Observatoire de Paris Institut national de recherche scientifique français Univerité Pierre et Marie Curie Université Paris Diderot - Paris 7

L’instrument VIRTIS

samedi 22 avril 2017, par Stéphane Erard

VIRTIS

L’objectif principal de VIRTIS est de procĂ©der Ă  des observations de spectro-imagerie sur la comète 67P/Tchourioumov-GuĂ©rassimenko couvrant le domaine UV-IR. L’Ă©tude porte aussi bien sur le noyau de la comète (et les astĂ©roĂŻdes croisĂ©s en chemin) que sur sa coma. L’association d’un spectro-imageur visible-proche infrarouge (VIRTIS-M) et d’un spectromètre infrarouge Ă  dispersion croisĂ©e (VIRTIS-H) fournit une combinaison optimale pour Ă©tudier la variabilitĂ© de la surface et les signatures subtiles de l’atmosphère et des glaces.

Le modèle de rechange de VIRTIS a par la suite Ă©tĂ© intĂ©grĂ© Ă  la charge utile de la mission Venus-Express, en opĂ©rations depuis avril 2006. Cette filière instrumentale a ensuite Ă©tĂ© dĂ©clinĂ©e pour d’autres expĂ©riences : VIR, embarquĂ© sur la mission Dawn (Ă  Rome) est une adaptation de VIRTIS-M ; les projets SIMBIO-SYS/VIHI sur BepiColombo, MaRIS pour MarcoPolo-R, et MIRTIS pour ExoMars Orbiter (au LESIA) utilisent l’hĂ©ritage de VIRTIS.

VIRTIS en calibration sol
VIRTIS en calibration sol

L’instrument est entourĂ© de ses protections thermiques. On distingue Ă  gauche le baffle de la voie H, Ă  droite celui de la voie M (CrĂ©dits : VIRTIS team)

Virtis-M

Les deux réseaux imbriqués de VIRTIS-M
Les deux réseaux imbriqués de VIRTIS-M

La zone centrale est utilisĂ©e pour le visible (crĂ©dits : IASF/INAF)

VIRTIS-M possède une seule tĂŞte optique (tĂ©lescope de Shafer + spectromètre Offner), le signal Ă©tant renvoyĂ© sur deux dĂ©tecteurs bidimensionnels distincts : la voie Visible (CCD, 0,25-1 µm) et la voie Infrarouge (HgCdTe, 1-5,2 µm). La dispersion spectrale est effectuĂ©e dans une direction des dĂ©tecteurs, l’autre dimension fournissant une image de la fente d’entrĂ©e divisĂ©e en 256 pixels. La seconde dimension spatiale est acquise au cours du temps, avec le dĂ©placement de la sonde sur sa trajectoire. Un miroir d’entrĂ©e permet d’augmenter les capacitĂ©s de pointage et de balayage spatial. Le design est extrĂŞmement compact, les deux rĂ©seaux Visible et IR Ă©tant imbriquĂ©s l’un dans l’autre. L’instrument est adaptĂ© Ă  la cartographie systĂ©matique, avec une rĂ©solution spectrale permettant l’Ă©tude des minĂ©raux et des glaces (R=200).

Design optique de Virtis-M
Design optique de Virtis-M

(crĂ©dits : VIRTIS team)

Virtis-H

Tête optique de VIRTIS-H après cablage
Tête optique de VIRTIS-H après cablage

(crĂ©dits : LESIA)

VIRTIS-H est un spectromètre Ă©chelle, utilisant un prisme et un rĂ©seau en sĂ©rie. Le domaine spectral 2-5 µm est dispersĂ© en 8 ordres sur un dĂ©tecteur infrarouge bidimensionnel. En mode nominal les spectres sont reconstituĂ©s Ă  bord avant transmission pour Ă©conomiser la bande passante. Les deux dimensions du dĂ©tecteur Ă©tant utilisĂ©es pour la dispersion spectrale, l’instrument n’acquiert qu’un seul spectre Ă  la fois et l’unique dimension spatiale est acquise au cours du temps (spectromètre ponctuel).

Les objectifs scientifiques de la voie H sont l’observation de la coma et des Ă©missions de gaz, et celle du noyau. Dans le premier cas, la rĂ©solution de l’instrument (R=1500) lui permet de sĂ©parer les raies H2O et CO, dans le second, de distinguer les signatures Ă  3 µm des PAH (matĂ©riaux organiques Ă  base de cycles aromatiques) et de la glace de mĂ©thanol, ou de sĂ©parer les signatures de glace et de minĂ©raux.

