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À la conquête de l’univers

• Auteur:Pat Gao
• Date de publication:1/3/2012

Taiwan contribue à la réalisation de l’ALMA, un interféromètre géant installé sur le plateau de Chajnantor, au Chili, et qui, à terme, sera composé de 66 antennes de haute précision. (AIMABLE CRÉDIT ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), W. GARNIER, GENERAL DYNAMICS C4 SYSTEMS)

Début décembre 2011, l’astronome Wang Wei-hao [王為豪] a reçu un ensemble de données provenant de l’interféromètre en ondes millimétriques et submillimétriques ALMA (Atacama Large Millimiter/submillimeter Array), un réseau d’antennes paraboliques installé à 5 000 m d’altitude sur un plateau désertique du nord du Chili, et qui forme l’observatoire astronomique le plus avancé au monde. Les données fournies par l’ALMA sont particulièrement précieuses du fait de l’acuité inégalée de cet observatoire terrestre géant : il permet de « voir » des galaxies qui étaient indétectables jusqu’ici et devrait donc jouer un rôle fondamental dans la compréhension de la formation des étoiles et de l’univers. « L’ALMA apporte des possibilités entièrement nouvelles qui auraient été inimaginables il y a quelques années, note Wang Wei-hao. Avec chaque nouveau télescope, nous commençons à entrevoir ce qui nous était invisible par le passé. Les questions qui nous hantent depuis toujours trouveront peut-être un jour une réponse, et de nouvelles questions pourraient alors émerger. »

L’ALMA est géré en partenariat avec le Chili par des pays d’Asie de l’Est, d’Europe et d’Amérique du Nord. L’entrée de Taiwan dans ce projet date de 2005, avec la signature d’un accord de coopération entre l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica (ASIAA) et l’Institut national des sciences naturelles du Japon. Une étape supplémentaire a été franchie en 2008, lorsque le ministère des Sciences a scellé une collaboration sur l’ALMA avec la Fondation nationale des Sciences des Etats-Unis. Cet accord prévoyait que Taiwan apporte des financements à hauteur de 20 millions de dollars américains sur 10 ans et contribue à l’achèvement de l’observatoire et à son exploitation.

L’observatoire, d’une très grande complexité technique, sera composé de 66 antennes disséminées sur une aire de 16 km² qui travailleront comme un seul télescope géant – un projet représentant un investissement total de 1 milliard de dollars américains. Avec une telle quantité d’antennes ultra-précises, d’un diamètre de 7 m ou de 12 m et qui réaliseront des observations dans les fréquences millimétriques et submillimétriques, l’ALMA devrait fournir des images jusqu’à dix fois plus nettes que le télescope spatial Hubble. Une première batterie de 16 antennes radio a été mise en service fin septembre 2011 pour une série d’observations préliminaires de neuf mois baptisée Cycle 0.

Wang Wei-hao est chercheur à l’ASIAA mais son bureau est installé dans le département Astronomie et Mathématiques de l’Université nationale de Taiwan (NTU), à Taipei, dont le bâtiment a été construit avec des financements de l’Academia Sinica et qui est en effet utilisé par les deux institutions. Le chercheur est depuis toujours un passionné d’astronomie. Avec une spécialisation en astrophotographie, il a obtenu un doctorat en astronomie de l’Université de Hawaii en 2006 et a ensuite été recruté par l’Observatoire national de radio astronomie des Etats-Unis, où il a travaillé avant de rentrer à Taiwan en 2009. Il se concentre aujourd’hui sur la cosmologie expérimentale, un domaine qui utilise la physique des particules élémentaires et les observations astronomiques pour chercher à comprendre l’histoire de l’univers.

Contrairement aux télescopes placés en orbite comme Hubble, les instruments installés sur Terre sont sensibles aux conditions atmosphériques. C’est la raison pour laquelle ils sont situés dans des zones arides et élevées, comme le plateau de l’Atacama. Taiwan exploite également un observatoire sur Mauna Loa, l’un des deux sommets volcaniques d’Hawaii, un site lui aussi particulièrement adapté aux observations astronomiques.

