Espace astronomique (10).

Espace astronomique (10).

L’évolution des CCD.

Si les CCD ont atteint ou presque, en matière de champ visuel, la
capacité des plaques photographiques et on renvoyé celles-ci au
magasin des accessoires. Leur évolution n’est pas terminée pour
autant.

Commercialement, les appareil photos grand public ont des capteurs CCD
ou C-MOS de l’ordre de 10 millions de pixels. Les caméras
astronomiques, produites à l’unité pour un télescope donné, sont des
projets longs en raison du mode archaïque de décision et de la
faiblesse des budgets. La plus grosse caméra actuellement en cour de
réalisation disposera de 1 milliard de pixels. Il n’existe aucun CCD
de cette taille, les plus grands actuellement fabriqués ont 120
millions de pixels.

Cette caméra astronomique est donc constituée d’une mosaïque de
quelques 400 circuits élémentaires de 2,5 millions de pixels chacun.
On note qu’on est là en retard d’une génération par rapport aux
capteurs commerciaux. Le plus important toutefois est que ces
mosaïques permettent de couvrir une surface focale courbe. Chaque CCD
est plan et rigide, mais le nombre  employé permet une bonne
approximation d’une courbe. Un tel assemblage est évidemment beaucoup
de travail au niveau des connexions, mais la surface courbe permet
d’envisager des télescopes à grand champ et avec une optique
simplifiée, par exemple parabolique au lieu de Ritchey-Chrétient, on y
reviendra.

Le dernier programme de télescope de la classe des 8 m, le Large
Synoptics Survey Telescope (LSST) dispose d’un miroir de 8,4 m de
diamètre. Le disque de borosilicate en nids d’abeilles est sorti du
four début septembre 2008.  Le télescope sera opérationnel seulement
en 2015. Sa caméra comportera 3 milliards de pixels pour 64 cm de
diamètre, ce qui implique des pixels de l’ordre de 10 microns, une
taille classique pour cette technologie. Là aussi, il s’agira d’une
caméra réalisée à partir d’une mosaïque de composant. Ceux-ci seront
par contre des hybrides de CCD et C-MOS. Cette dernière technique est
moins chère, mais jusqu’à présent elle était en retard en matière de
performances par rapport aux CCD. Ce n’est plus réellement le cas
aujourd’hui, d’où son choix dans ce projet. Chaque composant aura
entre une vingtaine et une trentaine de millions de pixels. C’est le
projet le plus avancé techniquement actuellement.

En électronique, les choses évoluent vite et la technique à encore
progressé depuis la définition de la caméra du LSST. D’abord, les
caméras des téléphones portables commencent à afficher plusieurs
millions de pixels pour des composants C-MOS avec une définition de 3
microns au lieu de 10. On peut donc décupler la finesse de l’image
avec eux. C’est important pour un télescope, puisque, pour une
définition donnée, cela permet de tripler le champ observable. A ce
niveau, le C-MOS atteint la définition des plaques photos à grain fin,
haute définition et faible sensibilité. Par contre, ici, le composant
électronique garde sa très haute sensibilité, cette technique dépasse
donc tout ce qui s’est fait en matière photographique en étant
supérieure sur tous les critères.

Dernière avancée : Le CCD souple. Il est maintenant possible de créer
par les techniques de la micro-mécanique un circuit constitué d’un
damier d’éléments reliés par des ponts de silicium assez fins pour
permettre une certaine souplesse au circuit complet. Il devient alors
possible d’exploiter des circuits de grande taille de 100 millions de
pixels sans affronter le problème de la rigidité de grandes surfaces
planes. Des caméras avec plus de pixels deviennent possibles. Avec un
champ d’un mètre sur un télescope de 8m, il est possible d’envisager
les 100 milliards de pixels de 3 microns sur une surface largement
courbe. Une telle caméra, avec 30 fois la définition de celle du LSST
comporterait un millier de circuits dans sa mosaïque, ce qui constitue
pratiquement la limite exploitable.

Le constat que l’on peut tirer de cette évaluation est qu’il y a
encore de la place pour améliorer les performances des télescopes de
la génération des 8 m. Pousser la technique au maximum est évidemment
encore plus critique pour les télescopes spatiaux, puisque, étant
donné leur coût et la quasi impossibilité de les améliorer après leur
lancement, il faut prévoir d’emblée la performance maximum.

Y.B.