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01.12.08

Essais de refroidissement du plan focal de Planck

Le satellite Planck de l', qui permettra de mieux comprendre l'origine et l'évolution des larges structures de l'Univers, a atteint l'incroyabe température de 0.1K (273.05°C) dans le cadre de la campagne d'essais thermique-cryogénique finale au .

Développé par , la construction du satellite Planck a été une véritable prouesse technologique. Le tester aussi !

L'engin le plus froid de l'Univers

Lorsqu'il sera en orbite, Planck sera l'objet le plus froid de l'Univers pendant sa durée de fonctionnement d'un an et demi ! Il s'agira tout simplement du premier satellite qui utilisera des températures aussi basses pour travailler. Son système de réfrigération fait appel à des technologies complètement nouvelles. Avant son lancement, prévu en 2009, il a donc fallu s'assurer que les 2 instruments embarqués seront suffisamment refroidis pour travailler correctement.

Ainsi, les détecteurs (48 bolomètres) de l'instrument à haute fréquence (HFI) devront fonctionner à 0,1 Kelvin, soit un dixième de degré au-dessus du zéro absolu ! Quant aux récepteurs de l'instrument à basse fréquence (LFI), ils seront refroidis à 20 K.

Tester ces récepteurs et détecteurs dans ces conditions extrêmes a été est un vrai challenge technique. Les résultats sont tout à fait probants. Ils montrent que le concept fonctionne et que ces températures extrêmes ont pu être atteintes et maintenues pendant plusieurs heures.

Explications

Le satellite Planck regardera l'Univers tel qu'il était il y a plus de 13 milliards d'années grâce à la lumière émise environ 380 000 ans après sa naissance. Cette lumière, appelée rayonnement fossile, voyage toujours librement dans l'espace.

Lorsqu'on essaye de détecter des signaux aussi faibles, tout le travail consiste à isoler le signal du bruit, essentiellement d'origine thermique. Il est donc nécessaire de faire fonctionner les capteurs à une température la plus basse possible afin d'améliorer le rapport signal/bruit.

C'est vrai dans le visible et le proche infrarouge et c'est encore plus vrai pour les bolomètres de Planck qui transforment les micro-ondes du rayonnement fossile de l'Univers en chaleur.

Pour atteindre des températures aussi basses, le système de refroidissement doit comporter plusieurs étages :

- un étage passif : un radiateur, orienté vers l'espace froid permet d'atteindre une température de 50 K ;
- un étage à absorption (machine thermique similaire dans son principe à certains frigidaires de camping) abaisse à son tour la température à 20 K ;
- un étage utilisant l'effet Joule-Thompson qui permet d'atteindre 4 K ;
- et deux autres étages qui permettront d'atteindre 1,6 K sur les filtres et 0,1K sur les détecteurs.


Vue du télescope et du plan focal de Planck Crédits ESA / Thales Alenia Space	Sortie de la chambre à vide Focal-5 Crédits ESA / Thales Alenia Space	Le plan focal de l’instrument HFI Crédits CNES / CNRS

Planck

Planck est équipé d'un télescope de 1,5 m et de 2 instruments. Le LFI, un instrument micro-ondes développé en Italie et HFI, un instrument submillimétrique développé en France.

Ces instruments mesureront le flux des rayonnements thermiques grâce à des capteurs sensibles aux températures voisines du zéro absolu : 0,1K (-273,15°C). L'instrument à basse fréquence (LFI) étudiera le rayonnement cosmique jusqu'à 30 et 100 GHZ et celui à haute fréquence (HFI) travaillera entre 100 et 900 GHz, ce qui amène dans l'infrarouge très lointain.

Planck sera lancé avec Herschel par le même lanceur, une Ariane 5. Ils seront séparés juste après le lancement pour être opérés chacun indépendamment. Leur orbite opérationnelle se situera alors autour du deuxième point de Lagrange, un point virtuel situé à une distance moyenne de 1,5 million de kilomètres de la Terre.

+ d'infos
Site grand public de la partie française du consortium de réalisation de l' .

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