Construire son télescope : le miroir

La réalisation du miroir primaire du télescope

Premières étapes

Après avoir commandé un kit contenant tous les produits utiles ainsi que les disques de verre, j’ai aménagé un coin de ma cave en atelier de taille de miroir. Un vieux trépied de télescope, costaud et bien lesté, a servi de poste de travail. Ce poste autour duquel on tourne des milliers de fois en frottant les deux disques de verre l’un sur l’autre !

Je me suis référé à plusieurs ouvrages (dont le légendaire « Texereau ») et articles sur Internet, en essayant de faire ma petite synthèse personnelle. Si bien que chaque étape du travail commençait par une bonne dose d’étude ! non pas que le travail soit très compliqué : simplement, seul et sans expérience, il peut être laborieux de se faire sa propre idée, à partir de plusieurs sources présentant un même type de travail de différentes façons.

L’ébauchage et le doucissage se sont passés sans trop de difficulté. Comme prévu dans la littérature, j’ai fini par obtenir une surface bien lisse et sphérique, avec la flèche désirée. Je dis « sphérique » mais, à ce stade, je ne dispose d’aucune information sur la forme exacte du miroir : simplement le principe de base qui dit qu’en frottant très longtemps deux disques de verre l’un contre l’autre, on finit forcément par avoir des formes sphériques ! c’est mathématique, c’est la seule solution pour que les deux formes s’épousent parfaitement… et c’est ça qui rend possible la taille d’un miroir de télescope par un amateur !

Après les stades de l’ébauchage et du doucissage, je suis passé dans un environnement plus adapté pour la suite : un coin de la salle de bain. C’est moins poussiéreux que la cave, et on peut nettoyer plus facilement le poste de travail et le miroir que dans une cave sans évier…

Le polissage, et la première tentative d'image

Le polissage consiste à rendre la surface véritablement lisse en frottant le polissoir sur le futur miroir préalablement recouvert d’une fine poudre appellée « blanc à polir ».

Le polissoir se fabrique tout simplement en recouvrant l’outil en verre de petits carrés de poix. Pour cela, on fait fondre un pain de poix dans une casserole, on coule la poix fondue dans des moules en papiers pour en faire des petits carrés (semblables à des carrés de chocolat), et on colle ces petits carrés sur l’outil en verre après les avoir chauffés à la flamme d’une bougie. Je dois dire que je me suis bien amusé à faire toute cette petite cuisine !

Photo 18: la fabrication du polissoir par collage de carrés de poix sur l'outil

Quand au polissage, il consiste à faire de nouveau quelques centaines de tours autour du miroir sur le poste de travail en frottant, frottant, frottant…

Les sensations sont alors très particulières. Le polissoir glisse sur le miroir tout en y adhérant assez fortement, tel une ventouse qu’on fait glisser sur une vitre.

En fin de polissage, j’ai donc obtenu un objet bien lisse et réfléchissant. Bien sûr, pas réfléchissant comme un miroir aluminé, mais quand même, assez pour se voir dedans !

J’ai alors suivi le conseil donné dans un de mes livres : essayer d’obtenir une image de la Lune. Et oui, comme ça, sans télescope ! pour ce faire, j’ai posé le miroir sur un transat, l’ai orienté vers la Lune, je me suis placé approximativement au foyer du miroir avec un oculaire devant l’œil et là… miracle, j’ai obtenu une image ! Pas très piquée, forcément, car le miroir n’était pas parabolisé, mon oculaire pas bien dans l’axe, et ma tête obstruait une grosse partie du miroir. Assez nette cependant pour pouvoir contempler le pourtour montagneux du Golfe des Iris. Voilà qui était encourageant pour la suite.

Restait à attaquer ce qui est souvent présenté comme le plus délicat : la parabolisation.

La parabolisation

L’appareil de Foucault et les premières mesures

Le miroir ne prend sa forme définitive qu’après transformation de la sphère en parabole, par petites corrections successives effectuées avec le polissoir. Evidemment, cela suppose de disposer d’un moyen de contrôle : l’appareil de Foucault. Celui-ci permet de mesurer le rayon de courbure en différentes zones du miroir. Encore quelque chose de bien mystérieux tant qu’on ne s’est pas penché franchement sur sa réalisation. Heureusement, c’est assez simple et j’ai pu en venir à bout sans trop de difficulté.

Cet appareil fini, j’étais prêt pour mes premières mesures. Dans mon grenier cette fois. Car cette pièce était le seul endroit où je pouvais disposer d’un espace de travail incluant 3 mètres 50 d’espace entre le miroir et l’appareil de Foucault.

J’ai pris beaucoup de plaisir à faire mes premières armes en matière de mesures au Foucault. J’avais l’impression, dans la pénombre du grenier , avec ces jeux d’ombres et de lumières entre le miroir, l’appareil de Foucault et mon œil, d’entrer au cœur du mystère de la réalisation d’un miroir de télescope. Tant de fois depuis tout petit, j’avais entendu parler de foucaultage, de bulletin de contrôle, de parabolisation ! Tout cela commençait à devenir concret.

