La radioastronomie: le point sur les actions à Pleumeur-Bodou André Gilloire Amis de la Cité des Télécoms Association Observation radio – Pleumeur-Bodou.

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1 La radioastronomie: le point sur les actions à Pleumeur-Bodou André Gilloire Amis de la Cité des Télécoms Association Observation radio – Pleumeur-Bodou Association pour l’Animation Scientifique du Trégor (APAST) Cité des Télécoms 6 Mai 2011

2 Motivations pour un projet… Activités du Centre de Télécommunications Spatiales (CTS) de Pleumeur-Bodou terminées autour de 2000 -> site électromagnétiquement calme et antennes de grandes tailles disponibles Activités du Centre de Télécommunications Spatiales (CTS) de Pleumeur-Bodou terminées autour de 2000 -> site électromagnétiquement calme et antennes de grandes tailles disponibles Compétences techniques des « anciens » du CTS et du CNET et des plus jeunes Compétences techniques des « anciens » du CTS et du CNET et des plus jeunes Intérêt des scientifiques: formation universitaire, recherches spécifiques, VLBI Intérêt des scientifiques: formation universitaire, recherches spécifiques, VLBI Divulgation de la science et de la technique vers le public Divulgation de la science et de la technique vers le public Conservation du patrimoine technologique trégorrois Conservation du patrimoine technologique trégorrois ► Tentative de projet de reconversion auprès du MESR à la fermeture du Centre … mais il n’y a pas d’argent!

3 … qui se concrétise enfin Quelques irréductibles et convaincus créent l’Association Observation radio - Pleumeur-Bodou en 2007 Quelques irréductibles et convaincus créent l’Association Observation radio - Pleumeur-Bodou en 2007 Objectif « modeste »: convertir l’antenne de 13m PB8 en radiotélescope, la mettre à disposition des scientifiques, universitaires et amateurs, et en faire un moyen de diffusion de la radioastronomie vers le public Objectif « modeste »: convertir l’antenne de 13m PB8 en radiotélescope, la mettre à disposition des scientifiques, universitaires et amateurs, et en faire un moyen de diffusion de la radioastronomie vers le public … mais qu’est-ce que la radioastronomie? … mais qu’est-ce que la radioastronomie?

4 Les ondes électromagnétiques messagères de l'Univers L'Univers brille dans le visible et "bavarde" en radio !

5 La radioastronomie est une « astronomie de l’invisible », comme l’astronomie infrarouge, ultraviolette, X et Gamma Une grande richesse d'informations n’existant pas en visible est accessible en radio: par exemple l’émission des objets "froids" tels que les nuages de gaz interstellaire, les transitions moléculaires… La radioastronomie est une science jeune, née dans les années 1930; elle s’est énormément développée depuis grâce aux technologies modernes: réseaux d’antennes, observatoires spatiaux, nouveaux composants, informatique…

6 Les mécanismes physiques à l’origine des émissions radio dans l’Univers Les mécanismes physiques à l’origine des émissions radio dans l’Univers Rayonnement thermique Rayonnement synchrotron Interactions électron-matière et électron-photon (bremmstrahlung, effet Compton inverse…) Raies d’émission et d’absorption atomiques et moléculaires

7 Rayonnement thermique  équilibre thermique: rayonnement du corps noir  gaz et poussières chauffés par rayonnement ou par effet de friction dynamique au voisinage d'étoiles en formation  rayonnement de fond cosmologique à 2,7°K Source: CADC

8 Rayonnement synchrotron le milieu interstellaire contient des gaz ionisés ou plasmas et des champs magnétiques; les électrons libres provenant des atomes ionisés spiralent autour des lignes de champ et rayonnent des ondes radio Source: Y. Nazé, Les Couleurs de l’Univers

9 Raies d'émission et d'absorption changements d'état d'énergie des atomes et molécules présents dans le milieu interstellaire: HI, OH, CO, NH 3, etc → signature radio caractéristique, permet d'identifier les espèces chimiques et de quantifier leur abondance émission stimulée: masers (OH, CO, H 2 O…) Source: Y. Nazé, Les Couleurs de l’Univers

10 Observations radioastronomiques: des exemples typiques Observations radioastronomiques: des exemples typiques Rayonnement galactique HI à 21cm Pulsars Soleil et Jupiter Fond micro-onde cosmologique à 2,7°K

11 rayonnement galactique HI (hydrogène atomique) à 21cm Problème: mesurer la dynamique de rotation de notre Galaxie Outils : émission HI à 21cm / 1420 MHz (transition de spin) + effet Doppler Résultat: courbe de vitesse -> évidence de présence de matière noire dans notre Galaxie Source: Atlas of the Universe (vue d’artiste)

