#MeetESO : nous avons survécu à ALMA !

De retour du Chili, après avoir passé de nombreuses heures à trier et publier les photos prises sur place, je peux enfin me consacrer à l’écriture de cet article.

Je vous propose de commencer par vous raconter notre journée à ALMA, qui restera inoubliable (comme tout le voyage en fait).

ALMA c’est le Atacama Large Millimeter-submillimeter Array, ou en français le grand réseau d’antennes millimétriques-submillimétriques de l’Atacama. Il s’agit d’un radiotélescope géant qui observe dans les longueurs d’onde de l’ordre du millimètre (entre la lumière infrarouge et les ondes radio). En comparaison la lumière visible a une longueur d’onde qui va de 380 nanomètres (le violet) à 700 nanomètres (le rouge). ALMA observe donc dans de plus grandes longueurs d’ondes, ce qui lui permet de voir l’intérieur des nuages de gaz et de poussière où naissent les étoiles, mais aussi dans les disques de débris qui enveloppent les étoiles, là où se forment les planètes. Comme ce n’est pas la lumière visible qui est observée, les observations sont possibles de jour comme de nuit.
Les radiotélescopes d’ALMA captent les ondes radios dans des longueurs d’onde allant de 0,32mm à 3.6mm (chaque antenne peut capter ces ondes radio dans 10 bandes de fréquence différentes, entre 84GHz et 950GHz).

ALMA c’est un partenariat entre trois grandes entités géographiques : l’Amérique du Nord (via le National Radio Astronomy Observatory), l’Europe (via l’European Southern Observatory) et l’Est asiatique (via le National Astronomical Observatory of Japan) en coopération avec le Chili. La construction a débuté en 2003 et la dernière antenne a été installée sur le site en octobre 2013. Chaque partenaire était chargé de construire son lot d’antennes. Celles-ci étaient envoyées vers le Chili en pièces détachées puis assemblées à l’OSF et testées avant d’être officiellement livrées à ALMA qui effectuait de nouveaux tests avant de les installer sur le plateau.

ALMA c’est 66 antennes réparties sur le Plateau de Chajnantor à 5000m d’altitude avec une distance entre deux antennes allant de 150 mètres à 16 kilomètres. Parmi ces 66 antennes, 12 antennes ont un diamètre de 7 mètres et 54 antennes ont un diamètre de 12 mètres. La vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère terrestre absorbe les ondes millimétriques venues de l’espace, c’est pourquoi ALMA a été installé dans l’un des endroits les plus arides au monde et à très haute altitude, là où la vapeur d’eau se fait rare.

 

L’amas central des antennes d’Alma AOS à 5000m d’altitude. Ce sont les antennes les plus proches du bâtiment technique. D’autres antennes sont à plusieurs kilomètres de là.

 

Contrairement à un télescope, un radiotélescope ne possède pas de miroirs mais une large parabole qui va concentrer les ondes radios vers une seconde surface réfléchissante qui va les transmettre à un récepteur situé dans la parabole. Ce récepteur doit être refroidi en permanence à -269°C pour ne pas générer de bruit lié à la température, le signal reçu de l’espace est très faible et la température ambiante pourrait masquer le signal. Les ondes sont ensuite converties en signal numérique puis transférées par fibre optique au Correlator (voir ci-dessous).

ALMA c’est aussi le Correlator, un ordinateur super puissant qui se trouve dans le bâtiment technique de l’AOS (Array Operations Site) à 5000 mètres d’altitude. Le Correlator reçoit les signaux des 66 antennes (transmis par fibres optiques), les combine et envoie le signal combiné vers le camp de base, à 28 kilomètres de là et 2000 mètres plus bas (toujours par fibres optiques). L’ordinateur possède plus de 134 millions de processeurs et peut effectuer jusqu’à 17 quadrillions d’opérations par seconde !

