BTSCPI Session 2008-2009

OBSERVATOIRE du Pic du Midi
LYCEE Jean DUPUY
Avenue d’Azereix
BP 826
65000 TARBES
Tel : 05 62 56 60 39
Fax : 05 62 34 67 63
Contact : Francis LACASSAGNE
Email : [email protected]
1,rue Aristide
Bergès
65016 TARBES
tél : 05 62 34 03 74
Fax: 05 62 34 86 19
B.T.S. C.P.I
Session 2008-2009
DELATTRE Brice
RIOLAND Julien
-1-
-2-
1- Présentation et évolution du site :
A 2877 m d’altitude, le sommet
du pic du Midi de Bigorre est un lieu
privilégié pour faire des recherches
scientifiques en raison de
son
altitude mais aussi en raison de la
qualité exceptionnelle stable de son
atmosphère, souvent dénuée de
turbulences, ce qui permet d’y obtenir
des images d’une finesse rare des
corps célestes.
Plusieurs nuits par an, la pureté de
l’atmosphère
permet
des
observations d’une qualité inégalée
dans aucun autre lieu de la planète.
L’activité du pic a débuté en
1865 grâce à la société Ramon
fondée par des pyrénéistes.
En 1882, les fondateurs cèdent leur
établissement à l’état.
De 1865 à 1930, la vocation de
la
fondation
est
l’observation
météorologique avec l’installation
d’une
station
de
relevés
et
d’observation.
En 1892, Emile Marchand débute les recherches scientifiques en
recherchant les relations entre l’activité solaire, le climat et les
tremblements de terre.
Il mesure les champs électriques atmosphériques, le magnétisme
terrestre, la vitesse et l’altitude des nuages.
En 1907, Benjamin Baillot directeur de l’observatoire de Toulouse
fait installer le premier télescope, muni d’un miroir de 50 cm.
-3-
Ce télescope, par
rénové permettra :
la suite
- D’examiner la surface des planètes.
- De dresser une cartographie détaillée
de la surface de la lune qui permettra
l’alunissage des missions Appolo , muni
d’un miroir de 1,03m de diamètre , en
1969.
En 1935, Bernard Lyot invente
le coronographe qui est un télescope
permettant d’étudier la couronne
entourant le soleil sans attendre une
éclipse.
Cette observation permanente dans
les années 50 et 60 permet de
prévoir les perturbations dans les
transmissions radio.
L’observation régulière de nos jours
des protubérances solaires permet
de mieux connaître les champs
magnétiques qui se créent à la
surface de notre astre.
En 1981, a lieu la mise en
service du télescope Bernard Lyot
muni d’un miroir de 2 m de diamètre.
Il sera présenté plus tard en détail
puisqu’il fait l’objet de la demande
Ce nouvel équipement placé dans
lieu privilégié que constitue ce site
d’observation fait de l’observatoire du
pic du Midi avec Meudon un des
deux grands observatoires français
de mission.
Actuellement le site
compte 7 télescopes
-4-
2- Présentation de la société actuelle :
L’observatoire du pic du Midi (OMP) est
une composante de l’université Paul
Sabatier (Toulouse 3) qui regroupe les
six laboratoire des Sciences de l’Univers
de cette université et une unité de
service de recherche.
L’OMP est aussi un observatoire des Sciences de
l’Univers du CNRS qui a sous sa responsabilité
quatorze services d’observation.
Au 1er janvier 1993, 415 permanents sont attachés à l’OMP :
- 213 chercheurs.
- 202 ingénieurs, techniciens et administratifs.
L’OMP dispose de plusieurs sites de recherche.
Le site du pic du Midi en étant un.
La gestion de ce dernier, technique, planning d’utilisation
est assurée par une unité basée à TARBES et nommée
OSERVATOIRE DU PIC DU MIDI (OMP).
En 1993, le directeur de l’Institut des Sciences de l’Univers
(INSU) annonce l’arrêt des activités scientifiques à partir de
1998 sur le site du pic du Midi.
