Coupole d'astronomie

Introduction

Le Binet AstronautiX a décidé de lancer son projet d'installation d'une coupole astronomique sur le campus de l'École polytechnique. Celle-ci aura de nombreux objectifs, parmi lesquels la découverte et la formation à l'astronomie observationnelle et, plus largement, aux sciences expérimentales ou encore le rayonnement de l'école par la création d'une installation extérieure visiblement scientifique et la publication régulière d'images et de données acquises par la coupole.

Coupoles typiques d'installations semi-professionnelles

Ce document vise à présenter le projet afin de débuter le processus de travail nécessaire avec l'administration pour pouvoir mener ce projet à terme. Y seront notamment détaillés les différents emplacements envisagés pour l'installation de cette coupole, un budget complet chiffré et découpé en plusieurs phases, les sources de financements que nous avons envisagées ainsi que les différents objectifs que nous visons à remplir avec ce projet.

Sponsors

Nous remercions sincèrement nos sponsors qui rendent ce projet possible !

Objectifs de ce document

Ce document a pour objectif de présenter le projet de coupole du Binet AstronautiX et d'engager les discussions avec l'administration au sujet de sa réalisation. Nous présentons ainsi nos réflexions actuelles ainsi que les questions pour lesquelles nous aurons besoin de l'accord ou de l'avis de l'administration de l'École polytechnique. Voici certaines de ces questions :

• Comment obtenir l'autorisation de mener ce projet ?
• A quel emplacement pourrons-nous installer la coupole AstronautiX ?
• Quand pourrons-nous commencer les travaux ?
• Plus concrètement :
  • Comment avoir un accès à l'électricité et à Internet dans la coupole ?
  • Comment fixer la coupole à l'emplacement choisi ?
• Au sujet des financements, comment financer le projet ?

Présentation du Binet AstronautiX

Le Binet AstronautiX est l'association étudiante de l'École polytechnique qui regroupe les étudiant.e.s passionné.e.s de spatial, qu'il s'agisse d'ingénierie ou d'astronomie. Chaque année, ce sont entre 10 et 15 étudiant.e.s, principalement de deuxième année, qui rejoignent l'association. Les activités du Binet AstronautiX sont diverses, mais toujours sur le thème du spatial et avec comme objectif de transmettre la passion de ses membres :

• Organisation de conférences accessibles à tous et toutes (étudiant.e.s, chercheurs/chercheuses, professeur.e.s...). Parmi les derniers intervenants, nous pouvons citer Arnaud Prost (X2012 et astronaute de réserve), Jean-François Clervoy (X1978 et ancien astronaute), Jean-Jacques Dordain (ancien directeur général de l'Agence Spatiale Européenne), Roland Lehoucq (astrophysicien au CEA) ...

• Séances d'astronomie, pour se familiariser avec le matériel, les techniques et les objets du ciel. Nous organisons également des soirées dans le but d'en faire profiter d'autres étudiant.e.s qui ne sont pas au binet.

• Organisation des Projets Scientifiques Collectifs spatiaux en lien avec le Centre Spatial de l'École Polytechnique (CSEP). Chaque année, ce sont entre 50 et 60 étudiant.e.s qui rejoignent le CSEP pour travailler pendant un peu moins d'un an sur des projets d'ingénierie spatiale (satellite, fusée, ballon atmosphérique...) et ainsi acquérir de réelles compétences d'ingénieur.e.s.

• Lien avec les alumni et l'industrie. Nous favorisons la participation des élèves aux évènements de l'AX et particulièrement d'XSpace, par exemple des visites d'entreprises.

Comme la très grande majorité des associations de l'École polytechnique, le Binet AstronautiX s'inscrit dans le cadre de la Kès, le bureau des élèves de l'École polytechnique et association loi 1901. Il n'est donc pas stricto sensu une association loi 1901 mais se trouve néanmoins sous ce cadre légal. Deux postes du bureau sont ainsi requis : un.e président.e et un.e trésorier.e. Le bureau est également composé d'un.e vice-président.e. Le projet de coupole astronomique est plus particulièrement organisé par un responsable coupole, et l'ancien président du Binet AstronautiX.

