Que devient le télescope James Webb à 1,5 million de kilomètres de la Terre ?

Le télescope Webb s’est envolé le 25 décembre 2021 vers son poste d’observation, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Un vrai conte de Noël puisque depuis son lancement, les opérations pour le faire rejoindre son point d’observation et le déployer se déroulent à merveille. Une première image a été dévoilée. Un petit point d’étape s’impose donc.

Le télescope Webb, issu d’un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC), est souvent présenté comme le successeur du télescope Hubble de la NASA.

Il en est en fait le complément scientifique. Malgré ses 30 ans d’âge, Hubble observe toujours l’univers dans les longueurs d’onde visibles, ultraviolet et proche infrarouge. Mais malgré ses avancées historiques, il a atteint ses limites. Les nuages de poussière et de gaz, présents dans le milieu interstellaire par exemple dans les nébuleuses planétaires (là où naissent les étoiles), lui sont opaques. Webb, lui, verra « à travers » ces nuages, car il observe en infrarouge, proche et moyen. Il verra également « mieux », et donc plus loin, grâce à son miroir de 6,5 mètres, contre 2,5 mètres pour Hubble.

La France a largement participé à la réalisation de ce projet titanesque. D’une part via son positionnement majeur au sein de l’ESA, qui a fourni le lanceur Ariane 5 et est impliquée dans la fourniture de deux des quatre instruments scientifiques du Webb : le spectro-imageur MIRI dans le moyen infrarouge et le spectrographe NIRSpec dans le proche infrarouge.

Mais aussi via le CNES, qui a directement contribué, avec ses partenaires nationaux du CEA et du CNRS à la conception et à la réalisation de l’imageur de l’instrument MIRI. De ce fait les scientifiques français bénéficient de temps d’observation privilégiés, réservés à ceux qui ont financé, conçu et fabriqué des instruments. Ces programmes permettront à nos chercheurs d’être en première ligne pour la publication des premiers résultats.

Déplier un origami dans l’espace

Mais déployer une telle cathédrale de technologie dans l’espace n’est pas simple. Webb était ainsi replié tel un origami dans la coiffe d’Ariane, spécialement modifiée pour l’occasion.

Et comme les contes de Noël se passent toujours bien, le lancement a été parfait : la précision d’injection a même permis de préserver 20 ans de réserve de carburant au lieu des 10 ans prévus ! En effet, lorsque le télescope approche de son poste d’observation final, il doit être manoeuvré avec précision. Cela consomme pas mal d’ergols. Mais la trajectoire que lui avait donnée Ariane 5 était si précise que très peu ont été utilisés. Il en reste d’autant plus pour la mission !

Pour pouvoir observer dans l’infrarouge, Ariane a propulsé Webb à 1,5 million de kilomètres de la Terre, contrairement à Hubble qui, lui, tourne autour à 570 km d’altitude. Sa destination est appelée Point de Lagrange L2. Il l’a atteinte le 24 janvier 2022. Il tourne donc désormais autour du Soleil à la même vitesse que la Terre et la Lune, mais il leur tourne le dos et se protège de leurs rayonnements grâce à un immense bouclier qui s’est déployé 10 jours après le tir.

Cinq couches de Mylar (un polyester très résistant qui peut subir des températures extrêmes) de la dimension d’un court de tennis. Grâce à elles, il règne désormais, côté Soleil, entre 14 et 51 °C, alors que côté télescope, protégé par le bouclier, il règne de -235 à -241 °C.

Un froid proche du zéro absolu

Mais si ces températures très basses sont adaptées au fonctionnement des trois instruments qui doivent travailler dans l’infrarouge proche, elles ne sont pas assez froides pour notre instrument MIRI, qui lui regarde dans l’infrarouge moyen. En effet l’infrarouge moyen permet de mieux sonder, par exemple, le voisinage proche des étoiles pour détecter la présence de planètes. Comme les détecteurs qui travaillent à ces longueurs d’onde requièrent une température encore plus froide, la NASA a donc ajouté une « machine à froid » (« cryo-cooler »), qui a été mise en route 87 jours après le tir. Une prouesse et une première technologique saluées par la NASA qui a annoncé avoir atteint la température extrêmement froide de 7 degrés Kelvin, soit environ -267 °C, le 6 avril. MIRI a atteint sa température opérationnelle.

