Par Théo Pirard

1. Trois témoins
2. Au-delà de l'atmophère
3. Le délicat parcours du combattant
4. Cap sur le Sart Tilman
5. Référence internationale
6. "Spatiopôle" à la une
7. Observations de "météo" solaire
8. A l'affût des trous noirs et exoplanètes...

L’Université de Liège a toujours été renommée pour ses recherches en astronomie et astrophysique, particulièrement depuis la construction de l’observatoire de Cointe en 1883. La conquête de l’espace symbolisée par le lancement du premier satellite artificiel dans la nuit du 4 au 5 octobre 1957 va donner une nouvelle dimension à ces activités. D’une part, les recherches des astronomes et astrophysiciens vont bénéficier des données recueillies hors de l’atmosphère terrestre. D’autre part, un important secteur aérospatial va se développer, au niveau technologique et industriel.

Trois témoins

Trois témoins de l’Université racontent cette double caractéristique de l’odyssée spatiale liégeoise : l’astrophysicien Jean-Pierre Swings (Département AGO/Astrophysique, Géophysique,Océanographie), l’ingénieur-physicien André Monfils (fondateur et premier directeur du Groupe de travail Espace, devenu IAL Space, puis CSL/Centre Spatial de Liège), l’ingénieur-physicien et astrophysicien Claude Jamar (directeur du CSL et d’AMOS, promoteur de WSL/Wallonia Space Logistics).

Il y a cinquante ans, les universités et les institutions scientifiques faisaient des recherches en astronomie, astrophysique et géophysique. De leur côté, des ingénieurs, dans des bureaux d’études, rêvaient d’astronautique avec des plans de stations spatiales et d’expéditions lunaires. Aller dans l’espace faisait surtout partie de l’imaginaire des romanciers, dessinateurs et scénaristes de science-fiction. Pourtant, on touchait au but. Les chercheurs du monde entier avaient décidé d’organiser une Année Géophysique Internationale, du 1er juillet 1957 au 31 décembre 1958. Tant les Etats-Unis que l’Union Soviétique (dont faisaient partie la Russie et l’Ukraine actuelles) avaient annoncé leur intention de lancer des satellites pour des mesures et observations dans l’espace extra-atmosphérique. L’Europe, quant à elle, était attentive à ce qui se tramait à l’Ouest et à l’Est pour la conquête de la dimension spatiale.

Au-delà de l’atmosphère

A l’Université de Liège, l’Institut d’Astrophysique, qui a alors ses locaux, ateliers et télescopes à l’Observatoire de Cointe, s’intéresse beaucoup aux expériences réalisées au moyen de fusées-sondes et à bord de satellites. Il est dirigé par l’astrophysicien Polydore –Pol- Swings (1906-1983), connu internationalement pour ses recherches en spectroscopie et en optique. Son fils Jean-Pierre, alors âgé de 14 ans – il est devenu docteur en astrophysique - se rappelle ce matin du 5 octobre quand la radio annonce la mise sur orbite du Spoutnik. La nouvelle de cette «première» suscite l’enthousiasme. Le lancement d’un satellite constitue un grand événement pour la communauté scientifique de l’Année Géophysique Internationale. Pour Pol Swings, l’accès à l’espace ouvre une nouvelle fenêtre sur la voûte céleste puisqu’il améliore la spectroscopie dans l’ultraviolet et l’infrarouge. Il faut impérativement aller au-delà de l’atmosphère pour procéder, dans d’excellentes conditions, à des observations dans ces raies spectrales qui ne traversent pas la couche atmosphérique.

Pour les observations dans l’ultraviolet et l’infrarouge, le cocon protecteur de notre atmosphère constitue un élément gênant. Pour s'en affranchir, il faut placer les instruments à des altitudes élevées. Ainsi, dès 1950, le Professeur Marcel Migeotte (1912-1992) installe un premier spectrographe à la station scientifique du Jungfraujoch, à 3.571 m d’altitude, dans les Alpes bernoises. En étudiant le Soleil depuis ce sommet, les chercheurs liégeois mettent notamment en évidence les interactions entre le monde terrestre et le milieu spatial. Constatant que notre atmosphère se modifie suite aux pollutions, ils sont parmi les premiers à attirer l’attention sur le changement climatique. Aujourd’hui, pour la communauté mondiale, ils continuent de surveiller les réactions chimiques dans l’atmosphère.