Ce fameux bulletin : pas tout à fait évident à comprendre au début, il faut se creuser un peu la tête. Mais ensuite, sa réalisation est grandement facilité par un logiciel approprié, le logiciel « Bullet » disponible gratuitement sur Internet : on rentre les mesures, et ensuite on clique : le logiciel sort les courbes, et le fameux « lambda » qui caractérise la précision obtenue par rapport à une parabole parfaite, et donc la nécessité de continuer ou pas le travail.

Photo 19: le banc de mesures: au premier plan, l'appareil de Foucault fixé sur un meuble; au fond, le miroir (oculté par un disque de carton ajouré pour les mesures par zones); à gauche (peu visible): le PC servant à établir le bulletin de contrôle

Les retouches

Au début, mes retouches, c’était un peu n’importe quoi. Au lieu d’améliorer peu à peu la forme du miroir, j’avais l’impression de faire un pas en avant et deux pas en arrière. C’est qu’il faut acquérir peu à peu l’expérience qui permet de faire le lien entre les gestes effectués, et les résultats obtenus. C’est beaucoup de travail : après quantités de mesures, il faut analyser soigneusement le bulletin de contrôle, identifier les défauts de forme, se référer à la littérature pour voir ce qui est conseillé face aux défauts constatés, se référer à ses notes personnelles concernant les effets des retouches précédentes, et décider de la retouche suivante. Puis, faire la retouche, rincer le miroir, le laisser reposer plusieurs heures (pour des raisons d’équilibre thermique) et enfin refaire toute une batterie de mesures sur différentes zones du miroir, avant de tracer un nouveau bulletin de contrôle… qui dans certains cas sera pire que le précédent ! Il faut vraiment beaucoup de persévérance.

Incident de parcours : aïe, mon beau miroir !

A peine avais-je commencé ma série de retouches, que s’est produit un événement que, sur le coup, j’ai bien cru tragique : au cours d’un rinçage effectué sous le robinet dans le lavabo de la salle de bain, j’ai choqué – à peine ! – le miroir contre le bord du lavabo. Un tout petit « cling » a retenti, et j’ai réalisé avec un véritable effroi qu’une énorme écaille venait de se détacher du bord du miroir. Celle-ci faisait en gros 3cm de long sur 1 cm de large, mon miroir était littéralement défiguré. Consternation.

Il fallait analyser les conséquences de l’événement : les images fournies par ce miroir seraient-elles dégradées ? peut-être pas de façon significatives car, après tout, l’obstruction provoquée par le miroir secondaire n’est-elle pas assimilable à un trou encore bien plus grand ? La question majeure, c’était plutôt : vais-je pouvoir terminer mon miroir ? j’imaginais l’écaille s’agrandir sous l’action du polissoir !

Heureusement, le recours à un expert du domaine (qui anime des stages de polissage pas très loin de Toulouse) m’a rassuré : je pouvais continuer mon miroir sans crainte d’aggravation, et les images ne pâtiraient pas vraiment de cet inesthétique défaut.

Les dernières retouches

A force de retouches plus ou moins hasardeuses, j’ai engrangé de l’expérience et commencé à mieux comprendre ce qui se passait. J’ai intégré le fait que le fameux « lambda » pouvait se détériorer fortement d’une retouche à l’autre, mais qu’il ne fallait pas s’en alarmer : une bonne retouche peut au contraire le faire remonter en flèche ! le tout est d’arriver dans une configuration où la retouche sera facile à identifier et à réaliser. Quitte à tourner un peu en rond, à revenir vers la sphère par une bonne séance de polissage « basique », puis à recommencer la parabolisation. En fait, ce qui fait qu’un débutant peut y arriver à force de persévérance, c’est qu’une erreur de retouche n’a rien d’irrémédiable : on peut corriger son travail indéfiniment, sans avoir à racheter un nouveau kit ni reprendre tout depuis le début !

Je finis donc, un beau jour, après plus de 20 retouches et les centaines de mesures qui en découlent, par obtenir un flatteur « lambda/16 ». Mes mesures sont probablement entachées d’ incertitudes, mais bon, je me dis que ce n’est pas mal : même si je m’étais trompé d’un facteur 2 , cela donnerait encore lambda/8, « Peak-to-Valley » sur l’onde, ce qui est suffisant (et supérieur, paraît-il, à la qualité courante des miroirs industriels).

Il ne restait plus qu’à expédier le miroir chez l’alumineur, et à réaliser le télescope proprement dit.

Photo 20: le miroir est terminé, prêt à être aluminé; pour cette photo-souvenir, il est accompagné de son bulletin de contrôle, du polissoir, de l'appareil de Foucault, et de son support de mesures (avec le disque de carton ajouré)