Présentation

Description

La Radioastronomie

Qui pense “radio” pense généralement “son”… Pas ici ! Les astres ne produisent aucun son, son qui ne pourrait d’ailleurs pas se propager dans le vide qui nous en sépare.

La confusion vient du sens courant de l’expression “Emission Radio”, qui signifie “programme musical ou parlé”. Mais en fait, les émissions “radiodiffusées” utilisent des ondes électromagnétiques radio (dans une bande étroite, différente pour chaque émetteur) pour véhiculer les sons.L’information sonore est codée dans ces ondes radio, de nature identique aux ondes lumineuses mais invisibles pour nous car de fréquence beaucoup plus basse (bien plus loin que l’infra-rouge), et qui sont simplement le support de la propagation de l’information et non l’information elle-même.

Elles sont le train postal qui transporte le courrier et non le courrier lui-même. En revanche, les ondes radio que l’on reçoit des astres (dans une bande spectrale large) constituent elles-mêmes l’information recherchée.

On peut ILLUSTRER le contenu d’un spectre dynamique en le convertissant en sons, c’est à dire en en faisant une “image sonore”, où les dimensions de temps, fréquence et intensité conservent leur nature, mais concernent les sons obtenus.

Ceux-ci ne sont pas plus réels que les couleurs que l’on utilise pour dessiner un spectre dynamique ou que les contours dessinés sur une carte topographique, mais ils représentent fidèlement les phénomènes illustrés, pour peu que l’on comprenne bien les limites de cette représentation.

La Station de Radioastronomie de Nançay

La Station de Radioastronomie de Nançay est à la fois un département de l’Observatoire de Paris, l’USN (Station de Radioastronomie de Nançay) et une unité associée au CNRS/INSU (USR704) et à l’Université d’Orléans.

Elle est membre de l’OSUC, Observatoire de Sciences de l’Univers en région Centre, dont elle est un des 3 laboratoires fondateurs.

La Station de Nançay, à la fois site d’observation et laboratoire instrumental, est spécialisée dans le domaine de la radioastronomie basse fréquence (30 MHz à 10 GHz).

Créée en 1953, la Station abrite plusieurs grands instruments pour l’observation d’objets astrophysiques, le grand radiotélescope décimétrique permet en particulier l’étude de la dynamique de l’univers local, des enveloppes stellaires, des comètes, le chronométrage des pulsars.

Le soleil, surtout la couronne solaire, est surveillé par deux instruments complémentaires, dans deux gammes de fréquence différentes, le radiohéliographe et le réseau décamétrique. Ce dernier observe aussi les émissions radio émises par la planète Jupiter.

En 2010 une station européenne LOFAR est installée à Nançay. Cet élément du radiotélescope basse fréquence de nouvelle génération néerlando-européen LOFAR (LOw Frequency ARray) permet des observations avec une meilleure sensibilité dans divers domaines de l’astrophysique.

En 2019, un nouvel instrument, NenuFar, a été inauguré. Il est composé de 1824 antennes et fonctionne de façon autonome ou en interaction avec le réseau européen LOFAR. Il couvre une large gamme d’observations scientifiques (la formation des galaxies et des amas de galaxies, les pulsars, le Soleil, les planètes et les exoplanètes).

En ce qui concerne les études de R&D, elles concernent la microélectronique, le traitement du signal.

La station accueille aussi une instrumentation pour l’étude de la contrepartie radio des gerbes cosmiques, en partenariat avec des chercheurs de physique des particules(IN2P3/CNRS).

Que ce soient les observations ou les études de R&D, elles se font le plus souvent dans un cadre européen (programmes FP7 Radionet, PrepSKA de la Commission Européenne) ou international.
Beaucoup de programmes d’observation se font en collaboration avec des projets spatiaux (ESA, NASA).

Elle est le lieu de développement en France d’instrumentation de nouvelle génération pour ce domaine, en particulier dans le cadre de programmes européens et internationaux.

Historique

Pourquoi créer un observatoire spécialisé ?

1946, la France récemment libérée avait un retard de plusieurs années en électronique, retard dû à la défaite de 1940 et à l’occupation qui s’en suivit. Il s’y est pourtant constitué deux équipes de radioastronomie. L’une, animée par M. Laffineur, à l’Institut d’Astrophysique de Paris, l’autre au Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure.

Le Directeur de ce Laboratoire, le Professeur Y. Rocard, avait été membre d’un réseau de résistance, transporté de France en Angleterre dans un petit avion anglais, il devint Chef du Service de Recherche des Forces Navales Françaises Libres. A ce titre, il eut connaissance de la détection fortuite, par les radars anglais, de l’émission radio du Soleil. Il proposa à J. F. Denisse et à J.-L. Steinberg de se lancer dans la radioastronomie.

Il leur fournit les moyens nécessaires, en particulier des radars allemands du type Würzburg avec leurs miroirs de 7,5 m de diamètre, il mit aussi à leur disposition une partie du terrain d’un Centre de Recherche de la Marine situé à Marcoussis.

Bientôt rejoints par E.J. Blum, A. Boischot, E. Le Roux, les deux physiciens entreprirent d’obtenir leur premières observations, on construisit des antennes à Marcoussis pour l’observation du Soleil et l’on équipa l’un des Würzburg pour observer le rayonnement galactique.

Une éclipse de Soleil a été observée en ondes centimétriques et métriques avec des antennes rachetées aux surplus de l’armée américaine en Afrique en 1951.

Au cours d’une grande réunion internationale tenue en Australie en 1952, les délégués français purent voir les grandes antennes construites par les Australiens. Il devint évident que l’avenir des instruments français était très limité et qu’il devenait possible et urgent de concevoir et de construire des instruments beaucoup plus grands, dotés d’un meilleur pouvoir séparateur. Ceci impliquait la création d’un Observatoire spécialisé.

