Les 5 épaisseurs constituant le bouclier thermique du télescope James Webb sont progressivement tendues dans l’espace. Pourquoi la Nasa n’a-t-elle pas choisi de créer un bouclier avec une seule couche ?

Le déploiement de l’observatoire James-Webb (JWST) se poursuit dans l’espace. La Nasa a annoncé, le 4 janvier 2022, que le bouclier thermique géant du télescope était toujours en train de se déplier : désormais, ce sont 3 des couches qui composent ce pare-soleil qui ont été tendues (un peu comme les voiles d’un bateau), à l’aide de moteurs. Puisqu’il y a 5 couches au total, cela signifie qu’il n’en reste plus que 2 à tendre.

Pour les astronomes, le déploiement de ce bouclier est une phase quelque peu inquiétante. Chacune des 5 « voiles » à tendre fait la taille d’un terrain de tennis (22 mètres de long, 12 mètres de large) et l’épaisseur d’un cheveu. Les 3 couches du bouclier déjà tendues sont celles les plus proches du Soleil. Lorsque l’ensemble des membranes sera déployé, le bouclier servira à protéger le James Webb du Soleil, pour aider à maintenir les instruments dans le froid (-223°C).

« Le vide est un bon isolant »

Mais pourquoi ce bouclier a-t-il été composé de 5 couches, au lieu d’une seule ? On pourrait songer qu’une seule « voile » aurait été plus facile à tendre dans l’espace, car déplier 5 épaisseurs nécessite des interactions complexes entre les structures, les mécanismes de tension, les câbles et les membranes. La Nasa a apporté la réponse dans une longue foire aux questions consacrée à la mission du JWST.

« Chaque couche successive du pare-soleil est plus froide que celle au dessous. La chaleur rayonne entre les couches et le vide entre les épaisseurs est un très bon isolant. Un pare-soleil épais conduirait la chaleur du bas vers le haut, davantage que 5 couches séparées par le vide. »

Les 5 couches du bouclier thermique. // Source : Northrop Grumman via Flickr (photo recadrée)
Les 5 couches du bouclier thermique. // Source : Northrop Grumman via Flickr (photo recadrée)

Chacune des épaisseurs est constituée de kapton, un polymère rigide résistant aux variations de température et aux radiations. La plus froide des 5 se trouve au-dessus, à proximité du miroir segmenté du James-Webb. Les membranes ont été dimensionnées et positionnées de façon à ce que les éléments optiques du JWST soient en permanence protégés d’une exposition directe à la chaleur : quelle que soit la direction de l’observatoire, le Soleil ne peut briller que sur la première couche (celle la plus en dessous, la moins froide).

Le bouclier sera toujours situé entre le télescope et notre planète. Cela est rendu possible par la localisation qui a été choisie pour le James Webb : il évoluera à terme en orbite autour du Soleil, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Cela signifie aussi qu’il sera impossible à réparer dans l’espace.