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Se donner les moyens de l'excellence : la recherche polaire française à la veille de l'année polaire internationale

 

2. Concordia, le meilleur site astronomique du monde ?

Pour la station Concordia, deux questions se posent : Le site est-il aussi bon qu'espéré ? Quels sont les projets de développement de l'astronomie ?


· La qualification du site

Le Dôme Concordia apparaît comme l'un des meilleurs sites au monde pour l'astronomie.

Le site franco-italien semble réunir toutes les conditions idéales pour un observatoire astronomique : clair, froid, sec, propre, sombre, faiblesse des précipitations, peu de vent, peu de turbulence, peu d'activité sismique, accessible, mesures continues possibles et stabilité climatique.

L'atmosphère est très stable en raison de l'altitude de 3 300 m, loin de toute pollution.

Le vent est faible, moins de 2,5 m/s et de direction constante. Les résultats sont nettement meilleurs que dans les grands sites du Chili. C'est aussi une différence majeure avec le site de pôle Sud qui est soumis aux vents catabatiques car son altitude n'est que de 2 830 m alors que Concordia se situe au sommet d'un dôme.

La température, toujours inférieure à -30°C, permet d'envisager des performances élevées dans l'infrarouge.

Durant l'été austral, la stabilité des images est inférieure à 0,5 s d'arc pendant 4 heures, soit deux fois mieux que le meilleur site terrestre connu, Cerro Paranal, au Chili, où se trouve le VLT européen. La scintillation est très faible, offrant un ciel coronal.

Pendant l'hiver austral, c'est-à-dire de nuit, le ciel est clair 95 % du temps.

Cependant, entre 0 et 30 m, la qualité du site est moins bonne et il sera nécessaire de s'en abstraire. La couche d'inversion des températures est responsable de ces perturbations (0-150 m), avec un maximum entre 0 et 30 m.

Ces turbulences doivent être précisées notamment pour savoir si elles sont stables tout au long de l'année en altitude et en épaisseur. Si tel était le cas, cela ne serait pas un handicap majeur.

En effet, les grands instruments sont par construction au-dessus de cette turbulence.

L'enjeu est donc désormais de savoir si ces excellentes conditions se confirmeront et pourront conduire à l'installation d'un, voire plusieurs, grands instruments. La réponse est maintenant attendue très rapidement.


· La définition d'une stratégie pour l'astronomie à Concordia

La préfiguration de l'astronomie européenne en Antarctique fait l'objet d'un réseau européen : ARENA (Antarctic Research, a European Network for Astrophysics). Il est coordonné par Nicolas Epchtein, du Laboratoire universitaire d'astrophysique de Nice (LUAN).

Ce réseau inscrit au 6e PCRD bénéficie d'un budget de 1,3 M€ sur 36 mois entre 2006 et 2008. La France en reçoit 36 % et l'Italie 31 %. Ce réseau est largement ouvert puisque, en dehors des deux pays leaders à Concordia, sont également présents : l'Allemagne, l'Espagne, la Belgique, le Portugal, le Royaume-Uni et l'Australie, regroupant 15 laboratoires et 120 scientifiques. Lors de la première conférence annuelle à Roscoff, le Japon et la Nouvelle-Zélande avaient aussi envoyé des délégués.

De nombreux projets émergent de cette réflexion. Ils devront être classés par priorité mais montrent le très grand intérêt de la communauté scientifique pour le site : imagerie grand champ, haute résolution angulaire en optique, photométrie de précision, interférométrie...

Pour votre rapporteur, il est clair qu'au-delà de la question de qualification du site, il faut formuler une stratégie crédible de montée en puissance scientifique et logistique du site de Concordia en prenant en compte l'ensemble des contraintes d'ingénierie (énergie, communications, transports, robotique, environnement).

Il faut donc se tourner pour commencer vers des projets de haut niveau scientifique mais compatibles avec la logistique actuelle pour ensuite développer des projets de plus grande dimension qui pourraient, à l'horizon de 10-15 ans, rivaliser avec les sites des Andes.

Cette stratégie doit aussi pleinement prendre en compte la volonté chinoise de s'installer sur le Dôme A de manière permanente à partir de l'API 2007-2008. S'inspirant de la dynamique franco-italienne sur Concordia, la Chine souhaite non seulement réaliser un forage glaciaire de grande profondeur mais aussi développer une station astronomique profitant de l'altitude supérieure du site (4 083m) et espérant des conditions similaires, voire meilleures, que celles du Dôme C.

