Station de radioastronomie de Nançay - Définition et Explications

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Introduction

La station de radioastronomie de Nançay (ou observatoire de Nançay), est située dans le département du Cher, à environ 30 km de Bourges en plein cœur de la Sologne sur la route de Nançay, en France.

Il comprend trois instruments :

  • le radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour...) est le quatrième plus important, de par sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) collectrice, au monde (Le mot monde peut désigner :). Il reçoit des ondes électromagnétiques en provenance de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).
  • le radiohéliographe, constitué de deux alignements de détecteurs radio paraboliques, pointés sur le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et fonctionnant par interférométrie ;
  • le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) décamétrique, ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de 144 antennes consacrés à l'étude des phénomènes électromagnétiques solaires et de Jupiter.

Historique

Un des deux radars Würzburg ayant servi comme premier radiotélescope

Yves Rocard (Yves Rocard, né à Vannes le 22 mai 1903 et mort à Paris le 16 mars 1992, est physicien...) est le pionnier de la radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie traitant de l'observation du ciel dans le...) en France, qu'il a découvert pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) Guerre mondiale en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....), quand il était directeur de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) des Forces navales françaises libres. Il apprit l'existence du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) radio du soleil, détecté par les radars anglais.

Après la guerre, nommé directeur du laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de l'École normale supérieure, il constitua la première équipe française en radioastronomie : Jean-François Denisse, Jean-Louis Steinberg et Émile Jacques Blum.

Les premiers instruments furent installés sur le toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant...) de leur laboratoire, rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) Lhomond à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...). Un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) de projecteur (Le mot projecteur peut désigner les instruments d'optique suivants :) américain de 1,5 mètre de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...), transformé en équatorial, observa les variations du rayonnement du soleil. Il fut détruit par une rafale de vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...). Un miroir de 3 mètres fera des observations du soleil sur 30 cm.

Il installe les premières antennes de détection en région parisienne mais est rapidement gêné par le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) généré par l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) humaine.

Le terrain de 150 hectares à Nançay est choisi dès 1952, et acquis le 25 novembre 1953 : situé en pleine Sologne (La Sologne est une région forestière française situé dans la région Centre...), le lieu est plat, peu habité, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en restant proche de Paris.

La station est inaugurée le 21 octobre 1956 par René Billères, ministre de l'Éducation nationale, de la Jeunesse et des Sports.

Les deux premières antennes, basées sur des radars allemands de type Würzburg Riese de 7,5 mètres de diamètre, furent utilisées en interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre...) jusqu'en 1962. Un des 2 est maintenant au mémorial de Caen.

Le site ne comporte pas à proprement parler de centre de recherche : les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) sont transmises directement à l'observatoire de Meudon ou à l'ensemble de la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) par réseau informatique (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour...).

Le radiohéliographe

Il comprend 44 antennes paraboliques orientables, réparties sur deux alignements perpendiculaires sous forme de T et pointées sur le soleil. La branche est-ouest comprend 19 antennes couvrant 3 200 mètres. La branche nord-sud comporte 25 antennes sur une distance de 2 400 mètres. Elles fonctionnent par interférométrie.

Le Grand Radiotélescope

Schéma du Grand Radiotélescope

En 1960, sous l'impulsion d'André Danjon, directeur de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) en France et de Jean-François Denisse, il est décidé de construire un radiotélescope décimétrique à Nançay. La construction en est confiée a la Compagnie Française d'Entreprises (C.F.E.) et à son directeur industriel Jean Roret.

Du fait des contraintes de précision, il est d'abord décidé de construire un cinquième de l'ensemble prévu : il s'agit de la partie centrale.

Ce radiotélescope a été inauguré le 15 mai 1965 par Charles de Gaulle, président de la république et Christian Fouchet, ministre de l'Éducation Nationale.

Conception

C'est un radiotélescope de type Kraus du nom de John D. Kraus, concepteur (Un concepteur est une personne qui imagine et réalise quelque chose. Ce mot vient du verbe...) du premier radiotélescope de ce type, The Big Ear, qui fonctionne de 1963 à 1998 et qui découvre le fameux signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) Wow! en 1977. Le radiotélescope RATAN-600 est une variante de ce type.

