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Espace : qu'est-ce que le James Webb, le télescope lancé par Ariane ce 25 décembre ?

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Par Vincent Coste  avec AFP, NASA, ESA
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Archives : le télescope James Webb lors de son assemblage dans un des locaux de la Nasa, à Greenbelt aux Etats-Unis, le 13 avril 2017
Archives : le télescope James Webb lors de son assemblage dans un des locaux de la Nasa, à Greenbelt aux Etats-Unis, le 13 avril 2017   -   Tous droits réservés  Laura Betz/NASA via AP Photo

C'est un gros cadeau de Noël pour tous les astrophysiciens de la Terre ! Une fusée Ariane 5 a lancé sans encombres, ce 25 décembre à 13h20 (heure de Bruxelles), le télescope spatial James Webb (JWST), le plus grand, le plus puissant, mais aussi le plus cher, des télescopes jamais envoyés dans l'espace.

Ce décollage était crucial pour le lanceur européen, en retard sur la technologie des fusées réutilisables popularisées par son rival américain SpaceX,

Ce lancement a été opéré depuis Kourou en Guyane. Il avait été reporté à plusieurs reprises. Une fenêtre de tir avait été ainsi évoquée pour le 24 décembre, mais, en raison des mauvaises conditions météorologiques qui étaient en vigueur dans le département français d'outre-mer, elle avait dû être ajournée.

Quelques minutes après le lancement, la coiffe de la fusée qui recouvrait le télescope a été larguée. Et une dizaine de minutes plus tard, l'étage principal de l'Ariane 5 et le James Webb se sont séparés. Le JWST a été ensuite alimenté par la poussée de l'étage supérieur, comme le représente l'animation ci-dessous.

La séparation finale s'est produite à un peu plus de 13h47. Le télescope James Webb vole désormais dans l'espace de ses propres ailes.

Un observatoire spatial à dix milliards de dollars

Le JWST a été construit aux États-Unis sous la direction de la Nasa. Les entreprises américaines Northrop Grumman et Lockheed-Martin ont notamment participé à sa construction. Ce télescope spatiale incorpore aussi des instruments mis au point par les agences spatiales européenne (ESA) et canadienne (CSA).

Son lancement depuis la base de Kourou, où il est arrivé en octobre après un voyage de 16 jours en bateau depuis la Californie, avait donc été reporté à deux reprises à la suite de problèmes mineurs. La Nasa et Arianespace voulaient exclure tout risque lié au lancement de l'instrument, développé depuis plus de 20 ans pour un coût avoisinant les dix milliards de dollars.

Les équipes conjointes de la Nasa et d'Arianespace "ont procédé avec succès à l'encapsulation de l'observatoire dans la fusée Ariane 5", a expliqué la Nasa en confirmant la date du lancement. Déjà juché en haut de la fusée, le télescope a été ainsi enfermé dans sa coiffe.

Une revue générale du lancement aura lieu le 21 décembre, et si tout est prêt, la fusée sera amenée vers son pas de tir le 22 décembre, a encore indiqué la Nasa.

Présenté comme le successeur du télescope Hubble, lancé en 1990, le JWST doit explorer avec une précision inégalée toutes les phases du cosmos, jusqu'aux premiers âges de l'Univers et la formation des premières galaxies. Contrairement à Hubble qui orbité autour de la Terre, le JWST sera placé en orbite autour du Soleil, à 1,5 million de kilomètres de la Terre et son miroir fera constamment dos à notre étoile.

A quoi ressemble le JWST ?

Sa pièce-maîtresse est son immense miroir principal, mesurant 6,6 mètres de diamètre et formé de 18 miroirs plus petits, de forme hexagonale. Ils sont faits de béryllium et recouverts d'or pour mieux réfléchir la lumière captée des confins de l'Univers.

Chris Gunn/NASA via AP
Le miroir principal du JWST, photographiée dans les locaux de la compagnie Northrop Grumman, à Redondo Beach en Californie, le 5 mars 2020Chris Gunn/NASA via AP

Son miroir principal est beaucoup plus grand que celui de Hubble : un diamètre 2,7 fois plus grand ce qui représente une surface 6 fois plus grande.

La masse totale de l'engin est de plus de 6 000 Kg, dont 700 kg pour le miroir principal.

L'observatoire comporte également quatre instruments scientifiques : des imageurs permettant de faire des photos du cosmos, et des spectromètres, qui décomposent la lumière pour étudier les propriétés chimiques et physiques des objets observés.