Le choix du site de Nançay

Sous l’impulsion de J.-L. Steinberg et avec l’appui sans limite du Professeur Y. Rocard, il fut décidé de construire une grande station française pour y abriter deux instruments principaux. Un grand réseau pour les observations solaires sur ondes métriques et un interféromètre à base variable pour des études galactiques.

Des fonds considérables (25 millions de francs 1952) furent alloués par le Ministère de l’Éducation Nationale à l’École Normale Supérieure et la recherche d’un terrain adéquat commença.

Le terrain devait être grand pour abriter deux bases perpendiculaires de 1500 mètres de long, assez plat pour limiter le volume des terrassements, éloigné des zones industrielles et de leurs parasites mais assez proche de Paris pour que les communications soient faciles.
C’est ainsi qu’un terrain de 150 hectares fut acheté à Nançay, dans le département du Cher, en 1953.

C’est pendant la construction de la Station que l’ensemble du Groupe de l’École Normale Supérieure (ENS) fut accueilli à l’Observatoire de Paris, par une décision de son Directeur, A. Danjon et forma l’équipe de radioastronomie animée par J.F. Denisse.

Si le terrain de la Station reste la propriété de l’ENS, c’est aujourd’hui l’Observatoire de Paris qui en assure la gestion et le développement en association avec le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).

L’équipe de radioastronomie s’étoffait rapidement, au moins en chercheurs.
Ce sont eux qui, en 2 ans, ont construit de leurs mains le premier réseau métrique pour l’observation du Soleil qui comportait dans sa première version 16 miroirs de 5 m de diamètre (construits dans l’industrie) disposés sur une base Est-Ouest terrassée par un détachement du Génie de Libourne.

Sur la plate-forme Est-Ouest puis sur une autre orientée Nord-Sud, une entreprise de Salbris construisit une voie ferrée de 6 mètres d’écartement étudiée spécialement (et gratuitement) par les Ingénieurs de la SNCF.

Des kilomètres de câbles divers furent enterrés dans des fossés creusés avec des pioches et des pelles.

Les premières observations

La Station a aussi été équipée d’instruments de dimensions modestes capables de mesurer le flux global reçu du Soleil sur ondes centimétriques et métriques. De tels instruments sont indispensables pour suivre l’activité solaire et identifier les phénomènes transitoires qui s’y produisent. L’accent a été mis sur la construction des interféromètres de divers types.

L’interféromètre centimétrique comprenait deux miroirs de 2 m qui suivaient le Soleil.

Un autre toujours en fonctionnement, est formé de 16 miroirs de 1,1 m qui peut résoudre 1/7 du diamètre solaire.

L’interféromètre à deux miroirs de 7.5 m montés sur la voie ferrée en croix a permis des études galactiques à haute résolution sur 21 cm de longueur d’onde, la longueur de sa base pouvait être variée et orientée à volonté, ce qui permettait d’obtenir l’équivalent d’un miroir unique de 1 500 m de diamètre.

Le grand réseau interférométrique en croix a été construit pour l’étude du Soleil et la localisation des radiosources qui fonctionne sur ondes métriques.

Cet instrument a beaucoup évolué depuis 1955 date où il comportait 32 miroirs fixes de 5 m de diamètre sur une base Est-Ouest, puis un peu plus tard huit de 10 m sur une base Nord-Sud.

Au début des années 60, il fut décidé de construire à Nançay, le Radiotélescope Décimétrique qui représentait un investissement scientifique, technique et donc financier sans commune mesure avec ceux impliqués par les autres instruments de la Station.

Une première tranche représentant le 1/5ème du télescope actuel fut construite afin de tester la faisabilité, puis la totalité de la construction fut décidée et le Président de la République, Charles de Gaulle, inaugura le Radiotélescope Décimétrique en 1965.

Depuis cette époque, d’autres instruments ont été implantés sur le site (le Réseau Décamétrique).

Les collaborations

Certaines institutions ont investi sur le site de NANCAY en développant des moyens complémentaires dans le cadre de projets en coopération.

En particulier, le Centre National d’Etudes des Télécommunications (CNET) a conçu et réalisé un instrument de sondage de l’lonosphère terrestre qui utilisait le Radiotélescope Décimétrique comme antenne réceptrice. Ce sondeur a fourni pendant vingt ans des données particulièrement originales sur la dynamique et la composition de l’lonosphère.

D’autres institutions ont utilisé les instruments de la Station pour leurs propres recherches. Ainsi, l’Institut Géographique National (I.G.N.) a inclu le site de Nançay dans son réseau de référence, en déterminant la position du Radiotélescope Décimétrique par interférométrie à très longue base.

D’autre part, la Station a été le lieu de formation de la plupart des radioastronomes français dont certains ont été explorer des domaines de longueurs d’ondes nouveaux.

Les ondes kilométriques depuis les engins spatiaux au Département de Recherches Spatiales de l’Observatoire de Paris et les ondes millimétriques à l’Observatoire de Bordeaux puis à l’Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM).
Enfin au Département de Radioastronomie Millimétrique de l’Observatoire de Paris et au Laboratoire de Physique de l’ENS où la Radioastronomie est revenue.

Pendant les premières années, la Station employait un couple de techniciens qui géraient les moyens d’hébergement et la cantine.

Aujourd’hui une cinquantaine d’Ingénieurs, Techniciens et Administratifs y travaillent en permanence. Ce sont ces personnels qui, en collaboration étroite avec les chercheurs, assurent le fonctionnement de tous les services, la maintenance des équipements, la conception et la réalisation totale ou partielle des instruments ainsi que la gestion des observations.