Pour éviter la fermeture du site, deux actions sont menées :
-5-
1- Dans le domaine scientifique :
Projet Pic 2000 élaboré par l’OMP et l’université Paul
Sabatier qui consiste à réduire de façon massive les
coûts internes de l’exploitation scientifique.
Ce projet s’appuie sur la haute performance du
télescope de 2m Bernard Lyot dont la récente
instrumentation le place à la pointe des performances
actuelles.
2- Dans le domaine touristique :
L’exploitation touristique est retenue comme facteur de
rentabilisation de la recherche scientifique.
Un syndicat mixte est créé. Il est composé :
- de la région Midi-Pyrénées
- du département des Hautes Pyrénées
- de la communauté des communes de la HauteBigorre
- des communes de Bagnères de Bigorre, Campan et
Sers
- de la régie intercommunale du Tourmalet et de la
commission de la vallée de Barèges
Ce projet prévoit :
- L’amélioration de l’accès par
installation d’un téléphérique à haut
débit (12 m/s)
- La Présentation au public des
activités scientifiques menées et la
visite de certains équipements utilisés.
Jusqu’à cette rénovation, environ 45000 visiteurs étaient
recensés chaque année.
Actuellement certains jours d’été 3000 visiteurs sont accueillis.
-6-
ORGANISATION ACTUELLE DE LA SOCIETE ET DU SITE :
L’OPM est contrôlé
par :
- L’université Paul Sabatier UPS
- Le Centre National de Recherche Scientifique
- Les instances administratives régionales.
-7-
CNRS
REPARTITION DES PRINCIPALES COUPOLES SUR LE SITE
-8-
Identification du besoin
CONTEXTE DE LA DEMANDE :
L’activité scientifique d’observation est
principalement
centrée
sur
le
télescope Bernard Lyot. C’est sur lui
que nous est adressée la demande
d’étude de la part des services
techniques de l’unité OMP de Tarbes
TELESCOPE BERNARD LYOT :
1- Son environnement immédiat:
Il est placée à l’extrémité du site du
pic, logé dans une coupole placée au
sommet d’une tour qui se détache
légèrement de l’architecture du pôle.
L’accès depuis les autres zones du
pôle s’effectue par une galerie
souterraine
L’assise du télescope repose sur quatre poteaux de béton ancrés sur
la roche et isolés de l’ensemble de la tour dans laquelle il est logé.
Cette implantation permet de soustraire le télescope aux
pertubations de l’ensemble de la zone construite et en particulier aux
vibrations provoquées par la rotation de la coupole (voir croquis
suivant).
-9-
La tour sur laquelle est placée la coupole comporte trois niveaux:
Le niveau supérieur:
C’est là que se trouve le télescope. C’ est
un local climatisé de 15 m de diamètre et
13 m de hauteur.
La température y est maintenue voisine
de la température extérieure du moment
où seront faites les observations la nuit.
Cette régulation en température permet
l’optimisation des résultats d’observation.
L’enceinte de cette salle est constituée
par la coupole. Celle-ci est d’une
conception unique.
En effet toutes les coupoles ne sont
munies que de deux mouvements:
- Une rotation d’axe vertical de la
coupole sur son assise bétonnée.
- L’ouverture de la coupole.
- 10 -
La coupole du télescope Bernerd Lyot est munie de trois mouvements:
- Une rotation d’axe vertical de la base
de la coupole sur l’assise bétonnée.
- Une rotation de la partie supérieure de
la coupole par rapport à sa base.
- L’ouverture de la coupole qui est une
baie circulaire de diamètre légèrement
supérieur à celui de l’objectif du
télescope.Elle s’appelle le cimier.
Illustration de la cinématique de la coupole
Cette architecture de coupole permet à l’objectif du télescope
de recevoir un “éclairage” sensiblement à sa taille.
Le niveau intermédiaire:
C’est là que se trouvent les équipements électroniques
et informatiques assurant la gestion d’une mission.
Un astronome retient le télescope pour une période
d’observations (mission).