12 Carte d’émission galactique à 21cm Le radiotélescope fournit une carte des émissions radio par balayage et série de mesures de l’énergie du signal sur des durées dépendant du RSB

13 Observation des pulsars Résidus d’étoiles massives ayant explosé (supernovae) émission synchrotron intense et focalisée: "phares cosmiques" très stables Il y en a beaucoup dans notre Galaxie (et dans les autres) Emission large bande: typiquement ~100 MHz à ~10 GHz

14 Observer le Soleil en radio Le Soleil est un puissant émetteur d’ondes radio (découverte faite par les radaristes) Couronne solaire: plasma très chaud (~1MK), présence de champs magnétiques intenses ancrés à l’intérieur du Soleil -> effet synchrotron, émission à large bande (de ~10 MHz à ~10 GHz) Observation de la couronne solaire en radio (au centre, observation complémentaire en UV) Crédit: Observatoire de Paris

15 Jupiter radiosource décamétrique Instabilités: « orages », « bursts » millisecondes Association avec « aurores » UV et IR Crédit: Observatoire de Paris Emission synchrotron entre 10 et 40 MHz liée au puissant champ magnétique jovien, polarisation circulaire Interactions complexes avec le satellite Io et avec le vent solaire (déforme la magnétosphère jovienne) Crédit: Ph. Zarka

16 rayonnement de fond cosmologique à 2,7°K (« CMB ») " image" de l'Univers primordial 380000 ans après le "Big Bang": montre les germes des grandes structures de l'Univers actuellement observables Observatoires spatiaux COBE puis WMAP et PLANCK (depuis 2009), ce dernier donnant une « carte ultime » du rayonnement Source: COBE DMR images Source: gsfc NASA

17 contraintes et limites de l'observation radioastronomique  les signaux provenant des sources radio célestes sont très faibles: il faut de grandes surfaces collectrices pour collecter suffisamment d'énergie, et des récepteurs à faible bruit (refroidis ou non)  la taille des instruments conditionne leur "pouvoir séparateur": il faut de grands instruments pour observer des détails fins des objets du ciel résolution angulaire ~ / D 0,9° à =21cm pour D=13m  la pollution radioélectrique d'origine humaine limite l’usage des bandes du spectre observables -> bandes réservées à la radioastronomie (ITU-R), besoin de moyens efficaces de lutte contre les interférences

18 Un radiotélescope à Pleumeur-Bodou Projet conduit par l’association Observation radio – Pleumeur Bodou: convertir l’antenne PB8 (13m) du CTS en radiotélescope décimétrique Objectifs: pédagogie pour l’Université, les écoles, le grand public et les clubs d’amateurs; observations institutionnelles de satellites Programmes d’observation: rayonnement galactique, pulsars, etc Programme instrumental: lutte contre les interférences électromagnétiques

19 Un exemple à suivre: Goonhilly (UK) Exploitation arrêtée en 2008 mais décision de réutiliser les antennes pour les liaisons avec les sondes spatiales et les missions habitées (Deep Space Communication) et pour la radioastronomie (réseau e-Merlin) Projet de Space-Science center sur le site pour le public Consortium Goonhilly Earth Station Limited (GES) à fonds publics et privés, soutenu par une firme orientée Défense; présence de BT Adaptations prévues pour un début de service opérationnel dans 12 mois

20 Les antennes du CTS de Pleumeur-Bodou en 2000

21 Les antennes présentes sur le site en 2011 PB3: 30m, mise en service 1973 en « stand-by », récupérable (structure en bon état, motorisation à refaire) intéressante pour DSC, VLBI PB5: 16,5m, mise en service 1974 mécanisme bloqué, usage potentiel limité (monture équatoriale à faible débattement en élévation) PB8: 13m, mise en service 1988 structure en bon état, réutilisable et adaptable

22 Fiche signalétique de l’antenne PB8 (fin années 1990) Diamètre réflecteur: 13m (standard B) Utilisation: secours antennes INTELSAT (satellite 5BF13, 307°E) et INMARSAT Trafic en bandes C et KU Emission: gain max 57 dB bande 5925 – 6425 MHz puissance 5 kW par polar. Réception: gain max 53,5 dB bande 3700 – 4200 MHz TB 107,2°K, G/T 33,2 Système de contrôle: MAPS-V2 Repointage: step-track Constructeurs: Neyrpic, GEC- Alsthom et Alcatel-Telspace

23 Particularité mécanique de l’antenne PB8 Mécanisme d’élévation à vérin (vis sans fin) ► porte-à-faux important pour les faibles angles d’élévation (masse mobile réflecteur ~3t)

