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L’activité en mécanique

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La mécanique joue un rôle important dans la réalisation des instruments d’observation dont le CRAL a la charge. C’est en effet la mécanique, qui à partir du besoin exprimé, c’est-à-dire généralement un schéma optique et des contraintes géométriques et environnementales, que le personnel expert en mécanique assure la totalité des étapes depuis la pré-étude, la conception jusqu’à l’intégration des ensembles opto-mécaniques au CRAL puis aux télescopes. Il développe également tous les outils nécessaires à l’intégration. La qualité de l’instrument dépend de la pertinence de la conception d’ensembles mécaniques qui sont souvent très complexes. En effet, il intègre dans la conception, les spécialités connexes à la mécanique comme le vide, la thermique, l’optique et l’électronique… En appliquant les processus qualité ainsi qu’en maîtrisant la gestion de la documentation, les mécaniciennes et mécaniciens peuvent ainsi collaborer avec de nombreux autres laboratoires tant en France qu’à l’étranger et être membre de consortia instrumentaux.


Pour ce faire, le CRAL dispose d’un bureau d’étude et d’un atelier de fabrication moderne et complet qui inclut des moyens de métrologie de dernière génération. La totalité des calculs notamment par éléments finis sont réalisés avec le logiciel ANSYS en interne : analyses statiques, analyses thermiques statiques et transitoires, analyses modales et réponses harmoniques … Le personnel expert en mécanique maîtrise aussi l’environnement cryogénie. Une partie des ensembles mécaniques très précis sont fabriqués sur place, par exemple les 24 slicers de l’instrument MUSE/ESO-VLT qui demandaient une précision de l’ordre de 10 µm. Il travaille régulièrement dans le hall d’intégration du CRAL avec le personnel expert en optique du service afin d’intégrer les instruments.


Aujourd’hui, les projets et actions principaux développés par le personnel expert en mécanique du CRAL sont décrits ci-dessous.

- (1) Instrument HARMONI/ESO-ELT

Spectrographe intégral de champ (0.47 to 2.45 µm) d’une résolution allant de 4000 à 20000 pour l’Extremely Large Telescope (ELT) doté d’un miroir primaire de 39 mètres de diamètre, et construit par l’Observatoire Austral Européen (ESO) au Chili, site de Armazones. Le CRAL a la charge du système de relais et du découpeur d’images du spectrographe intégral de champ d’HARMONI. En effet, le personnel expert en mécanique conçoit l’ensemble mécanique des relais et du découpeur d’images du spectrographe intégral de champ. Il analyse également l’ensemble par calculs en éléments finis afin d’assurer le fonctionnement correct de l’instrument.

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Éléments de mécanique de HARMONI

- (2) Instrument 4MOST/ESO-VISTA

Spectrographe basse (R=5000) et haute résolution (R=20000) grand champ à fibres dédié au grands sondages galactiques et extragalactiques dans le domaine visible (390-930nm). 4MOST devrait équiper le télescope VISTA de l’Observatoire Austral Européen (ESO) au Chili, site de Paranal, à l’horizon 2020. Le CRAL a la charge des spectrographes basse résolution. En effet, le personnel expert en mécanique a conçu le schéma mécanique de l’ensemble du spectrographe basse résolution. Ensuite, il l’a traduit en différents sous-ensembles avec des spécifications techniques. Il a rédigé la partie technique des appels d’offres pour choisir et évaluer les entreprises pour les travaux externalisés. Enfin, il a organisé le suivi de la réalisation, validé et qualifié le sous-ensemble mécanique. De 2019 à 2021, il participe à l’intégration des sous-ensemble entre eux dans le hall d’intégration sur le site de Lyon 1 à Saint Genis Laval.

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Eléments de mécanique de 4MOST

- (3) Actions de R&D : Tests d’ensembles opto-mécaniques dans un milieu cryogénique pour les futurs instruments sensibles en infrarouge

Afin de pouvoir concevoir les meilleurs instruments possibles dans le domaine de l’infrarouge, il faut atteindre des hauts niveaux de précision en positionnement des optiques malgré un environnement très froid (instruments refroidis à 130 K). Le personnel expert en mécanique au CRAL font donc de nombreuses recherches pour améliorer les concepts opto-mécaniques. Pour ce faire, il a conçu et monté un cryostat de tests d’une capacité de 1 m3 dans lequel il peut tester différents prototypes de platines/supports de miroirs et ainsi valider différents concepts de bridage et de positionnement, différentes techniques pour distribuer le froid et tester aussi différents matériaux (inox, aluminium, céramique). Afin de mener ces travaux, il a aussi développé en collaboration avec leurs collègues experts en optique au CRAL plusieurs outils de métrologie optique très précis pour mesurer le positionnement des optiques à l’intérieur du cryostat. Cette métrologie novatrice est complexe et constitue aussi en elle-même un axe de recherche important.

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Cryostat de tests au CRAL

Le personnel expert en mécanique au CRAL a auparavant fortement contribué à de très nombreux projets reconnus tels que :
- TIGRE, premier spectrographe intégral de champ au monde
- OASIS (Optically Adaptative System for Imaging Spectroscopy) installé en 1997 sur le Télescope Canada France Hawaii situé sur les Observatoires du Mauna Kea à Hawaii, États-Unis.
- SAURON (Spectrographic Areal Unit for Research on Optical Nebulae) installé en 1999 sur le Télescope William Herschel situé aux îles Canaries, Espagne
- SNIFS (SuperNova Integral Field Spectrograph) installé en 2004 sur le télescope UH2.2 situé sur les Observatoires du Mauna Kea à Hawaii, États-Unis.
- MUSE installé en 2014 sur une unité du Very Large Telescope de l’ESO situé à Paranal, Chili.


Au CRAL le personnel expert en mécanique suit régulièrement des stages d’approfondissement dans leurs domaines de compétences dans les meilleurs centres de formation en France ou à l’étranger. Soucieux de la transmission du savoir il accueille chaque année de nombreux stagiaires des filières mécaniques (CAP/BEP, BAC PRO, BTS, DUT et Écoles d’ingénieur), dans tous les domaines (bureau d’études, calcul, fabrication maintenance) et pour des durées variables. Il accueille aussi des stagiaires de 3ème qui préparent leur orientation. Par ailleiurs, il participe à l’entretien et à la rénovation des instruments d’astronomie grand public sur le site de l’Université Lyon 1 de Saint Genis Laval comme le télescope de 1 mètre ou la lunette équatoriale coudée.