On lit souvent qu’une nuit d’observation dure deux ou trois heures sous la coupole. Les consignes de l’Observatoire de Haute-Provence, que j’ai lues, demandent à l’observateur de se présenter à la coupole à quatorze heures le jour où sa mission commence, pour vérifier la configuration de l’instrument et lancer ses calibrations. Six heures avant la nuit. Et la coupole travaille depuis plus longtemps encore : close et climatisée, elle descend tout l’après-midi vers la température qu’il fera dehors quand le cimier s’ouvrira. Le reste consiste à ne pas perdre ce que cet après-midi a gagné.
1 · La mise en température de la coupole. L’équipe de jour, celle qui rend la coupole en fin d’après-midi et redescend avant la nuit.
- Entre
- La prévision de température pour la soirée, à l’heure prévue d’ouverture du cimier.
- Il s’y passe
- La coupole fermée est refroidie jusqu’à la valeur attendue dehors, et non jusqu’à une consigne de confort.
- Avec
- Une climatisation de coupole dont la consigne se calcule sur la prévision météo, comme au Very Large Telescope.
- En
- Tout l’après-midi. L’inertie des deux miroirs demande bien plus que quelques heures de ventilation.
- Sort
- Un volume d’air et une optique à quelques dixièmes de degré de l’air extérieur.
- Ce qui rate
- La turbulence de miroir, cette couche d’air brassé au ras du verre quand le miroir est resté plus chaud que l’air du dôme. Elle se paie 0,40 seconde d’arc par degré, et rien ne la rattrape.
2 · Les calibrations de jour. L’observateur, seul dans la coupole à partir de quatorze heures.
- Entre
- Le programme accepté par le comité d’attribution de temps, cible par cible, avec le mode prévu pour chacune.
- Il s’y passe
- La configuration est vérifiée, puis les lampes défilent devant les fibres pour repérer les ordres, mesurer la réponse et fixer les longueurs d’onde.
- Avec
- Une lampe au tungstène, une lampe à thorium-argon et un étalon de Fabry-Pérot, logés dans un local à température tenue.
- En
- Plus de mille raies du thorium servent à la solution en longueur d’onde, à 1 m/s près.
- Sort
- Un jeu de calibrations daté du jour, archivé sans intervention.
- Ce qui rate
- La calibration prise dans l’autre mode que celui du programme. Le spectrographe travaille à deux résolutions, 75 000 et 40 000, et l’erreur ne se voit qu’au dépouillement.
3 · La décision d’ouvrir. Toujours l’observateur, devant les relevés de la station météo du site.
- Entre
- L’humidité relative, le vent moyen et en rafale, et l’écart entre la température de l’air et le point de rosée.
- Il s’y passe
- Chaque valeur se compare à un seuil écrit dans la consigne, et un seul seuil franchi suffit à garder le cimier fermé.
- Avec
- La station météo du site et le tableau de seuils affiché en salle de commande.
- En
- Deux degrés d’écart au point de rosée et on ferme sur-le-champ, sur le télescope auxiliaire de l’observatoire Vera Rubin. Gemini Sud arrête à 85 % d’humidité relative, 20 m/s de vent établi, 25 m/s en rafale.
- Sort
- Le cimier ouvert peu après le coucher du soleil, ou une nuit qui ne commencera pas.
- Ce qui rate
- La prise de rosée : l’air se refroidit plus vite que prévu, l’eau se dépose sur le miroir, et il faut attendre qu’il sèche. Un quart d’heure au moins sous les seuils avant de rouvrir.
4 · Le pointage et la mise au point. Lui encore, sur la première cible de la liste.
- Entre
- Les coordonnées de la première étoile du programme.
- Il s’y passe
- La coupole tourne pour amener la fente devant le tube, le télescope pointe, l’étoile se centre sur l’entrée de la fibre, puis des poses courtes cherchent la meilleure position du foyer.
- Avec
- La rotation de coupole asservie au télescope et une caméra de champ.
- En
- La largeur de la tache à mi-hauteur donne le seeing du moment. Il tourne autour de 2 secondes d’arc au-dessus de la Haute-Provence, et descend parfois à 1.
- Sort
- Une étoile centrée, un foyer réglé, la valeur de seeing notée.
- Ce qui rate
- Le vignettage par le cimier, quand la coupole prend du retard sur le télescope et qu’un bord d’ouverture mange une part du faisceau. Le flux baisse sans que l’image bouge.