A la fin des années 50, alors que l'Union Soviétique et les Etats-Unis lancent leurs premiers satellites, les astrophysiciens de l'Université manifestent leur intérêt et trépignent d'impatience pour effectuer des recherches dans l'espace. Comme directeur de l’Institut d’Astrophysique, le professeur Swings prend des initiatives audacieuses. Il jouit d’une grande écoute sur le plan européen. Par un art subtil du lobbying, il fait triompher la coopération entre équipes de chercheurs. Sa priorité, dès les années 50, est de fédérer les compétences nationales en astronomie et en astrophysique au sein d’organismes internationaux. Ainsi il contribue à la création du COSPAR (Committee on Space Research) dès 1958, à l’organisation de l’ESO (European Southern Observatory) en 1962 et à la mise en place en 1964 de l’ESRO (European Space Research Organisation) qui donne naissance en 1975 à l’ESA (European Space Agency – Agence spatiale européenne). Il fait en sorte que l’Université de Liège, par sa participation à un programme européen de science spatiale, ait un rôle de premier plan dans l’odyssée de l’espace en Europe.

Conscient du fait que la technologie spatiale allait révolutionner les découvertes en astrophysique, le professeur Swings envoie André Monfils, alors son assistant, auprès de spécialistes de l’ultraviolet lointain à Ottawa (1959), puis à Harvard (1960). A son retour, il lui confie les recherches de l’Institut d’Astrophysique sur les émissions ultraviolettes (UV) des aurores polaires. L’une de ses tâches fut d’effectuer des expériences avec des fusées-sondes qui étaient tirées de Sardaigne (base de Salto di Quirra) dans le but de provoquer des comètes artificielles. L'une de ces fusées, qui rappelle les débuts épiques de la Cité Ardente dans le domaine spatial, est aujourd’hui exposée dans le hall d'entrée du Centre Spatial de Liège, au Sart Tilman.

Le délicat parcours du combattant

En 1962, le professeur Monfils met sur pied, au sein de l’Institut d’Astrophysique, un groupe de travail Espace (Service d’optique et de physique spatiale) qui prend le nom d’IAL Space. Cette équipe, où l’on trouve Claude Jamar comme chef de projet, propose, conçoit et réalise l’instrument - le télescope S2/S68 dans l’ultraviolet - du premier satellite européen d’astronomie dans l’espace (Programme ESRO) qui utilise la stabilisation sur trois axes. L’observatoire TD-1, placé autour de la Terre le 12 mars 1972 par une fusée américaine Thor-Delta, fonctionne pendant deux années, dressant la première carte du ciel dans l’UV avec les caractéristiques de quelque 30.000 étoiles chaudes.

Le succès de la mission TD-1 donne au Service IAL Space de Cointe ses lettres de noblesse. L’instrument optique S2/S68 - un télescope de 0,27 m couplé à un spectromètre - est testé et calibré à l’Institut d’Astrophysique de Liège. Pour ce faire, un simulateur d’environnement spatial y est construit. Si l’ensemble est réalisé par un maître d’œuvre français, la cuve de 2 m de diamètre et 5 m de long, où l’on crée un vide poussé et des variations thermiques, voit le jour aux Ateliers de la Meuse, à Liège. Ce simulateur, baptisé FOCAL 2 (Facility for Optical Calibration at Liege), devient le cœur d’une infrastructure d’essais de systèmes optiques destinés aux satellites, observatoires spatiaux et sondes interplanétaires. Claude Jamar et son équipe d’ingénieurs, chercheurs et techniciens ont démontré à cette occasion leur capacité de mener à bien la mise au point d’un équipement complexe pour une mission dans l’espace. L’ESA, créée en 1975, pouvait leur confier les tests d’étalonnage optique du radiomètre du satellite météorologique Meteosat et de la Halley Multicolour Camera (HMC) pour la sonde cométaire Giotto.