Avant cela, la NASA avait également procédé au déploiement du miroir de 6,5 mètres, et procédé à l’alignement fin des 10 segments du miroir, afin que chacun observe bien dans la continuité de ses six voisins. L’alignement final pour corriger toutes les petites erreurs de positionnement résiduelles a été achevé début mai. La première image prise avec l’imageur de l’instrument MIRI a été rendue publique par la NASA fin avril.

La prochaine étape est désormais de vérifier que toutes les fonctionnalités de tous les instruments scientifiques sont opérationnelles. Les premières images en pleine résolution seront publiées cet été.

Webb, pleinement opérationnel, aidera à résoudre les mystères de notre système solaire, à regarder au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et à sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci.

Mais Webb est bien plus que cela. Webb symbolise à lui seul tout l’intérêt que l’Astrophysique recèle pour l’humanité. Certes la science et la connaissance sont les premiers bénéficiaires des découvertes que l’analyse des images de Webb va rendre possible pour tous les scientifiques de la planète. Mais la maîtrise technologique de tout le tissu industriel sollicité pour relever les défis sans équivalent que Webb a exigé en a bénéficié largement.

Et ce n’est pas tout : l’Astrophysique, qui a toujours fasciné les humains depuis des siècles, trouve avec Webb un outil philosophique de premier plan. En observant l’univers le plus lointain, donc le plus ancien, il nous renseignera sur la vie des premières étoiles et la structuration des premières galaxies. En observant les exoplanètes qui gravitent autour d’autres étoiles, il pourra détecter la présence d’une atmosphère et en analyser la composition. En observant également notre système solaire externe, les lunes glacées de nos géantes Neptune ou Uranus, il nous apprendra sur sa formation et donc sur notre Terre.

Ainsi Webb nous interpelle sur nos origines et notre place dans l’univers. D’où venons-nous ? Comment notre galaxie, notre Soleil, notre Terre sont-ils apparus ? La vie est-elle apparue ailleurs ? Sommes-nous seuls ? D’autres civilisations ont-elles suivi un chemin similaire au nôtre ? Webb pourra-t-il nous aider à poursuivre la réflexion autour de l’équation de Drake qui tente de quantifier le nombre de civilisations intelligentes et technologiquement avancées dans l’Univers, ou à expliquer le paradoxe de Fermi qui s’étonne qu’aucune d’entre elle (si elles existent) ne se soit jamais manifestée à nous ?

Se demander d’où on vient oblige à se demander où on va. Les discussions que susciteront les observations et résultats de Webb n’interpelleront pas que les chercheurs et les scientifiques. Toutes les sociétés, depuis ses dirigeants jusqu’au très grand public, seront renvoyées ainsi à la fragilité et la complexité de notre monde. C’est extrêmement salutaire pour les esprits en ces temps de guerre, de pandémie, de détérioration critique de l’environnement et du vivant par ceux-là mêmes, les êtres humains, qui y habitent.

L’astrophysicien David Elbaz relève la puissance philosophique de telles images accessibles pour tout un chacun, mais aussi artistique par les émotions qu’elles suscitent, à l’instar des peintures de paysages grandioses à la fin du XIX^esiècle « Confrontée à de telles images, la raison de l’observateur est poussée à s’élever […] elles conduisent la raison à se dépasser ».

Quant aux connaissances scientifiques et la connaissance qui s’en enrichit l’astrophysicienne Hélène Courtois souligne « La connaissance scientifique fait partie intégrante de la culture. Par leur travail, les chercheurs contribuent à l’éducation, faisant front contre la violence et l’obscurantisme ».

Vivement, donc, les premières images de Webb, en ces temps qui appellent à un supplément de lumière, même infrarouge !

Cet article fait partie de la série « Les belles histoires de la science en libre accès », publiée avec le soutien du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation. Pour en savoir plus, veuillez consulter la page Ouvrirlascience.fr.

Philippe LAUDET, Responsable des programmes Astronomie et Astrophysique, Centre national d’études spatiales (CNES)

Nous remercions The Conversation France et l'auteur pour leur autorisation de la republication de l'article et pour leur travail.