24 Optique actuelle de l’antenne (bande C) Optique Cassegrain réflecteur secondaire hyperbolique et cornet collectant les ondes radio

25 Système de contrôle MAPS-V2 Calculateur de commande adapté mais lent (GESPAC 64 à base de 68000) Interfaces analogiques et numériques Commande manuelle azimut, élévation et arrêt sécurité

26 Organes du radiotélescope PB8

27 Programme de réhabilitation PB8 remise en état électromécanique des deux axes: en cours remise en état électromécanique des deux axes: en cours vérification et validation chaîne de sécurité: fait partiellement, à terminer vérification et validation chaîne de sécurité: fait partiellement, à terminer contrôle informatique manuel (MAPS-V2 autonome): a priori opérationnel, à valider contrôle informatique manuel (MAPS-V2 autonome): a priori opérationnel, à valider pilotage automatique par PC maître: à faire pilotage automatique par PC maître: à faire équipement radio pour observations en bande L (raie HI à 1420 MHz, raie OH à 1612 MHz): « source » à construire et mettre en place (hélices LHCP et RHCP); récepteur analogique disponible (LNA + analyseur de spectre); récepteur numérique pouvant être fourni ultérieurement par l’observatoire de Nançay équipement radio pour observations en bande L (raie HI à 1420 MHz, raie OH à 1612 MHz): « source » à construire et mettre en place (hélices LHCP et RHCP); récepteur analogique disponible (LNA + analyseur de spectre); récepteur numérique pouvant être fourni ultérieurement par l’observatoire de Nançay Bâtiment assaini (isolation thermique et étanchéité des fonds), peinture faite, installation chauffage (LTA) Bâtiment assaini (isolation thermique et étanchéité des fonds), peinture faite, installation chauffage (LTA)

28 Etudes réalisées et en cours 2008-2010: lutte contre les interférences en bande L dues aux systèmes de navigation par satellite (GPS, GALILEO): coopération avec le Département Signaux et Télécoms de l’ENST Brest (thèse financée par le CNES) 2008-2010: lutte contre les interférences en bande L dues aux systèmes de navigation par satellite (GPS, GALILEO): coopération avec le Département Signaux et Télécoms de l’ENST Brest (thèse financée par le CNES) 2008: mesures de propreté électromagnétique sur le site du CTS 2008: mesures de propreté électromagnétique sur le site du CTS 2009-2010: évaluation du trafic sur des canaux satellites en bande L (contrat financé par le CNES) 2009-2010: évaluation du trafic sur des canaux satellites en bande L (contrat financé par le CNES) 2010: première observation du rayonnement galactique à 1420 MHz (transit sur 24 heures) 2010: première observation du rayonnement galactique à 1420 MHz (transit sur 24 heures) Stages étudiants: Stages étudiants: Asservissement antenne et transformations entre systèmes de coordonnées (ENSSAT, 2007-2008) Asservissement antenne et transformations entre systèmes de coordonnées (ENSSAT, 2007-2008) Logiciel d’acquisition automatique de spectres (IUT, 2010) Logiciel d’acquisition automatique de spectres (IUT, 2010) Pilotage par PC (ENSSAT, 2010) Pilotage par PC (ENSSAT, 2010) Oscillateur étalon à quartz (IUT, 2011) Oscillateur étalon à quartz (IUT, 2011)

29 Publications, conférences, divulgation articles sur la lutte contre les interférences dans la REE et les Annales des Télécoms, 2009 articles sur la lutte contre les interférences dans la REE et les Annales des Télécoms, 2009 communication au workshop GNSS Signals, CNES, Toulouse, Avril 2008 communication au workshop GNSS Signals, CNES, Toulouse, Avril 2008 Poster à la conférence IAU 260, Paris, Janvier 2009 Poster à la conférence IAU 260, Paris, Janvier 2009 2 communications acceptées à la conférence internationale de l’URSI, Istanbul, Août 2011 2 communications acceptées à la conférence internationale de l’URSI, Istanbul, Août 2011 conférences de vulgarisation au planétarium de Bretagne (2009), à la Cité des Télécoms (2009), au Club d’Astronomie du Trégor (2009) et au restaurant La Rocca (2010) conférences de vulgarisation au planétarium de Bretagne (2009), à la Cité des Télécoms (2009), au Club d’Astronomie du Trégor (2009) et au restaurant La Rocca (2010) Participation au Village des Sciences de Lannion depuis 2007 Participation au Village des Sciences de Lannion depuis 2007

30 Observation de trafic satellite (INMARSAT) Occupation des canaux dans une plage de 14 MHz en bande L, sur 12 heures consécutives Matériel: antenne de 3m à monture équatoriale, source hélice et récepteur analogique (LNA + analyseur de spectre, résolution 20 kHz). Acquisition automatique des spectres sur PC.