5 · La série de poses. Lui, seul devant les écrans, jusqu’au petit matin.
- Entre
- Une cible, son temps de pose calculé, son mode.
- Il s’y passe
- Pose, lecture du détecteur, changement de cible, et de temps à autre une calibration glissée entre deux objets pour suivre la dérive de l’instrument.
- Avec
- Un spectrographe à fibres logé loin du télescope, dans une cuve dont la température ne bouge pas de plus de 0,01 °C.
- En
- De 5 minutes à 1 heure par pose. Il faut 90 minutes pour un rapport signal sur bruit de 27 sur une étoile de magnitude 14,5 dans le mode le plus lumineux, et le Fabry-Pérot revient toutes les deux heures environ.
- Sort
- Des spectres archivés au fil de la nuit, sans manipulation.
- Ce qui rate
- Le seeing qui monte au milieu d’une pose longue. L’étoile déborde de l’entrée de la fibre, le flux s’effondre, et une heure de pose devient inutilisable sans qu’aucun voyant ne s’allume.
6 · Les images de l’aube et la fermeture. Lui, une dernière heure, avant de rendre la coupole.
- Entre
- Le ciel du crépuscule du matin, uniforme et encore sombre.
- Il s’y passe
- Le télescope vise une zone vide pour enregistrer des plages de lumière uniforme sur le fond de ciel, puis des poses à obturateur fermé et à durée nulle.
- Avec
- Le ciel lui-même comme source, puis le seul détecteur.
- En
- Une vingtaine de minutes de fenêtre utile, et le fond de ciel monte vite.
- Sort
- Le cimier refermé, la feuille de coupole remplie : temps observé, temps perdu pour la météo, temps perdu pour raison technique, transparence, qualité d’image.
- Ce qui rate
- La plage de lumière uniforme prise trop tard, saturée par le jour. Elle ne corrige plus la poussière ni le vignettage, et toutes les poses de la nuit gardent leurs défauts.
Un degré d’écart entre le miroir et l’air ajoute quatre dixièmes de seconde d’arc à l’image
La mesure vient du télescope Canada-France-Hawaï, où la qualité des images a été comparée pendant des mois aux sondes thermiques du bâtiment. Quand le miroir primaire est plus chaud que l’air du dôme, l’image s’élargit de 0,40 seconde d’arc par degré d’excès. L’écart entre l’air de la coupole et l’air du dehors pèse environ un dixième de seconde d’arc par degré. Pris ensemble au niveau du miroir, un seul degré coûte une demi-seconde d’arc.
L’atmosphère seule, en Haute-Provence, donne une image d’environ 2 secondes d’arc. Un miroir en retard d’un degré ajoute donc un quart de ce que le ciel impose déjà, et cette part-là vient du bâtiment.
Le refroidissement se fait donc de jour, coupole fermée, et il vise la température extérieure attendue au moment où les portes s’ouvriront. Au Canada-France-Hawaï, on tient de la même façon le plancher de la coupole et l’huile des paliers hydrostatiques près de la température moyenne de l’air extérieur à minuit.
Au Pic du Midi, le télescope Bernard Lyot est monté dans une tour de 28 mètres de haut pour 14 de diamètre, aux structures dissociées, et sa coupole a été dessinée pour limiter les échanges thermiques entre son air et celui du dehors.
Cent soixante-dix nuits sans nuages par an, et le mistral en abîme quarante-cinq autres
Le temps perdu se compte avant le temps utile, parce que c’est lui qui décide de ce qu’un semestre rapporte. En Haute-Provence, on relève en moyenne 170 nuits sans nuages sur 365. Une quarantaine de jours par an, le mistral dégrade l’image au-delà de 10 secondes d’arc, soit cinq fois la valeur ordinaire du site : le ciel est parfaitement dégagé et la nuit ne vaut rien pour un programme qui demande de la finesse.
Ce temps-là se compte à la main. À la fin de chaque nuit, l’observateur remplit la feuille de coupole : temps consacré à l’observation, temps perdu pour la météo, temps perdu pour raison technique, estimation de la transparence, estimation de la qualité d’image. Les deux colonnes de perte sont séparées parce qu’elles ne se traitent pas pareil. La première ne se rattrape pas. La seconde remonte aux équipes de jour, qui interviennent sur ce qui a été signalé.