Northrop Grumman/NASA via AP
Vue d'artiste représentant le télescope James Web dans l'espaceNorthrop Grumman/NASA via AP

Il dispose, par exemple, d'instruments infrarouges couvrant de plus grandes longueurs d'onde et offrant une sensibilité nettement supérieure à celle de Hubble.

NASA via AP
Photo non datée du télescope Hubble orbitant autour de la TerreNASA via AP

Le miroir et les instruments sont protégés par un énorme pare-soleil, composé de cinq couches superposées. Grandes comme un terrain de tennis, elles sont aussi fines qu'un cheveu, et faites de kapton, un matériau choisi pour sa résistance à des températures extrêmes : une face sera à plus de 110°C et l'autre à -235°C.

Pour communiquer avec la Terre, le télescope enverra ses données à la Terre à l'aide d'un émetteur radio à haute fréquence. Les antennes radio faisant partie du Deep Space Network de la NASA recevront les signaux et les transmettront à l'Institut des sciences du télescope spatial (Space Telescope Science Institute) à Baltimore, dans l'Etat du Maryland. Comment va-t-il se déployer ?

Comment va-t-il se déployer ?

Le télescope étant trop grand pour entrer dans une fusée, il a été plié sur lui-même. Une contrainte technique qui engendre la partie la plus compliquée de la mission : son déploiement dans l'espace, le plus périlleux jamais tenté par la Nasa.

M.Pedoussaut/ESA via AP
Le télescope spatial James Webb, replié sur lui-même, avant d'être placé dans la fusée Ariane 5, le 11 décembre 2021 dans les locaux de l'astroport de européen de Kourou.M.Pedoussaut/ESA via AP

Environ 30 minutes après le décollage, l'antenne de communication et les panneaux solaires l'alimentant en énergie seront déployés.

NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab via AP
Les différentes étapes du déploiement du télescope spatial James WebbNASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab via AP

Puis le déploiement du pare-soleil, jusqu'ici plié comme un accordéon, commencera au sixième jour, bien après avoir dépassé la Lune. Ses fines membranes seront guidées par un mécanisme complexe impliquant 400 poulies et 400 mètres de câble.

Durant la deuxième semaine, viendra enfin le tour du miroir.

Une fois dans sa configuration finale, les instruments devront refroidir et être calibrés, et les miroirs très précisément ajustés. Au bout de six mois, le télescope sera prêt.

Quel est sa mission ?

James Webb a deux grandes missions scientifiques représentant plus de 50% du temps d'observation. D'abord, explorer les premiers âges de l'Univers, en remontant jusqu'à seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.

"C'est une machine à remonter le temps qui va nous rapprocher du Big bang, il y a plus de 13 milliards d'années" a ajouté le PDG d'Arianespace, Stéphane Israël, interrogé ce lundi par la radio France Inter.

Sa deuxième grande mission sera d'étudier des exoplanètes, c'est-à-dire des planètes autour d'autres étoiles que notre Soleil, en quête d'environnement habitable, en étudiant notamment leur atmosphère.

La grande nouveauté de James Webb est qu'il opérera uniquement dans l'infrarouge proche et moyen. Il pourra ainsi voir à travers des nuages de poussière impénétrables pour Hubble, qui a une petite capacité infrarouge mais opère surtout dans la lumière visible et les ultraviolets. Il étudiera également les mystérieux trous noirs.

Sont aussi prévues des observations plus proches, dans notre système solaire, de Mars ou encore Europe, une lune de Jupiter.

Pourquoi James Webb ?

Le télescope a été baptisé James en l'honneur de James E. Webb (1906-1992) qui fut le second administrateur de la NASA. Webb est surtout connu pour avoir dirigé Apollo, une série de programmes d'exploration lunaire qui ont permis aux premiers humains de se poser sur la Lune.

Pourquoi Ariane et pas SpaceX ?

La Nasa a expliqué avoir Ariane au début des années 2000 car à l'époque, c'était le seul lanceur qui répondait aux exigences de l'agence spatiale américaine pour le lancement d'un programme comme celui de James Webb. La Nasa indique également que ce choix renforce également le partenariat international avec l'Agence spatiale européenne. En effet, "outre les les services de lancement, l’ESA contribue à deux des quatre instruments scientifiques et fournit le personnel nécessaire aux opérations de la mission".

Le projet avait été, en effet, lancé dans les années 1990, et sa construction a commencé en 2004. Son décollage a maintes fois été repoussé, initialement en 2007, puis 2018... Notamment à cause de la complexité de son développement.

Plus de 10 000 personnes ont travaillé sur ce projet international, dont le budget a explosé. James Webb devrait être opérationnel durant au moins 5 ans et potentiellement jusqu'à plus de 10 ans.