Il n'y a pas lieu aujourd'hui de dramatiser la concurrence chinoise mais elle doit être prise très sérieusement. En effet, il n'est pas certain que les Chinois aient vraiment atteint le Dôme A proprement dit l'an passé, et l'expédition a connu un grave incident nécessitant l'intervention d'urgence de moyens américains et l'évacuation d'un des membres de l'expédition. En outre, le Dôme A est sans doute l'un des lieux les moins accessibles de la planète et il faudra mettre en place une logistique fiable et conséquente avant de pouvoir y construire une station permanente dans laquelle il sera possible d'hiverner. Il faudra également plusieurs années d'observation pour valider la qualité astronomique du site et démarrer des travaux scientifiques.

Ceci étant, pour votre rapporteur, la concurrence chinoise amène cinq propositions :

- La station Concordia doit tout d'abord démontrer son potentiel scientifique en astronomie.

- Plus particulièrement, une réflexion doit être menée sur son apport spécifique par rapport à Pôle Sud, station sur laquelle des moyens matériels considérables sont déjà disponibles.

- Elle doit ensuite démontrer une capacité logistique croissante, éventuellement en examinant d'autres voies qu'aujourd'hui.

- L'Europe doit aussi définir une stratégie d'ordre politique pour positionner sa recherche au plus haut niveau mondial.

- L'ensemble de ces points doivent être traités dans un temps contraint.


· Les projets scientifiques à Concordia

Les projets scientifiques sont regroupés au sein du projet Stella Antarctica. Labellisé API, il est coordonné par Eric Fossat, du LUAN. Il distingue deux grandes questions scientifiques : les exoterres et les premiers instants de l'univers.

La première détection d'une exoplanète a eu lieu il y a moins de 10 ans. Depuis lors, plus de 100 systèmes planétaires ont été découverts. Mais aucune exoterre n'a été directement observée, ni aucun système planétaire semblable au nôtre. Ces planètes sont petites, froides, peu lumineuses et proches de leur étoile. L'instrument d'observation doit donc être spécifique et extrêmement précis. Cette recherche requiert une grande résolution angulaire dans l'infrarouge. Cela suggérerait l'utilisation d'un réseau de télescopes interférométriques au sol.

Ce projet pourrait se développer en deux étapes après la qualification : un premier projet de taille contenue pour valider le potentiel et étudier par spectroscopie la nature, la composition des atmosphères d'exoplanètes déjà connues et permettant l'exploration des disques de poussières et de gaz où se forment les planètes. Puis pourrait être construit un dispositif de beaucoup plus grande ampleur permettant de recenser les exoterres.

La seconde grande question est la polarisation du rayonnement électromagnétique fossile du Big Bang. Il présente une composante très faible - modes dits de type B - qui correspond à l'empreinte laissée par les ondes de gravitation. Sa mesure est très difficile en raison de sa faible intensité et de la grande taille angulaire de ce qui est recherché dans le ciel. Elle nécessite de disposer d'un fond de ciel micro-ondes très stable, comme c'est le cas à Dôme C.

Les projets les plus proches sont l'instrument ASTEP (Antarctica Search for Transiting Extrasolar Planets) qui sera installé en 2008 sur Concordia. Il s'agit d'un instrument de 40 cm de diamètre pour détecter les exoplanètes. C'est un instrument de qualification qui pourrait être suivi en 2012 d'un plus important : Ice-T, coordonné par l'Allemagne.

En 2008, va également être installé un télescope infrarouge italien (IRAIT - International Robotic Antarctic Infrared Telescope).

En matière de sismologie stellaire, la France souhaite mener l'expérience SIAMOIS (Sismomètre interférentiel à mesurer les oscillations des intérieurs stellaires). Elle doit permettre, par une observation photométrique de longue durée et de grande précision, de connaître la structure interne des étoiles en coordination avec le satellite Corot. Ces conditions sont réunies sur Concordia puisque le ciel est disponible à l'observation à 90 % pendant plusieurs mois consécutifs. Siamois s'intéressera plus spécialement aux étoiles brillantes de faible masse, détectées par Corot. Le programme devrait se dérouler sur six hivernages à partir de 2010, pour un coût de 860 000 €.

Par ailleurs, dans la perspective de la mission spatiale Darwin visant à découvrir les exoplanètes et rechercher de la vie, les chercheurs français envisagent une mission Alladin, basée sur le principe de l'interférométrie à frange noire. Elle aurait pour but de démontrer au sol le fonctionnement technique attendu de Darwin et de valider les concepts scientifiques. Il regrouperait deux télescopes dans un outil d'un diamètre de 40 m, simulant le vol en formation dans l'espace des satellites de la mission Darwin.

Les scientifiques imaginent pour le futur un gigantesque interféromètre infrarouge composé de 36 télescopes sur une surface de 1 km², dont le coût serait similaire aux grands instruments des Andes.