 

Deux des quatres quadrants du Correlator, le super ordinateur chargé de combiner le signal de 66 antennes pour n'en envoyer plus qu'un à l'OSF

Deux des quatre quadrants du Correlator, le super ordinateur chargé de combiner le signal de 66 antennes pour n’en envoyer plus qu’un à l’OSF

ALMA ce sont des conditions de travail difficiles : à 5000m d’altitude la densité de l’atmosphère est plus faible et il n’y a plus que 50% de l’oxygène présent au niveau de la mer. Le vent, le froid et les fortes radiations UV (le double de celles présentes au niveau de la mer) s’ajoutent au tableau. Il n’est donc pas possible de travailler pour une longue période à de si hautes altitudes. C’est pourquoi un camp de base appelé OSF (Operations Support Facility) a été construit à 2900m. C’est depuis ce camp de base que sont opérées les antennes depuis une salle de contrôle. A l’OSF se trouvent également les bureaux, les dortoirs (et bientôt une nouvelle Residencia actuellement en construction qui hébergera le personnel d’ici la fin de l’année), la cantine, une polyclinique, un laboratoire (où sont testés le matériel des antennes), des ateliers de maintenance,…

Salle de contrôle d'ALMA à l'OSF

Salle de contrôle d’ALMA à l’OSF

 

C’est donc à l’OSF que notre journée a débuté, en ce mercredi matin. La météo n’était pas clémente, beaucoup de nuages et de la neige était tombée la nuit précédente en altitude. Nous n’étions pas sûr de pouvoir monter près des antennes à l’AOS (Array Operations Site).

Une partie des bâtiments de l'OSF. A gauche se trouve la polyclinique, au centre et à droite se sont les bureaux, salle de réunion, salle de contrôle, laboratoire,...

Une partie des bâtiments de l’OSF. A gauche se trouve entre autre la polyclinique, au centre et à droite se sont les bureaux, salles de réunion, salle de contrôle, laboratoire,…

En attendant d’en savoir plus sur les conditions météos, nous avons passé le test médical, obligatoire, avant de pouvoir monter à 5000 mètres d’altitude. Le test consistait en deux mesures simples : la pression sanguine et la saturation en oxygène. On nous avait dit les jours précédents : petit-déjeunez léger, pas de café/thé, buvez beaucoup d’eau et faites une bonne nuit. Nous étions tous très nerveux de ne pas réussir ce test et de ne pas pouvoir monter jusqu’aux antennes, mais tout le monde l’a réussi, gros soulagement !

Nous avons ensuite visité le laboratoire de l’OSF, c’est l’endroit où sont testés les composants des antennes, comme par exemple le Front End. Le Front End est, en gros, la partie de l’antenne qui comprend les récepteurs et le compresseur qui refroidit ces derniers à -269°C (voir ci-dessus). Le récepteur est l’appareil qui reçoit les signaux radios de l’Espace. Dans chaque Front End il y a un récepteur par bande de fréquences, le Front End peut en accueillir jusqu’à 10. Le Front End est également en charge d’amplifier le signal avant de le transmettre au Back End qui le transformera en signal numérique avant d’être envoyé au Correlator (voir cette animation pour mieux comprendre).

 

Dans le laboratoire de l’OSF (Operations Support Facility) à ALMA. Le Front End c’est l’appareil bleu situé à droite de la photo

 

Après cette visite, nous avons obtenu le feu vert de la sécurité du site pour monter à 5000 mètres. J’appréhendais d’être malade, même si j’avais déjà passé quelques jours à 4000 mètres dans le passé ce qui ne m’avait occasionné que des maux de têtes, je me demandais à quelle sauce j’allais être mangée. Nous avons chacun reçu un petit aérosol d’oxygène que nous pouvions utiliser à chaque fois que nous en ressentions le besoin.

 

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Je l’ai utilisé à plusieurs reprise lors de la montée, mais je pense que j’aurais pu m’en passer. Ne bougeant pas dans la voiture, je n’avais pas besoin de beaucoup d’oxygène. J’ai quand même ressenti, après 4000 mètres d’altitude, une difficulté à me concentrer lorsque je devais parler en anglais, ce qui me faisait bafouiller. Mais cette difficulté est passée au bout d’un moment. Peut-être mon corps s’était-il habitué (ou bien je me détendais 🙂 ).