Design optique de Virtis-H
Design optique de Virtis-H

(crĂ©dits : VIRTIS team)

Caractéristiques

Les deux voies M partagent la même optique. Les deux voies IR utilisent des détecteurs identiques. Le CCD de la voie Visible est refroidi passivement. Les deux détecteurs IR sont refroidis à 70 K par deux machines à détente Stirling.

Caractéristiques
VIRTIS-M visibleVIRTIS-M IRVIRTIS-H
Domaine spectral (µm) 0,220–1,046 0,952–5,059 1,88-5,03
Résolution spectrale 100–380 70–360 1300–3000
Champ (mrad x mrad) 63,6 (fente) Ă— 64,2 (scan) 63,6 (fente) Ă— 64,2 (scan) 0,49 Ă— 1,47
RĂ©solution spatiale (mrad) 0,2486 (fente) x 0,2508 (scan) 0,2486 (fente) x 0,2508 (scan) 0,49 Ă— 1,47
TĂ©lescope Shafer Shafer Parabolique hors-axe
Spectromètre Offner Offner Echelle
DĂ©tecteurs CCD 508 x 1024 HgCdTe 270 x 436 HgCdTe 270 x 436
Température de fonctionnement (K) 150-190 65-90 65-90
VIRTIS intégré, en salle blanche
VIRTIS intégré, en salle blanche

La plaque supĂ©rieure est le radiateur de l’instrument (crĂ©dits : VIRTIS team)

Personnels LESIA impliqués

L’instrument VIRTIS rĂ©sulte d’une collaboration tri-nationale :

  • l’Italie (A. Coradini puis F. Capaccioni, IAPS/INAF, responsable scientifique) qui coordonne l’intĂ©gration de l’instrument et la rĂ©alisation de la voie de cartographie VIRTIS-M (visible et infrarouge)
  • la France (P. Drossart puis S. Erard, LESIA, coordinateur national) pour la voie VIRTIS-H de spectroscopie infrarouge Ă  haute rĂ©solution
  • l’Allemagne (G. Arnold, DLR, coordinatrice nationale) pour la rĂ©alisation de l’Ă©lectronique de l’instrument et du logiciel de bord
Equipe scientifique
Stéphane Erard Coordinateur national,
Pierre Drossart Coordinateur national initial (1995-2010)
Antonella Barucci
Nicolas Biver
Dominique Bockelée-Morvan
Michel Combes
Jacques Crovisier
Daniela Despan
Thérèse Encrenaz
Sonia Fornassier
CĂ©dric Leyrat
Frédéric Merlin
Didier Tiphène
Batiste Rousseau Doctorant
Développement et opérations
Florence Henry Chef de projet, Gestion des données
Jean-Michel Reess Chef de projet (2010-2014), Optique
Alain SĂ©mery Chef de projet initial (1995-2010)
Xavier Bonnin Gestion de données (2008-2010)
Marc Bouyé Mécanique, qualité
Olivier Dupuis Assemblage, Intégration et Tests
Agnès Fave Documentation
Yann Hello DĂ©tecteurs
Gérard Huntzinger Electronique de proximité
Sophie Jacquinod Gestion de données
Driss Kouach Thermique
René Knoll
Jérome Parisot Assemblage, Intégration et Tests
Alain Piacentino Bureau d’Ă©tudes
Jean-Pierre Rivet Atelier mécanique
Douchane Stéfanovitch Electronique
Thèses soutenues
Vincent Debout Spectroscopie infrarouge moléculaire avec VIRTIS/Rosetta (2015)
Jennifer Romon Simulation des états de surface de noyaux cométaires et TNOs (2002)
Yamina Ghomchi CaractĂ©risation et Ă©talonnage du dĂ©tecteur IR de l’instrument VIRTIS-H pour la mission comĂ©taire Rosetta (2001)
AurĂ©lie Le Bras Etude de l’Ă©tat de surface des astĂ©roĂŻdes par spectroscopie infrarouge en rĂ©flectance (2001)

Avant intĂ©gration de l’instrument complet, VIRTIS-H a Ă©tĂ© Ă©talonnĂ© sĂ©parĂ©ment au LESIA dans la cuve SimEnOm, et les dĂ©tecteurs ont Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©s sur le banc de test YACADIRE.