- 11 -
Pendant la journée précédant la mission, le télescope est
instrumenté. C’est à dire muni du récepteur spécifique pour le type
de mesure à effectuer (champ magnétique,…).
Ces instruments sont reliés au poste informatique d’observation.
Déroulement d’une observation:
L’astronome se tient devant l’écran
d’un poste informatique d’acquisition.
Un opérateur présent pendant toute la
durée de l’observation se tient devant
un poste informatique de pilotage.
L’astronome annonce les coordonnées
de l’astre à viser.
L’opérateur pilote le télescope jusqu’à
avoir présent sur son écran de contrôle l’astre recherché.
Au cours de l’observation, aucune personne n’est présente dans la
salle contenant le télescope.
Le niveau inférieur:
C’est là que se trouvent les équipements cryogéniques pour climatiser
l’étage supérieur et refroidir les instruments du télescope de façon à
optimiser la qualité de l’observation.
C’est la machinerie qui climatise la coupole.
Cette salle contient également la machine de dépôt d’alumine sous
vide qui permet de ré-aluminer le miroir (régénérer son teint) de
manière à conserver le meilleur aspect réfléchissant.
Cette opération est effectuée environ tous les deux ans. A cette
occasion, le miroir de 2 m est déplacé à l’aide d’un treuil à travers les
trappes pratiquées dans le sol des deux étages supérieurs.
Cette salle est également utilisée comme atelier de première urgence
pour la maintenance des éléments du télescope.
- 12 -
2- Le télescope:
Tube optique
C’est l’équipement permettant de
faire des observations
astronomiques et des relevés de
paramètres physiques de l’univers.
Monture
Il se compose de deux sousensembles:
- Le tube optique (qui reçoit les
instruments).
Instrument
- La monture.
1- Le tube optique:
Il permet le grossissement
des objets observés.
Plusieurs principes de
tubes existent. Celui du
TBL est du type
CASSEGRAIN
Il comporte donc les 2 miroirs
primaire et secondaire.
La qualité des images
dépend de la taille du miroir
principal.
Le miroir le plus grand, celui
de 6 m de diamètre se trouve
dans le Caucase où la qualité
de l’atmosphère est médiocre.
Miroir principal
Le miroir du TBL est le plus grand de France, il a un diamètre de 2 m.
- 13 -
2- La monture:
C’est la structure articulée reliant le tube optique au sol et permettant par
ses deux liaisons pivot d’assurer le pointage et le suivi d’un astre.
Un tube optique peut être placé sur deux architectures de montures
différentes:
- La monture azimutale.
-La monture équatoriale.
1- La monture azimutale:
Cette structure permet de
déplacer le tube optique
parallélement et
perpendiculairement au sol.
Pour suivre un astre, il faut en
permanence composer ces deux
mouvements.
C’est la solution adoptée sur les
télescopes pour amateurs
débutants et les gros telescopes.
2- La monture équatoriale:
δ
α
- 14 -
L’axe principal nommé
est incliné de manière à être
parallèle à l’axe de rotation de
la terre.
Cet axe est appelé axe
polaire, car il est dirigé vers le
pôle nord céleste.
En faisant tourner
l’instrument autour de cet axe
à la vitesse dite sidérale, on
conserve l’objet dans le
champ de l’occulaire.
Tube optique
δ
Monture équatoriale en fer
à cheval
Monture
α
Miroir principal
Le second axe nommé δ ou ascension droite permet la visée d’un astre.
Lorsque l’astre cherché est atteint, seul le mouvement régulier autour de
l’axe α assure le suivi de l’observation.
L’objet visé demeure ainsi facilement centré dans le champ.
Le télescope Bernard Lyot est un télescope avec:
-
Tube optique sur le principe CASSEGRAIN.
- Monture EQUATORIALE.
- 15 -
3- L’instrumentation du tube optique:
Le miroir principal
(φ 2 m) Mp est placé à
l’extrémité du tube
optique.
Contre ce miroir est
placé un instrument.
L’instrument mis en
place dépend de
l’observation menée.