31 Premier résultat en radioastronomie Transit de la Galaxie en rayonnement de l’hydrogène atomique HI (1420 MHz au repos) observé avec une antenne parabolique de 3m à monture équatoriale pointée à (-10°, +23°) source: hélice Transit de la Galaxie en rayonnement de l’hydrogène atomique HI (1420 MHz au repos) observé avec une antenne parabolique de 3m à monture équatoriale pointée à (-10°, +23°) source: hélice

32 L’Association Observation radio Fondée en Mai 2007 (loi 1901), c’est une association d’amateurs à buts pédagogiques et scientifiques Fondée en Mai 2007 (loi 1901), c’est une association d’amateurs à buts pédagogiques et scientifiques Elle compte actuellement 14 membres ayant des compétences scientifiques et techniques élevées (tech. Sup, IG, enseignants ENSSAT), presque tous trégorrois Elle compte actuellement 14 membres ayant des compétences scientifiques et techniques élevées (tech. Sup, IG, enseignants ENSSAT), presque tous trégorrois Elle s’appuie sur un conseil scientifique de 5 membres académiques présidé par Jean-Michel Martin, astronome à l’Observatoire de Meudon Elle s’appuie sur un conseil scientifique de 5 membres académiques présidé par Jean-Michel Martin, astronome à l’Observatoire de Meudon Elle exécute certaines tâches similaires à celles d’un laboratoire de recherche universitaire mais avec très peu de moyens financiers et une disponibilité non permanente de ses membres Elle exécute certaines tâches similaires à celles d’un laboratoire de recherche universitaire mais avec très peu de moyens financiers et une disponibilité non permanente de ses membres

33 Perspectives pour le projet de l’Association Achever la remise en état de l’antenne PB8 d’ici la fin 2011 (pilotage en mode « manuel », source adaptée à la bande L) Achever la remise en état de l’antenne PB8 d’ici la fin 2011 (pilotage en mode « manuel », source adaptée à la bande L) Préparer l’automatisation complète de l’antenne (positionnement et acquisition des mesures) et son pilotage à distance via Internet (2012-2013) Préparer l’automatisation complète de l’antenne (positionnement et acquisition des mesures) et son pilotage à distance via Internet (2012-2013) Mettre en place un programme pédagogique et scientifique en collaboration avec les académiques et les Associations et institutions locales (ABRET, APAST, Cité des Télécoms, Planétarium de Bretagne): Mettre en place un programme pédagogique et scientifique en collaboration avec les académiques et les Associations et institutions locales (ABRET, APAST, Cité des Télécoms, Planétarium de Bretagne): Stages, écoles d’été Stages, écoles d’été Accueil du public (circuit de tourisme scientifique à Cosmopolis, visites, démonstrations), conférences Accueil du public (circuit de tourisme scientifique à Cosmopolis, visites, démonstrations), conférences Participation à des programmes de recherche: pulsars, masers… Participation à des programmes de recherche: pulsars, masers… Poursuivre les actions institutionnelles (CNES, ANFR…) pour obtenir du financement Poursuivre les actions institutionnelles (CNES, ANFR…) pour obtenir du financement

34 L’antenne PB3: quel avenir? Intérêt: seule grande antenne (30m) en décimétrique à l’Ouest de la France; utilisation possible pour les « Deep Space Communications », l’interférométrie à très longue base (VLBI), des études spécifiques en radioastronomie Intérêt: seule grande antenne (30m) en décimétrique à l’Ouest de la France; utilisation possible pour les « Deep Space Communications », l’interférométrie à très longue base (VLBI), des études spécifiques en radioastronomie Exemple de Goonhilly: réhabilitation possible d’une grande antenne si on s’en donne les moyens Exemple de Goonhilly: réhabilitation possible d’une grande antenne si on s’en donne les moyens Etat de l’antenne, perspectives d’utilisation et coût de réhabilitation à évaluer; possibilité d’un soutien de la Défense (Marine) et d’autres institutions à creuser Etat de l’antenne, perspectives d’utilisation et coût de réhabilitation à évaluer; possibilité d’un soutien de la Défense (Marine) et d’autres institutions à creuser Vision et rôle des instances locales? Vision et rôle des instances locales?

35 Conclusion: des perspectives passionnantes Merci pour votre attention Toutes les bonnes volontés et toutes les bonnes idées sont bienvenues. N’hésitez pas à nous rejoindre si ce projet vous motive, nous avons besoin de compétences et de temps disponible pour les nombreuses tâches à réaliser!