LESIA - Observatoire de Paris

Le banc BESTIAL

lundi 20 juillet 2015, par Jean-Michel Reess

BESTIAL (Banc d’Essais pour SpecTromètre-Imageur Allégé) est un banc de démonstration soutenu par le CNES de validation d’un nouveau concept de spectromètre-imageur utilisant un filtre variable. Dans la lignée des spectromètres à fente dont le LESIA a fait sa spécialité, cette nouvelle technique permet de s’affranchir de toute l’optique d’entrée, sans rajouter de partie mobile.

Concept de l’instrument

Un spectromètre-imageur est un instrument optique très souvent présent sur les missions spatiales. Il permet d’acquérir un spectre dans une direction spatiale. La deuxième direction spatiale permettant de reconstruire une image 2D est obtenue soit par déplacement relatif de l’instrument par rapport à la scène, soit par balayage d’un mécanisme.

Un spectromètre-imageur classique à fente dont le schéma de principe est montré sur le figure ci-desous est en général composé :

- d’un télescope qui image la scène observée sur un filtre spatial (c’est la fente d’entrée du spectromètre)
- d’un collimateur qui renvoie l’image filtrée à l’infini pour le système disperseur (prisme ou réseau de diffraction)
- d’un objectif de focalisation qui image la fente spectralement dispersée sur un détecteur.

Architecture d’un spectromètre-imageur à fente

Dû au nombre important d’éléments optiques, ce type d’instrument est souvent lourd et encombrant. Il est donc intéressant de voir s’il est possible de simplifier l’architecture.

Comme le montre la figure ci-dessous, si on supprime le télescope, la fente d’entrée et le collimateur, les informations spatiales et spectrales se mélangent rendant ainsi inexploitables les mesures.

Après suppression du télescope, de la fente et du collimateur, les informations spectrales et spatiales se mélangent sur le détecteur

L’idée du nouveau concept inventé au LESIA est de filtrer l’information spatiale en ajoutant un filtre variable placé près du détecteur. Un filtre variable est un filtre interférentiel dont la bande passante varie le long d’un axe. L’ajout de ce filtre dans un concept sans télescope, fente et collimateur permet de retrouver les fonctions initiales d’un spectromètre-imageur de résolution spectrale limitée à quelques nanomètres dans le visible. Le système ainsi obtenu est plus compact et léger et s’intègre plus facilement dans des charges utiles de missions spatiales.

Principe d’un filtre variable (schéma de gauche) et nouveau concept d’un spectromètre-imageur (schéma de droite)

Avancement du projet

L’ensemble du banc a été intégré en salle propre et les premiers tests très encourageants ont permis de valider le concept. Dans les prochains mois, des mesures systématiques de performances en fonction des différents paramètres seront réalisées.

BESTIAL intégré en salle propre

Le personnel du LESIA impliqué sur le développement du banc est composé de :

Nom et prénomResponsabilité
REESS Jean-Michel Chef de projet
BERNARDI Pernelle Optique
MOTISI Maxime Intégration et tests
BONAFOUS Marion Intégration et tests
MARTEAUD Michel Mécanique
TANRIN Jonathan Mécanique caméra

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