Monture
Miroir
Dans un magasin situé
à proximité du
télescope sont stockés
les instruments
disponibles sur le site
- Spectro-Réducteur
visible ISARD
- Caméra infrarouge
MOICAM
- Spectrographe
MUSICOS
- Polarimètre
STERENN
- Tavélographe
Structure du tube
optique
Instruments
MAGASIN
Cette panoplie d’instruments permet de mener des investigations dans
l’étude de l’univers à grande échelle:
- Evolution de la couche d’ozone.
- Electricité naturelle.
L’ensemble de l’équipement effectue des relevés de champs
magnétiques en périphérie des astres inspectés maisn’a pas de vocation
à créer des images de leur géométrie.
- 16 -
ARCHITECTURE DU TELESCOPE:
Tube optique
Axe α
Secteur denté
Miroir secondaire
Bras
Moteur δ lent
Embrayage
Moteur δ
rapide
Codeur δ
Moteur α
Axe δ
Patins hydrostatiques
Vérin embrayage
Miroir primaire
Palier axe α inférieur
Instrument optique
- 17 -
DETAIL DE CONCEPTION DU TBL:
L’ensemble du télescope a une masse de 80 tonnes et la partie
mobile a une masse de 65 tonnes.
Trois sous-ensembles caractérisent le télescope dans les phases
de préparation et de manœuvre.
Secteur denté
.
- L’axe α
-
L’axe δ
- L’instrumentation.
1- L’axe
α:
Palier supérieur
Patins
Palier supérieur
- Il supporte toute la masse
mobile.
- Le pivot est réalisé par palier
hydrostatique grâce à des
patins à film d’huile.
Secteur denté
- Le mouvement est assuré
par un moteur à courant
continu avec asservissement
de vitesse.
Il peut avoir tourner avec des
vitesses différentes.
Moteur
d’entraînement de
l’axe α
-Le moteur est placé sur la
partie supérieure du pivot. Il
entraine la partie mobile par
engrenage avec pignon sur
l’arbre moteur et secteur denté
sur la fourche de la structure
- L’amplitude de la rotation est
de 180°.
Palier inférieur
- 18 -
2- L’axe δ:
Poutre de
la monture α
Poutre de la
monture δ (du
support de
tube optique)
- Il supporte le tube optique.
- Le pivot est réalisé par roulement.
- Le mouvement est assuré par 2 moteurs:
1- Un moteur à courant
Moteur continu Moteur δ rapide muni
δ rapide d’un pignon à denture droite
placé sur une poutre de la
structure.
Le pignon engrenne avec une
Roues
dentées roue solidaire du tube optique et
placée sur l’axe de rotation δ.
Moteur
α lent
Ce moteur assure le
mouvement d’approche rapide
dans la recherche d’un astre.
Boîtier de
transmission
2- Un moteur pas à pas Moteur α
lent , placé sur la seconde poutre de
la structure assure la mise en
mouvement du bras relié à la
structure du optique à travers un
embrayage animé par un vérin
électrique. La position du tube est lue
par un codeur.
Bras de
transmission
- 19 -
Manipulation du télescope
lors d’une observation :
1- Dans la phase d’approche de la cible:
- L’embrayage est désactivé.
- Le moteur δ rapide est alimenté.
- Lorsque l’approche est suffisante, l’embrayage est alimenté
- Le moteur δ lent est alimenté pour finir le pointage en déclinaison (d).
- Le moteur α est alimenté, d’abord à vitesse rapide pour l’approche
puis à vitesse lente pour affiner le pointage.
2- Dans le suivi de la cible:
- Le moteur α tourne de façon continue à vitesse opposée à celle de
la rotation de la terre autour de la ligne des pôles.
- Le moteur δ lent est actionné lorsque l’objet s’éloigne du champ de
vision. Ceci est nécessaire pour compenser le défaut de parallélisme
de l’axe α avec la ligne des pôles.
Dans les deux situations, le codeur informe de la position réelle du
tube optique.
- 20 -