Espace astronomique (18) Corriger la turbulence.

Dans un système minimum de correction de la turbulence, le champ est
zéro : on ne corrige qu’un point. Dans ce cas, le nombre de cellules
de convexion à compenser est égal à ce qu’il faut pour couvrir la
surface du miroir primaire. Pour un 8m, soit 50m², il faut compter
6250 cellules. Le champ n’est pas réellement nul, car la turbulence ne
se situe pas à l’infini, elle est à 12 000m (pour une visée
verticale). A cette distance, un disque de 8 m est vu sous un angle de
2,4 minutes d’arc. C’est le champ minimum d’observation, une condition
qui est vérifiée par les systèmes actuels de correction.

Comme je l’ai calculé dans l’épisode précédent, il faut corriger
beaucoup plus de cellules pour avoir un champ important. J’avais basé
mon exemple précédent sur un degré. On devait alors corriger les
perturbations sur un disque de 200 m de diamètre. Pour l’instant, de
tels performances sont inaccessibles pour plusieurs raisons :
- Impossibilité le lire assez vite un capteur CCD de la dimension
requise.
- Impossibilité de transmettre les informations.
- Impossibilité de les traiter en temps réel.
- Impossibilité de trouver sur le marché un miroir déformable de
correction avec assez d’éléments.

Ce sont ces différents point que je veux étudier ici. Je vais faire
l’hypothèse que l’on s’est débarrassé de la turbulence de basse
altitude et que celle de moyenne altitude est relativement
négligeable. En moyenne altitude, on a souvent des vents de direction
différente suivant l’altitude, ici on supposera que cette
configuration ne se produit pas : il n’existe qu’une turbulence liée
aux courants-jets avec une direction et une vitesse bien définie. Les
cellules de convexions défilent donc comme sur un tapis. Leur durée de
vie est grande par rapport à leur temps de passage dans le champ du
télescope.

Ce dernier élément permet de concevoir un type d’instrument jamais
proposé à ce jour : la paire de télescopes couplés. C’est ce que fait
le binocular  telescope du Mont Graham, mais pas pour de
l’interférométrie. Il s’agit d’aligner les télescopes dans le sens du
vent et de se servir du premier pour mesurer la turbulence qui sera
corrigée sur le second.
Admettons que les télescopes soient distant de 10 m, avec des courants-
jets lancés à 300 km/h, la vitesse de défilement de la turbulence est
de 100 m/s. Il faut donc un dixième de seconde pour passer d’un
télescope à l’autre. Pour un ordinateur qui effectue le calcul de la
transformée de Fourier de l’image du premier instrument pour
l’appliquer au correcteur du second, c’est une durée considérable.

Si la turbulence défile en ne venant que d’une direction, il n’est
plus nécessaire de prendre une image chaque milliseconde. Il suffit
d’avoir un CCD en une dimension qui mesure cette turbulence à son
entrée dans le champ. Pour 200 m de largeur d’observation à 12 000 m
cela représente 2 000 pixels sur la barrette pour une résolution de 10
cm, soit deux pixels par cellule de 20 cm. Cela satisfait le théorème
de Shannon sur la digitalisation d’un signal sans perte. Or, on trouve
commercialement de telles barrettes CCD dans le commerce actuellement.
On peut même accepter d’en mettre 4 ou 5 bout à bout pour augmenter la
résolution. Le temps de déchargement de ces barrettes est bien dans le
domaine de la milliseconde, ce qui résout la question de la rapidité
de collecte de l’information.

En admettant un codage sur deux bytes (octets) de l’information de
chaque pixel, on a 4 000 bytes à décharger à chaque séquence, soit 32
Kb. Il faut multiplier ce chiffre par mille  pour avoir le débit par
seconde, soit 32 Mo/s. Pour mémoire, les  liaisons Ethernet standard
sont actuellement à 100 Mb/s et il en existe à 1 Gb/s. La transmission
des informations par les réseaux informatiques actuels ne pose donc
aucune difficulté.

Reste la puissance de calcul qui doit prendre en compte mille fois par
seconde la totalité du champ soit au moins 12 millions d’actuateurs
comme dit précédemment. C’est donc 12 milliards de points qu’il faut
calculer par seconde. En admettant que l’on a 100 flops par point, le
calculateur doit avoir une puissance de 1,2 tera flops. On trouve
depuis peu sur le marché des processeurs 300 fois plus rapides que les
Itanium de Intel, le « processeur d’avenir » qui a fait un « flop »
commercial depuis deux ou trois ans. Les cartes les plus performantes
sur le marché permettent d’assembler deux processeurs de ce type,
chacun avec une puissance de calcul soutenu de 450 Giga flops. On
annonce pour la fin de l’année des processeurs à 1Tera flops, avec des
cartes en comportant jusqu’à 4. La puissance de calcul est donc en
passe d’être résolue, à la limite, on pourrait avoir la mise en réseau
de deux ordinateurs, chacun avec 900 Giga flops de puissance de
calcul, même en tenant compte d’une perte de puissance globale dans
cette configuration, on atteindrait 1,2 tera flops.

Il reste à réaliser le miroir déformable, qui ne se trouve pas dans le
commerce. Il n’est pas près de s’y trouver en raison de ses
applications dans les armes lasers. Il faut donc le faire fabriquer
spécialement. Employer des pièces mécaniques, même en nano-mécanique,
ne paraît pas constituer une bonne solution. Il semble plus
intéressant de reprendre les idées des années 60 concernant la photo
électronique avec des membranes électriquement déformable. L’idée
d’origine était de déformer une feuille de plastique avec des charges
apportées par un pinceau d’électron comme dans les tubes vidicons des
caméras TV de l’époque. Actuellement, on prendrait plutôt des réseaux
TFT similaires à ceux des écrans plats pour charger des « grilles »
agissant sur une membrane souple aluminisée dotée d’électrets
(composants à charges électrique statique).

Il serait ainsi possible de réaliser des télescopes au sol avec une
correction sur un champ d’un degré ou plus dans le domaine optique.

Y.B.