Projet de coupole astronomique

Le Binet AstronautiX possède du matériel d'astronomie de très bonne qualité (notamment un télescope Schmidt-Cassegrain C11 de 28cm de diamètre et une monture équatoriale AZ-EQ6GT Pro). Malheureusement, du fait de la complexité et du temps d'installation, celui-ci est rarement utilisé et est bien souvent remplacé par du plus petit matériel plus simple à assembler. Afin de pouvoir mieux utiliser ce matériel quasi-professionnel, nous souhaitons mettre en place un lieu où nous pourrions l'installer et le laisser prêt à l'emploi, pour un public plus large, d'une nuit sur l'autre. Cette ambition est au cœur du projet de coupole astronomique.

Vue de l'intérieur d'une coupole avec du matériel similaire à celui d'AstronautiX

L'objectif du projet serait donc l'installation d'une coupole de 2,2m de diamètre sur le campus de l'X dans laquelle nous monterons un télescope Celestron C11 sur sa monture équatoriale AZ-EQ6GT Pro. Le télescope sera équipé d'une caméra dédiée à l'astronomie et de plusieurs filtres afin de réaliser des images en couleurs naturelles ou en fausses couleurs pour révéler des phénomènes plus intéressants sur les cibles observées (nébuleuses, galaxies, planètes, astéroïdes...). Le but final est de disposer d'une coupole totalement motorisée, pilotable à distance et possiblement automatisable. Pour cela, nous avons découpé notre projet en trois phases principales :

1. Installation du bâtiment de la coupole (dôme, corps cylindrique et pilier pour le télescope) équipé avec le matériel actuel du Binet AstronautiX ;

2. Motorisation complète de la coupole et du télescope et ajout de la possibilité de piloter des observations à distance sur une nuit ;

3. Ajout d'une petite station de surveillance du ciel et automatisation de la coupole afin de planifier des observations sur une semaine. Cela permettra d'étendre grandement l'accessibilité à la coupole en permettant à des personnes (étudiantes ou chercheuses) sans connaissances techniques de réaliser des observations.

Comme expliqué, nous visons à toucher le plus de monde possible. L'accès à la coupole sera organisé par le Binet AstronautiX, mais elle sera disponible pour toute personne intéressée (étudiant.e.s de l'X (cycle ingénieur, bachelor, master, doctorant.e.s), chercheurs/chercheuses, professeurs, étudiant.e.s d'autres écoles d'IP Paris...), à condition de suivre une formation à son utilisation, dispensée par le Binet AstronautiX. Nous prévoyons également d'organiser des visites grand public dans le cadre d'évènements comme la Fête de la Science. Plus le projet est développé, plus il sera simple de démocratiser l'utilisation de la coupole. Les différents objectifs (pédagogiques, académiques, de rayonnement...) de la coupole sont détaillés dans la partie Objectifs visés et ouverture.

Objectifs visés et ouverture

Une telle structure permettrait la réalisation de nombreux objectifs fixés par le Binet AstronautiX.

I. Démocratiser l'astronomie

Le premier objectif de la coupole est d'offrir aux étudiants et chercheurs de l'École polytechnique, et de l'Institut Polytechnique de Paris plus généralement, une structure fixe permettant la réalisation d'observations spatiales. La coupole offre une grande simplicité pour effectuer ces observations, et son automatisation permettra de les rendre d'autant plus accessibles. Ainsi, il serait totalement envisageable de mettre en application des cours académiques avec cette coupole, ou bien des projets de laboratoire tels que des Projets Scientifiques Collectifs (PSC) ou des MODALs (modules en laboratoire) par exemple. Dans ce dernier cas, la durée de trois mois des MODALs est particulièrement cohérente avec les projets de recherches envisageables avec une telle coupole.

Enfin, outre l'aspect académique du projet, la simplicité d'utilisation de la coupole permettra de faire découvrir l'astronomie aux étudiants Elle pourra également être utilisée à des fins artistiques, l'astrophotographie étant un domaine permettant de très belles images.