Le temps s’attribue en nuits, pas en données. Une nuit perdue sous les nuages est une nuit consommée. C’est ce qui rend les seuils de fermeture peu discutables : on ne referme pas par prudence, on referme parce que rouvrir sur un miroir couvert de rosée fait perdre les heures suivantes en plus de celle qu’on vient de perdre.
L’observateur ferme sans appeler personne, et ailleurs il n’a pas le droit de toucher le télescope
Les deux organisations coexistent. Dans les grands observatoires, un opérateur tient le télescope toute la nuit et l’astronome ne le manœuvre pas : après un épisode de mauvais temps, la consigne du Canada-France-Hawaï demande à l’observateur de confirmer auprès de cet opérateur que le refroidissement a bien été relancé. Sur les télescopes de deux mètres et moins, l’observateur reçoit la coupole à quatorze heures et fait tout : configuration, calibrations, météo, pointage, poses, fermeture.
Dans les deux cas, la décision de fermer appartient à celui qui est là. Elle ne remonte à personne et ne se justifie pas après coup. Plusieurs consignes le disent noir sur blanc : la personne de garde ferme avant le seuil si elle voit un risque, sans attendre que l’hygromètre le confirme. La brume qui monte du fond de vallée se voit par la fenêtre une bonne minute avant d’atteindre le capteur du toit. Les salles de garde d’un observatoire de volcan fonctionnent sur le même partage.
La relève tient dans deux documents. La feuille de coupole, chiffrée, part avec la nuit. Le cahier de coupole reçoit le reste : la demande particulière sur les données, l’anomalie, le bruit inhabituel dans la rotation. C’est le seul endroit de la chaîne où l’écriture à la main tient encore.
L’éclairage s’éteint dans un rayon de dix kilomètres autour de onze sites français
Autour d’un observatoire, l’éclairage extérieur relève d’un régime à part. Un arrêté du 27 décembre 2018, pris pour l’application de l’article R. 583-4 du code de l’environnement, fixe la liste et le périmètre des sites d’observation astronomique exceptionnels. Onze sites y figurent, chacun avec un périmètre de 10 kilomètres de rayon : la Haute-Provence, le Pic du Midi, le plateau de Calern, l’observatoire des Makes.
À l’intérieur de ce périmètre, les installations d’éclairage extérieur doivent respecter les prescriptions et les horaires d’extinction prévus hors agglomération, y compris quand elles se trouvent en ville. Les canons à lumière de plus de 100 000 lumens et les installations à rayonnement laser y sont interdits, à la seule exception des équipements nécessaires aux observatoires eux-mêmes.
La brillance du ciel s’exprime en magnitude par seconde d’arc carrée, sur une échelle qui va de 16 au centre d’une grande ville à 23 pour un ciel sans lumière artificielle ; un bon ciel de campagne se tient vers 20. Chaque magnitude perdue divise par deux et demi le contraste dont dispose l’observateur, et la perte est la même sur toutes les poses de la nuit.
Les images qui rendent la nuit exploitable se prennent quand il fait déjà jour
Un spectre brut ne se lit pas. Il porte le signal électronique du détecteur avant toute lumière, la réponse inégale des pixels, la poussière déposée sur les optiques, le vignettage des bords de champ. Les images de calibration retirent tout cela, et deux familles se prennent après la dernière cible.
La plage de lumière uniforme se fait sur le ciel du petit jour, seule source assez régulière pour éclairer le champ entier de la même façon. La fenêtre est courte : trop tôt, il n’y a pas de flux ; vingt minutes plus tard, les poses saturent et ne corrigent plus rien. Les poses à durée nulle, elles, n’ont besoin que du détecteur.
Le troisième réglage est d’un autre ordre. Le spectrographe est logé loin du télescope, dans une cuve à volume constant dont la température ne varie pas de plus de 0,01 °C, et plus de mille raies d’une lampe à thorium-argon fixent la correspondance entre position sur le détecteur et longueur d’onde, à 1 m/s près. La stabilité tenue sur plusieurs mois est de 3 à 4 m/s ; avec une calibration enregistrée en même temps que l’étoile, elle descend à 2 ou 3. L’écart de vitesse entre les deux fibres de l’instrument, 1,3 m/s, est du même ordre que ce qu’on cherche à mesurer, et il se relève donc lui aussi à chaque calibration.
Le cimier se referme, la feuille de coupole part au secrétariat scientifique, et la climatisation repart pour l’après-midi qui commence.