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

Le banc BESTIAL

lundi 20 juillet 2015, par Jean-Michel Reess

BESTIAL (Banc d’Essais pour SpecTromètre-Imageur AllĂ©gĂ©) est un banc de dĂ©monstration soutenu par le CNES de validation d’un nouveau concept de spectromètre-imageur utilisant un filtre variable. Dans la lignĂ©e des spectromètres Ă  fente dont le LESIA a fait sa spĂ©cialitĂ©, cette nouvelle technique permet de s’affranchir de toute l’optique d’entrĂ©e, sans rajouter de partie mobile.

Concept de l’instrument

Un spectromètre-imageur est un instrument optique très souvent prĂ©sent sur les missions spatiales. Il permet d’acquĂ©rir un spectre dans une direction spatiale. La deuxième direction spatiale permettant de reconstruire une image 2D est obtenue soit par dĂ©placement relatif de l’instrument par rapport Ă  la scène, soit par balayage d’un mĂ©canisme.

Un spectromètre-imageur classique Ă  fente dont le schĂ©ma de principe est montrĂ© sur le figure ci-desous est en gĂ©nĂ©ral composĂ© :

– d’un tĂ©lescope qui image la scène observĂ©e sur un filtre spatial (c’est la fente d’entrĂ©e du spectromètre)
– d’un collimateur qui renvoie l’image filtrĂ©e Ă  l’infini pour le système disperseur (prisme ou rĂ©seau de diffraction)
– d’un objectif de focalisation qui image la fente spectralement dispersĂ©e sur un dĂ©tecteur.

Architecture d’un spectromètre-imageur Ă  fente

DĂ» au nombre important d’Ă©lĂ©ments optiques, ce type d’instrument est souvent lourd et encombrant. Il est donc intĂ©ressant de voir s’il est possible de simplifier l’architecture.

Comme le montre la figure ci-dessous, si on supprime le tĂ©lescope, la fente d’entrĂ©e et le collimateur, les informations spatiales et spectrales se mĂ©langent 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’idĂ©e du nouveau concept inventĂ© au LESIA est de filtrer l’information spatiale en ajoutant un filtre variable placĂ© près du dĂ©tecteur. Un filtre variable est un filtre interfĂ©rentiel dont la bande passante varie le long d’un axe. L’ajout de ce filtre dans un concept sans tĂ©lescope, fente et collimateur permet de retrouver les fonctions initiales d’un spectromètre-imageur de rĂ©solution spectrale limitĂ©e Ă  quelques nanomètres dans le visible. Le système ainsi obtenu est plus compact et lĂ©ger et s’intègre plus facilement dans des charges utiles de missions spatiales.

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

Avancement du projet

L’ensemble du banc a Ă©tĂ© intĂ©grĂ© en salle propre et les premiers tests très encourageants ont permis de valider le concept. Dans les prochains mois, des mesures systĂ©matiques de performances en fonction des diffĂ©rents paramètres seront rĂ©alisĂ©es.

BESTIAL intégré en salle propre

Le personnel du LESIA impliquĂ© sur le dĂ©veloppement du banc est composĂ© 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 MĂ©canique
TANRIN Jonathan Mécanique caméra

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