L’après TD-1 est cependant une période très difficile. A l’étroit sur le site de l’Observatoire de Cointe, l’IAL Space traverse une période de crise. La technologie spatiale, particulièrement coûteuse, exige en effet d’importants subsides. La solution est trouvée du côté européen en 1975, avec la signature d’un protocole d’accord entre l’Université et l’ESA (European Space Agency).

Cap sur le Sart Tilman

L’intégration d’IAL Space dans un réseau européen de moyens d’essais spatiaux sauve l’équipe du professeur Monfils et préserve des compétences technologiques dont l’Université pouvait être fière. IAL Space obtient la reconnaissance comme pôle d'excellence en Europe pour la qualification et l’étalonnage d'instruments opto-électroniques qui doivent fonctionner dans les conditions extrêmes de l'espace. La qualité de ses prestations pour l’ESA et l’industrie spatiale européenne se trouve confirmée par les campagnes d’essais pour le programme Meteosat et pour la mission Giotto. Les satellites de l’ESA deviennent cependant plus ambitieux et prennent plus d’espace… Le simulateur FOCAL 2 devient trop exigu et ses performances sont trop limitées. IAL Space, pour tester l’optique du satellite d’astrométrie Hipparcos, conçoit FOCAL 5 d’un diamètre de 5 m et de 6,6 m de long. Pour accueillir ce nouvel outil de simulation financé par l’ESA, IAL Space doit s’agrandir. Ce qui l'oblige à s'installer en 1984 dans le Parc scientifique du Sart Tilman.

Un bâtiment de quelque 4.000 m² est construit, avec l'aide de la Région Wallonne, autour d'une salle propre qui abrite trois cuves de simulation. La société liégeoise AMOS (Advanced Mechanical and Optical Systems), filiale des Ateliers de la Meuse, est chargée de la fourniture de FOCAL 5 et de la construction de la nouvelle infrastructure. Le premier équipement à y être testé - sous la responsabilité de Claude Jamar et d’Antonio Cucchiaro - est sans doute le plus prestigieux de l’Europe spatiale : la caméra de la sonde Giotto qui a pris les images historiques du noyau de la Comète de Halley en mars 1986 !

Référence internationale

Les tests, pour des missions dans l’espace, de systèmes opto-électroniques de plus en plus complexes et délicats vont alors se succéder dans les simulateurs FOCAL. Le site du Sart Tilman devient un laboratoire de haute technologie pour les essais dans les conditions sévères, à des températures extrêmement basses pour étalonner les observations dans l'infrarouge. Des essais de calibration d’une multitude de télescopes qui ont eu un fonctionnement exceptionnel dans l’environnement spatial y sont réalisés. IAL Space contribue aux succès européens du satellite d'astrométrie Hipparcos et du satellite d'astronomie infrarouge ISO. Il met au point le système de détection sur l'instrument européen du fameux Hubble Space Telescope de la NASA.

IAL Space devient la référence internationale pour le design, la métrologie et l’étalonnage en optique spatiale. Une équipe d’ingénieurs - autour de Pierre Rochus, puis de Jean-Marc Defise -, relance l’activité, qui avait marqué les débuts d’IAL Space, de conception et de développement d’instruments originaux et innovants pour des satellites, tant de l’ESA que de la NASA. En 1988, sous l’impulsion de la Région wallonne, IAL Space assiste à la naissance, dans son voisinage et avec des membres de son personnel, des jumeaux Spacebel, deux entreprises commerciales de systèmes spatiaux : Spacebel Instrumentation, qui déposera son bilan en 1997, et Spacebel Informatique qui deviendra un spécialiste européen des systèmes intelligents pour les missions dans l’espace.