Le projet présenté par le Taiwanais Wang Wei-hao concernant l’étude des sursauts de rayons gamma a été retenu pour la phase initiale de l’ALMA. (CHANG SU-CHING / TAIWAN REVIEW)

Très élevé

Beaucoup de pays et d’institutions de recherche étaient sur les rangs pour obtenir le droit d’utiliser l’ALMA durant la période d’observations préliminaires, et des astronomes du monde entier ont envoyé plus de 900 projets dont 112 ont été acceptés. Sur ces 112, huit sont des projets conçus par des équipes de scientifiques taiwanais, dont Wang Wei-hao. « Plus d’un quart des demandes émanant de Taiwan ont été acceptées, une proportion plus élevée que la moyenne mondiale », assure le chercheur. Le directeur de l’ASIAA, Paul Ho [賀曾樸], est lui aussi très enthousiaste à propos de la participation de Taiwan aux observations initiales de l’ALMA, et note qu’il s’agit d’un tournant pour l’astronomie taiwanaise.

Le projet de Wang Wei-hao concerne la détection de la lumière submillimétrique en provenance de sursauts de rayons gamma dont on attribue l’origine à la mort d’énormes étoiles situées dans de lointaines galaxies. L’astronome pense que ces bouffées de photons gamma renferment le mystère de l’origine de l’univers et de la formation des objets célestes, dont la Terre.

Ces dernières années, l’innovation technologique a joué un rôle central dans le progrès des connaissances sur l’univers en démultipliant la puissance des télescopes. Aujourd’hui, Taiwan participe à ces avancées en fournissant du matériel scientifique pour l’ALMA. Parmi les contributeurs technologiques taiwanais, on peut citer l’ASIAA, mais aussi Cotech, une société dont le siège est à Taichung, dans le centre de Taiwan, ou encore le Laboratoire de recherche aéronautique de l’Institut Chungshan des sciences et technologies, dans le district de Taoyuan. Ce dernier est placé sous la tutelle du bureau de l’Armement du ministère de la Défense. Ensemble, ces organisations publiques et privées ont mis en place un centre d’intégration pour le projet taiwanais dont la mission est de combiner et de vérifier les opérations des sous-systèmes de réception avant leur expédition au Chili pour installation sur les antennes.

Le président de Cotech, Ong Ching-long [翁慶隆], a créé la société en 2002 après avoir été directeur adjoint du département d’ingénierie aéronautique de l’Institut Chungshan. Cotech est spécialisée dans la fabrication de pièces en fibres de carbone telles que les réflecteurs capables de pointer rapidement le télescope sur un objet donné en alternance avec une source de référence voisine. La comparaison entre les signaux provenant de l’objet et de la source de référence permet alors de filtrer le « bruit de fond ».

Certains des grands projets auxquels a participé Ong Ching-long alors qu’il travaillait à l’Institut Chungshan lui ont donné une expérience précieuse de la fabrication de sous-systèmes complexes comme ceux utilisés dans l’ALMA. Cela a par exemple été le cas avec la construction de l’Indigenous Defense Fighter (IDF), un avion de chasse qui a été mis en service en 1992 et qui reste à ce jour le plus ambitieux des programmes d’armement développés localement. « Le fait d’avoir pu travailler sur des projets de cette envergure m’a donné une expérience précieuse de la gestion et de la mise en œuvre d’un système complet, au-delà de la seule fabrication des composants », dit-il. Ong Ching-long a par ailleurs fondé en 1991 le chapitre taiwanais de la Société pour l’avancement des matériaux et des processus d’ingénierie, une organisation basée en Californie, aux Etats-Unis, et il en est le président. L’organisation, à Taiwan, regroupe des cadres supérieurs des domaines de l’aérospatiale, de l’optronique, de l’automobile, de l’armement, de la biomédecine et des loisirs.