Au fur et à mesure que nous montions, nous trouvions de plus en plus de neige sur la route. Malgré les quatre roues motrices de la voiture, la tenue de route n’était plus la même. On patinait et dérapait. Jusqu’à ce qu’on se retrouve totalement coincé par la neige. Mais avec un gros camion avec un treuil devant nous, je ne me suis pas sentie en danger. Nos hôtes se sont démené pour nous sortir de là, tout en portant de grosses bonbonnes d’oxygène dans le dos.

J’ai attendu un moment dans la voiture avec mes compagnons de route, les vitres étaient recouvertes par la neige et on ne voyait pas du tout ce qu’il se passait dehors. J’avais l’impression qu’il n’était pas prudent de sortir.

 

ALMA AOS stuck in the snow

Notre voiture coincée dans la neige à ALMA. Sacré travail pour la sortir de là ! Je suis encore dedans à ce moment-là et ne vois rien de ce qu’il se passe dehors. (Crédit photo : R. Timmermans)

 

Au bout d’un moment, lassée d’être à l’intérieur, j’ai pris quelques bouffées d’oxygène et je me suis décidée à sortir. En fait, une fois dehors il y avait du soleil. Beaucoup de vent qui faisait voler la neige certes, il faisait froid certes, mais il y avait du soleil. Ceci dit le froid était très supportable avec mes 5 épaisseurs sur le torse et mes 2 épaisseurs sur les jambes 🙂 Et nous n’étions plus qu’à une petite centaine de mètres du bâtiment technique !

 

ALMA AOS

 

Il est temps de vous montrer cette vidéo très courte que j’ai faite retraçant la montée à 5000m. Les paysages sur le chemin étaient vraiment chouette.

 

 

Une fois la voiture dégagée nous avons pu nous rendre à l’intérieur du bâtiment technique, où se trouve le Correlator. Je rappelle que c’est l’ordinateur qui reçoit les signaux radios des 66 antennes et qui les combine en un gros signal. Chaque signal ainsi combiné est transmis à l’OSF. Un Data Center est présent à l’OSF, de même que dans les Centres Régionaux ALMA aux US et en Europe. Les données sont ainsi répliquées entre ces trois centres pour plus de sécurité. Les données ne sont réduites (exploitées) qu’à partir de ce moment-là, à Santiago et dans chacun des centres régionaux.

 

Les quatre quadrants du Correlator dans le bâtiment technique de l'AOS à ALMA

Voici une autre vue du Correlator et de ses quatre quadrants dans le bâtiment technique de l’AOS à ALMA

 

Il n’y a pas intérêt à se tromper dans le câblage !

 

Les spaghettis bleus :) c'est ainsi que sont surnommés ces câbles.

Les spaghettis bleus 🙂 c’est ainsi que sont surnommés ces câbles.

Construire un super ordinateur à 5000m d’altitude représentait un peu un challenge : il n’est pas possible d’utiliser des disques durs conventionnels avec une tête de lecture : l’atmosphère est trop ténue et la tête de lecture frotterait contre le disque car elle a besoin d’un coussin d’air pour fonctionner correctement. Le Correlator possède donc des SSD, c’est à dire de la mémoire flash, le même type de mémoire que celle de nos cartes pour appareil photo.

 

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Vue de l’intérieur du bâtiment technique sur le réseau d’antennes, partiellement voilé par la neige flottant dans l’air.

Puis, très vite, il fut temps de repartir. Le ciel avait déjà changé. Le soleil avait disparu au profit des nuages. Nos hôtes craignaient qu’on ne se retrouve coincé sur place.

Et comme pour l’aller, le retour fut tout aussi compliqué pour les voitures. Le deuxième 4×4 s’est retrouvé à son tour prisonnier de la neige. Secouru une fois de plus par le camion avec son treuil.

