecteur optique donnant le choix de la zone couverte par chaque détecteur, il serait possible de passer d’une configuration mono-longueur d’onde sur Soleil entier à une configuration multi-longueur d’onde sur une même zone.
Toujours au sujet du très grand champ, signalons qu’une solution basée sur un seul et unique détecteur CMOS de très grande dimension semble moins abordable puisqu’elle nécessiterait un développement spécifique avec sans doute la nécessité de lancer la fabrication d’une grande quantité de détecteurs pour en obtenir un exempt de défauts (eu égard la difficulté d’obtenir une gravure du wafer parfaite sur toute sa surface). Cependant, il serait intéressant d’assurer une veille technologique sur ce type de capteurs de très grande surface.
Illustration 8.3: Dissecteur optique à base de séparateurs de faisceau pelliculés, garantissant un recouvrement spatial des images. En vignette (haut) une vue de dessus du dissecteur et (bas) la répartition des détecteurs sur l’image solaire avec recouvrement sur leurs bords.
Enfin, concernant le bilan personnel de cette thèse j’ai eu la chance de pouvoir aborder les multiples aspects d’un projet instrumental, au travers de ma participation toute ou partielle aux conceptions optique, mécanique, électronique, logicielle, ainsi que sur les aspects observationnels (intégration sur un instrument existant, observations proprement dites).
J’ai également pu mesurer les difficultés à coordonner toutes ces disciplines en un travail cohérent tenant compte des aspects tant technologiques qu’humains.
Tout ce travail m’aura en tout cas réaffirmé, s’il le fallait, ma passion déjà longue pour l’astronomie et les sciences.
Le projet m’aura également permis d’encadrer un certain nombre d’élèves ingénieurs, travail passionnant, aux apports mutuels, et qui a confirmé mon goût pour la transmission des connaissance et la didactique.
9 Articles
Photospheric flows around a quiescent filament
Rondi S., Roudier Th., Molodij G., Bommier V., Sütterlin P., Malherbe JM., Keil S., Meunier N., Schmieder B., Maloney P.
Photospheric flows around a quiescent filament and CALAS first results
Rondi S., Roudier Th., Molodij G., Bommier V., Malherbe JM., Schmieder B., Meunier N., Rieutord M., Beigbeder F.
Sub arcsec evolution of solar magnetic fields Roudier Th., Malherbe J-M., Moity J., Rondi S., Mein P., Coutard Ch.
Astron. & Astrophys. vol.455, pp.1091-1098, 2006.