II. Développer les projets d'observation sur le long terme

Le projet de coupole se divise en trois phases, qui pourront, selon financements, être réalisées sur plusieurs années. Le deuxième objectif de la coupole est donc d'offrir une base à de nombreux projets d'observation spatiale, émanant tant des élèves que des chercheurs. Ainsi, la phase 3 du projet permettra de réaliser des observations depuis chez soi, en ligne, ou d'effectuer des observations s'étendant sur plusieurs nuits/semaines, de manière totalement automatisée. La coupole n'est que le début de nombreux projets d'astronomie à long terme, qui profiteront à l'École polytechnique, à l'IPP, et au Binet AstronautiX.

III. Augmenter la visibilité et le rayonnement scientifique de l'école

Le troisième objectif est d'augmenter d'autant plus le rayonnement et la visibilité de l'École polytechnique et de l'IPP par l'installation d'une coupole d'astronomie visible et accessible. Cela témoignera d'autant plus de l'investissement que l'école consacre aux sciences et à l'accessibilité des sciences pour les étudiants. Dans la partie Emplacements envisagés, nous étudions les potentiels lieux d'installation de la coupole, mais la rendre visible et accessible par tous permettrait d'autant plus d'augmenter la visibilité de l'école. En effet, une installation de cette ampleur intéressera énormément les passionnés et les curieux.

De plus, l'école bénéficierait de cette installation pour les divers événements scientifiques qu'elle organise et accueille, par exemple la Fête de la Science, organisée annuellement, ou des évènements plus épisodiques tels que la SpaceCon, accueillie en novembre 2023. La coupole pourra éventuellement être à la source de l'organisation de nouveaux événements ouverts à tous, en permettant par exemple aux visiteurs d'observer le ciel et de participer à des activités éducatives sur l'astronomie (possiblement en lien avec les grandes associations d'astronomie comme la Société Astronomique de France ou l'Association Française d'Astronomie avec lesquelles le Binet AstronautiX entretient déjà des liens).

Emplacements envisagés

Pour la concrétisation de notre projet, nous avons identifié deux emplacements potentiels pour implémenter la coupole. Chacun de ces sites présente ses propres avantages et inconvénients, que nous détaillerons ci-dessous.

I. Toit du Magnan (48°42'46.7"N, 2°12'41.1"E)

Avantages :

• Excellente visibilité du ciel ;

• ⁠Grande surface libre avec le toit du Magnan servant de base solide pour le socle de la coupole ;

• ⁠Nécessite peu de travaux externes comme la vérification du sol ;

• Accès à l'électricité et à Internet avec des prises ou câbles disponibles ;

• ⁠Position centrale, favorisant l'accès à la coupole pour les étudiant.e.s et chercheurs/chercheuses et lors d'événements scientifiques tels que la Fête de la Science ainsi que le rayonnement de l'école avec une image axée sur la recherche scientifique ;

• ⁠Légèrement à l'abri du vent ;

Inconvénients :

• Pollution lumineuse due aux lampadaires (possibilité de les éteindre la nuit ou d'installer des caches au niveau de la coupole) ;

• Éventuelles limitations d'accès à la coupole et de dommages dues aux futures rénovations du Grand Hall (discussions nécessaires avec l'administration de l'École polytechnique au préalable) ;

II. Nord du Lac vers l'Observatoire SIRTA (48°43'01.9"N, 2°12'36.4"E)

Avantages : 

• Excellente visibilité du ciel ;

• Grande surface ;

• Sa proximité avec l'Observatoire SIRTA peut favoriser l'accès à l'électricité ;

Inconvénients : 

• Nécessite la construction d'une base solide pour y construire la coupole ; 

• En retrait, loin de l'école. Sa localisation au nord du lac restreint la connaissance de son existence sur le campus ;

En conclusion, bien que ces deux emplacements proposent chacun de nombreux avantages, nous sommes convaincus que le toit du Magnan constituerait davantage un emplacement optimal pour la réalisation de notre projet.