Ce qui m’a laissé un peu de temps supplémentaire pour photographier les antennes, qui étaient placées en position de sécurité, dos au vent.

Les antennes radiotelescope d'ALMA, chahutées par le vent et la neige

Les antennes radiotelescope d’ALMA, chahutées par le vent et la neige

 

Lors du retour, là encore, des paysages superbes. Nous nous sommes arrêtés un moment sur la route à proximité d’APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), une antenne radiotélescope qui a été construite à partir d’un prototype d’ALMA et qui est exploitée par l’ESO en partenariat avec le Max Planck Institut für Radioastronomie et le Onsala Space Observatory.

APEX, toute seule à 2km d'ALMA

APEX, toute seule à 2km d’ALMA

 

Au fil de notre descente, le paysage redevenait plus amical

Un troupeau de Vicuña paît tranquillement sur le flan de la montagne

Un troupeau de vigognes paît tranquillement sur le flanc de la montagne entre l’AOS et l’OSF

 

Une fois à l’OSF, nous avons été accueilli en grandes pompes (ou en grands sabots devrais-je dire !) 😉

 

Un âne nous accueille à l'entrée de l'OSF

Un âne nous accueille à l’entrée du camp de base

 

Après le déjeuner nous avons pu rencontrer Daniel Herrera qui est l’ingénieur en charge du Correlator. Il nous a donné des infos sur la maintenance de ce gros ordinateur. Au niveau de l’OSF ils ont reproduit un mini correlator qui leur permet de tester les cartes ou les antennes qui sont en maintenance.

Daniel Herrera, ingénieur en charge du Correlator, nous présente une version réduite de ce super ordinateur, utilisé pour la maintenance

Daniel Herrera, ingénieur en charge du Correlator, nous présente une version réduite de ce super ordinateur, utilisé pour la maintenance

 

Puis nous avons rencontré Tomasz Kamiński, astronome de l’ESO actuellement en service à ALMA. Il nous a expliqué comment se déroulaient les observations, le choix des cibles à observer, les différentes configurations des antennes (possibilité d’utiliser des sous-réseaux d’ALMA pour mener plusieurs observations en parallèle),… Ce fut super intéressant. Par exemple, l’intérêt de l’interférométrie (c’est à dire combiner le signal de plusieurs radiotélescopes) est de pouvoir obtenir des images ayant une meilleure résolution (et donc de pouvoir distinguer plus de détails) que si on utilise un radiotélescope seul. La résolution augmente lorsqu’on augmente la distance entre les antennes et le nombre d’antennes utilisées. Le revers de la médaille c’est que si on gagne en résolution, on perd en sensibilité (ne me demandez pas le pourquoi du comment 🙂 ). Le réseau des 66 antennes d’ALMA peut donc être utilisé de différentes façons. Soit ils utilisent les antennes de 12 mètres, soit les antennes de 7 mètres, soit ils utilisent les antennes du ACA (Atacama Compact Array) qui est en fait un amas central de radiotélescopes situés juste à coté du bâtiment technique où chaque antenne est séparée de 150m les unes des autres. C’est le Japon qui a fourni les antennes du ACA et il y en a 16 : 12 antennes de 7 mètres et 4 antennes de 12 mètres. Ils peuvent aussi utiliser des radiotélescopes seuls. Bref, plein de possibilités, en fonction des besoins des astronomes et des conditions d’observation.

 


Et pour finir la journée en beauté, nous avons pu rencontrer deux engins, sans qui ALMA ne pourrait pas exister, Otto et Lore.