Comparaison des dimensions entre The Big Ear et le Grand Radiotélescope de Nançay
Diamètre équivalent Miroir plan Miroir sphérique Distance focale (La distance focale d'un système optique est la mesure de sa puissance de convergence (focus)...) Terrain
Longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) Hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) Longueur Hauteur Longueur Largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...)
The Big Ear 52,5 m 103,63 m 30,48 m 109,73 m 21,34 m 128,02 m 152,4 m 109,73 m
GRT Nançay 100 m 200 m 40 m 300 m 35 m 280 m 460 m 300 m

Équivalent, en surface collectrice à une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) parabolique de près de 100 m de diamètre, il est constitué d'un miroir "radio" (en fait, une grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un...) métallique) plan mobile selon un axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la...) de 200 mètres sur 40 mètres et pesant 400 tonnes, permettant de pointer une source radio dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) à différentes élévations, d'un miroir fixe représentant une portion de sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une...) de 300 m par 35 m, puis d'un ensemble de petits miroirs qui précédent deux récepteurs radio basses (1,0 à 1,7 GHz) et hautes (1,6 à 3,5 GHz) fréquences. Ces récepteurs sont placés sur un ensemble mobile le long d'une voie ferrée (Une voie ferrée est un chemin de roulement pour les convois ferroviaires, constitué d'une ou...) de 80 mètres de manière à pouvoir compenser le mouvement de rotation de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) sur elle-même et suivre ainsi les sources émettrices d'ondes radio pendant une durée d'un peu plus d'une heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...).

Le radiotélescope de Nançay fait de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) centimétrique. Comme dans tout radiotélescope, le maillage des miroirs métalliques est tel que la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) des mailles (ici, environ un centimètre) est inférieure à la longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) du rayonnement capté, afin de permettre la réflexion des ondes électromagnétiques.

Les longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) étudiées sont essentiellement de 21, 18 et 9 cm, correspondant à des raies de l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) HI (1,41 GHz), du radical OH (1,66 GHz) et du radical CH (3,3 GHz). L'analyse du décalage de ces longueurs d'onde par effet Doppler permet de calculer la vitesse (On distingue :) des structures observées.

Ce type de fonctionnement (par miroir plan mobile) permet d'examiner une grande partie de la voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un...) céleste, contrairement au radiotélescope d'Arecibo, nettement plus grand, mais dont la conception (parabole immobile) ne permet d'observer qu'au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) du zénith de l'instrument.

L'instrument reste très sensible aux rayonnements électromagnétiques générés par l'activité humaine : des mesures drastiques ont été prises pour en limiter l'effet, dont le recouvrement (Un recouvrement d'un ensemble X est un ensemble P de sous-ensembles non vides de X tel que l'union...) de tous les bâtiments techniques d'un grillage formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) cage de Faraday (Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et...). Une antenne séparée permet également de capter le rayonnement artificiel pour le soustraire au signal étudié.

Expérimentations astrophysiques

De nombreuses expérimentations astrophysiques ont été et continuent d'être menées avec ce radiotélescope qui reste toujours au quatrième rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du...) mondial de par sa taille.

Signalons la découverte du signal du radical OH dans la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de...) Kohoutek (C/1973 E1) en décembre 1973. Depuis, près d'une centaine de comètes ont été observées à Nançay, le signal de leur radical OH permettant de mesurer la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) qui s'en échappe.

Des expérimentations ont été menées en 1981 pour la détermination du rapport d'abondance isotopique O17H / O16H dans le centre de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...), composé d'un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) d'hydroxyde, dans le cadre d'études cosmologiques.

Des relevés de vitesses d'éloignement de milliers de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) sont également toujours en cours, avec à la clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible...) la détermination de la constante de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) (expansion de l'Univers). Depuis la fin des années 1980, une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) de mesures extrêmement précises des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) d'arrivée des impulsions radio des pulsars est en cours.

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