Planning général du projet

Afin de mener à bien ce projet, nous avons établi un planning général. Celui-ci est encore basique et sujet à modification en fonction du temps que prendront les discussions pour avoir l'autorisation de lancer les travaux ou suivant les financements que nous parviendrons à obtenir.

Nous souhaiterions commencer l'installation du bâtiment coupole au plus tôt, probablement en septembre 2024. Cette phase prendra environ 1 mois. Elle consiste en l'assemblage de la coupole livrée en kit (une journée) et sa fixation au sol. Il faudra également fixer le pylône central qui permettra d'installer le télescope (une journée) et aménager l'intérieur. Enfin, nous installerons le matériel d'astronomie et le configurerons (une semaine) pour rendre la coupole opérationnelle au regard de la phase 1.

La phase 2 consiste principalement en des ajouts matériels à la phase 1. Ceux-ci pourront ainsi se faire de manière échelonnée et au plus tôt après la fin de la phase 1 (ou en même temps que la phase 1 si nous obtenons les financements nécessaires). Une partie plus longue sera la configuration logicielle afin de permettre un pilotage fiable de la coupole à distance. Celle-ci prendra environ une semaine et sera suivie d'une phase de test sur plusieurs nuits pour valider la fiabilité du système.

Pour la phase 3, nous prévoyons de fabriquer une petite station d'observation du ciel dans une boîte étanche d'environ 10cm de côté. Celle-ci sera équipée d'une caméra permettant d'observer tout le ciel et ainsi de déterminer automatiquement si des nuages sont présents ou non. Elle possèdera également un capteur de pluie, élément crucial pour la sécurité de la coupole afin de pouvoir la refermer en cas de pluie. Cette phase, comme la phase 2, sera dépendante des financements que nous obtenons et pourra être conduite soit en parallèle, soit après la phase 2.

Entretien et démantèlement

Ce projet visant l'installation d'un nouveau (petit) bâtiment, il est essentiel de penser à son entretien et à sa fin de vie.

Pour ce qui est de l'entretien du dôme en lui-même, la notice fournie par l'entreprise, indique simplement un nettoyage occasionnel de l'extérieur avec un détergent doux. La coupole comprendra de nombreuses pièces motorisées (dôme, monture du télescope, motorisation du télescope...) qui nécessiteront d'être graissées mensuellement. Cette étape est rapide, simple et peu coûteuse. La partie optique (miroirs du télescope, filtres, caméras) pourra nécessiter un nettoyage pour retirer toutes poussières occasionnellement. Néanmoins, le télescope C11 est entièrement fermé ce qui limitera le dépôt de poussière. Ce nettoyage est réalisé très simplement avec de l'eau distillée. Au total, nous estimons donc le coup de l'entretien régulier à ~10€/an, avec des produits simples (eau distillée, savon, dégraissant, lubrifiant) qui pourront être stockés dans la coupole.

Sur le long terme, il est inévitable que des pièces soient amenées à être défectueuses, ou abîmées, à force d'utilisation. Suivant la pièce touchée et l'importance des dégâts, il sera alors nécessaire de la réparer ou la remplacer. Cependant, le matériel d'astronomie est fiable et fait pour durer plusieurs années (garanties et SAV des fournisseurs). C'est pourquoi nous chercherons le moment venu le financement pour remplacer ces pièces. A noter que les plus coûteuses (télescope, monture, dôme...) sont conçues pour durer des décennies et pouvoir être réparées le plus possible.

Pour la question du démantèlement, il faut s'intéresser à l'empreinte au sol de la coupole. Si celle-ci est installée sur une zone déjà dure (toit d'un bâtiment, sol en goudron...), sa fixation se fait par des vis directement dans le sol. Ainsi, si la coupole doit être retirée ou déplacée, elle ne laissera que des trous de quelques mm de diamètre dans le sol, qui peuvent être rebouchés avec un mastic. Cependant, si la coupole est installée sur de la pelouse, il sera nécessaire de couler une dalle de béton ($1.5m^3$ selon le fournisseur) afin d'assurer la stabilité et la rigidité de la coupole.