Otto et Lore ce sont deux transporteurs d’antennes aux dimensions impressionnantes :

  • 130 tonnes pièce
  • 20 mètres de long, 10 mètres de large et 6 mètres de hauteur
  • 14 paires de roues (donc 28 roues) qui peuvent tourner indépendamment les unes des autres
  • deux moteurs diesel de 700 chevaux (la puissance d’un moteur de Formule 1) et deux réservoirs de 1500 litres de carburant.
  • Ils ont une vitesse de pointe de 20km/h à vide et 12km/h chargés (les antennes pèsent entre 70 et 100 tonnes).
Lore, l'un des transporteurs d'antennes d'ALMA a des dimensions impressionnantes

Lore, l’un des transporteurs d’antennes d’ALMA a des dimensions impressionnantes

Ces transporteurs peuvent être conduits depuis une cabine ou bien radiocommandés afin d’avoir une meilleure vue sur ce qu’il se passe autour.

A Alma quatre opérateurs sont en charge de la conduite de ces engins. Les transporteurs sont utilisés pour déplacer les antennes entre l’OSF (à 2900m d’altitude) et l’AOS (à 5000m d’altitude), ce qui fait une distance de 28 km, ou bien à l’intérieur même du réseau d’antennes lorsqu’il y a besoin de changer la disposition de celles-ci.

Voici une petite vidéo que j’ai tournée sur place, où l’on peut voir Lore en mouvement. Impressionnant de voir l’opérateur tout contrôler au joystick.

 

 

Nous avons eu également l’autorisation d’entrer dans le pied de l’une des deux antennes actuellement en maintenance sur le site de l’OSF. Nous devions porter ces jolis embouts de chaussure jaune avant cela.

 


Les antennes peuvent tourner à 230° dans les deux directions. La spirale évite aux câbles de se tendre de trop ou de s’emmêler.

 

On a pu entrer dans l'une des antennes en maintenance sur le site de l'OSF à ALMA

On a pu entrer dans l’une des antennes en maintenance sur le site de l’OSF à ALMA

 

Et pour finir, savez-vous ce qu’est cette structure blanc-crème à gauche de la photo ci-dessous ? Celle qui a deux yeux un nez et une bouche ? 😉

 

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Il s’agit d’une antenne factice (même poids, à peu près même dimensions) qui permet aux opérateurs des transporteurs de s’entraîner à déplacer des antennes.

C’est sur un super coucher de soleil sur l’OSF et sur les montagnes environnantes que nous avons quitté le site.

 

Fin de journée à l'OSF

Fin de journée à l’OSF

 

Coucher de soleil sur les volcans du désert d'Atacama

Coucher de soleil sur les volcans du désert d’Atacama

 

Nous sommes bien conscients du privilège qui nous a été accordé pour faire cette mémorable visite. L’OSF est ouvert au public tous les samedis, par contre l’accès à l’AOS à 5000 mètres ne l’est pas. Encore un grand merci à l’ESO et à ALMA pour nous avoir fait vivre ces chouettes moments.

 

Pour en voir davantage…

Les photos des participants à #MeetESO sont visibles sur le groupe Flickr #MeetESO

Mes propres photos sont sur mon compte Flickr

Remco a réuni une sélection de tweets dans plusieurs Storify, voici celui concernant notre journée à ALMA : #MeetESO Day 5

Jane a écrit un chouette article relatant cette même expérience (en anglais) : #MeetESO at the ALMA Observatory, on Top of the World

J’ai pris quelques photos du ciel nocturne pour des petits timelapses lorsque nous étions à San Pedro de Atacama. Vous pourrez-voir ceux-ci dans cette vidéo compilation (On y voit d’abord Paranal puis San Pedro)

Et bien sûr le hashtag #MeetESO sur Twitter, Facebook et Instagram

L’ESO a consacré plusieurs de ses ESOCast à ALMA. En voici une liste (que je pense être exhaustive) :

Et cette autre vidéo filmée par une équipe japonaise montre la façon dont leurs antennes ont été transportées puis assemblées et enfin installées sur ALMA. On y voit notamment comment Otto et Lore fonctionnent

Et pour finir cette vidéo donne également un bon aperçu du gigantisme de ce projet ALMA : Into Deepest Space: The Birth of the ALMA Observatory

 

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