La société Cotech a aussi été chargée de concevoir et de superviser la construction de deux camions spécialisés pour le transport et la maintenance des récepteurs des antennes de l’ALMA. Cotech a construit les véhicules avec le constructeur automobile taiwanais Ke Chong. Auparavant, lorsqu’un récepteur nécessitait une maintenance, la parabole était acheminée sur un énorme camion depuis le site du télescope jusqu’à une installation située à 64 km de distance. Avec les véhicules de maintenance conçus par Cotech, un peu sur le modèle de ceux qui sont employés dans les aéroports pour la livraison des chariots de repas aux avions, la cabine de maintenance peut être hissée à 6,5 m de haut, au niveau de la parabole. Les camions peuvent en outre résister aux conditions naturelles spécifiques de l’Atacama, à savoir une altitude élevée et des températures très fraîches, et ils disposent de systèmes de réfrigération où les pièces sensibles peuvent être stockées à -270 °C.

Avant de collaborer sur le projet de l’ASIAA, Cotech avait travaillé avec ce même institut à la construction de radiotélescopes destinés au Yuan-Tseh Lee Array for Microwave Background Anisotropy (AMiBA), un réseau installé sur le Mauna Loa, à Hawaii. (Lee Yuan-tseh [李遠哲], colauréat du prix Nobel de Chimie en 1986, a été président de l’Academia Sinica de 1994 à 2006. Il a été l’un des principaux promoteurs de la participation de Taiwan aux activités de la communauté scientifique internationale, par le biais de financements publics et en aidant des scientifiques taiwanais à coopérer à des grands programmes de recherche internationaux dans les domaines de l’astronomie ou de la génétique, par exemple. Depuis septembre 2011, il est président du Conseil international pour la science (ICSU), qui regroupe des organisations et instituts de recherche, principalement en sciences naturelles et exactes.)

Un des véhicules utilisés pour la maintenance des antennes de l’ALMA qui ont été conçus par une société taiwanaise. (AIMABLE CRÉDIT ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), CARLOS PADILLA (NRAO/AUI/NSF))

Un modèle coopératif

Premier grand projet coopératif de Taiwan dans le domaine de l’astronomie, l’AMiBA n’a pas seulement fondé la cosmologie expérimentale comme champ d’étude pouvant déboucher sur une véritable carrière comme cela a été le cas pour Wang Wei-hao, note l’ASIAA : il a aussi servi de modèle coopératif pour la conception et la fabrication d’instruments très avancés technologiquement qui requièrent l’expertise de chercheurs et d’ingénieurs.

Ong Ching-long relève que l’enseignement a eu sa part dans l’avance de Taiwan dans le domaine de l’astronomie. Le sujet a d’abord été enseigné dans les universités, en complément des formations en physique ou sciences de la Terre, jusqu’à la création, au début des années 90, de départements spécifiques au sein des universités. L’année 1992 a par exemple vu la création de la première classe d’étudiants en mastère à l’Institut supérieur d’astronomie de l’Université nationale centrale, à Taoyuan. Le doctorat a suivi en 2009. Quant à l’Institut supérieur d’astrophysique de la NTU, il a ouvert des classes de mastère et de doctorat en 2003.

L’intérêt de Taiwan pour l’astronomie ne se limite pas aux étudiants, aux chercheurs et aux ingénieurs. Wang Wei-ho explique que de nombreux astronomes amateurs se joignent régulièrement à une activité baptisée « Soirée des étoiles »  organisée en fin d’année sur le mont Hehuan, dans le centre de Taiwan. Avec ses 3 417 m, Hehuan est l’un des sommets les plus élevés de l’île. Ainsi sont en train, peut-être, de se former les futures générations de l’astronomie insulaire. Quoi qu’il en soit, au travers de projets comme l’AMiBA et l’ALMA, Taiwan joue, à n’en pas douter, un rôle essentiel dans l’exploration des secrets de l’univers.