«Spatiopôle» à la une

En 1991, le fondateur et directeur d’IAL Space accède à la pension : le professeur Monfils est remplacé par Claude Jamar, l’un de ses étudiants et chercheurs, qui fut à ses côtés pour lancer le Service Espace de l’Institut d’Astrophysique. A partir d’avril 1992, IAL Space prend le nom de Centre Spatial de Liège (CSL) : il affiche sa volonté de grandir comme pôle de technologies nouvelles dans le contexte européen et au service de la région. L’objectif du professeur Jamar est de constituer dans l’orbite du CSL un «spatiopôle» wallon qui réunit sur un même site et intègre les compétences universitaires en astrophysique et géophysique, en ingénierie aérospatiale, en optique et informatique, pour qu’elles donnent un rôle influent à l’Université dans la perspective de la Réforme de Bologne. Il s’agit par ailleurs de tirer parti du potentiel scientifique et de l’expertise technologique en stimulant et facilitant l’éclosion de «spin offs» ou pousses industrielles high-tech en Wallonie. En 2001, Wallonia Space Logistics (WSL) prend forme avec le soutien du gouvernement wallon pour devenir le premier incubateur en Europe de produits et services à haute valeur ajoutée qui sont dérivés des travaux de recherche et de développement dans les techniques de l’espace et les sciences de l’ingénieur.

Le CSL travaille actuellement sur une cinquantaine de projets, avec une centaine de collaborateurs, pour un chiffre d'affaires d’environ 15 millions €. Dans son orbite et sous son impulsion, deux entreprises privées ont pris forme durant les années 80 grâce à des initiatives de technologie spatiale : AMOS pour fournir du matériel d'essais et des équipements opto-mécaniques (y compris des télescopes au sol), Spacebel qui développe des programmes d'informatique adaptés aux opérations sur orbite. Elles ont été rejointes par la société Samtech et sa filiale Gdtech, actives dans la modélisation de structures complexes avec les logiciels SAMCEF (Système pour l’Analyse des Milieux Continus par Eléments Finis). Cette méthode résulte des travaux de recherche du LTAS (Laboratoire de Techniques Aéronautiques et Spatiales) de la Faculté des Sciences Appliquées. Enfin, il y a l’incubateur WSL dont le bâtiment-relais est en expansion : cette «couveuse» aide une trentaine de jeunes PME dans la commercialisation d'innovations technologiques. Parmi elles, LASEA (1999), Optrion (2001), KeyObs (2001), WalOpt (2004), Athol (2006) exploitent des retombées d’activités du CSL.

Au moment de prendre sa retraite - à partir de ce 1er octobre, Jean-Marc Defise lui succède à la tête du CSL - Claude Jamar se réjouit du «regroupement virtuel» qui est en train de s’opérer entre les activités Espace de l’Université de Liège. Il insiste sur l’importance d’avoir des relais académiques entre le CSL et les départements à orientation spatiale dans les Facultés des Sciences (Astrophysique, Géophysique, Océanographie) et des Sciences Appliquées (Aérospatiale et mécanique). Déjà, l’ingénieur-physicien Serge Habraken, responsable de l’instrumentation optique au CSL, est chargé de cours au Département de Physique (Hololab). Il est prévu que cette synergie au sein de l’Université s’amplifie à l’occasion des deux nouveaux masters - sciences spatiales, ingénieur en aérospatiale – qui sont mis en œuvre dès cette rentrée académique.

Observations de «météo» solaire

Depuis le début de l’ère spatiale en 1957, IAL Space/Centre Spatial de Liège s’est trouvé impliqué dans une vingtaine de satellites - européens, américains et français - avec des équipements opto-électroniques qu’il a conçus et/ou calibrés. Sur la moitié des observatoires que l’ESA (European Space Agency) a en service et en préparation, rien d’étonnant qu’il y ait une participation liégeoise. Aujourd'hui, grâce au CSL, la communauté scientifique a, tous les jours, une vue imprenable sur la surface agitée du Soleil. Du savoir-faire de Liège se trouve à bord du satellite américano-européen SOHO (Solar & Heliospheric Observatory) sous la forme d'un télescope actif dans l'ultraviolet extrême (EIT, Extreme ultraviolet Imaging Telescope): lancé en décembre 1995, il est placé à 1,5 million de km de nous et pointé en permanence vers notre étoile. Les images d'EIT révèlent, pratiquement en direct, l'activité capricieuse du Soleil. Des clichés spectaculaires que l’on peut voir sur http://sohowww.nascom.nasa.gov/.

Dans le même temps, depuis la fin de l’année dernière, une duo d’observatoires spatiaux de la NASA complète l’imagerie SOHO en prenant des vues du disque solaire suivant des angles différents. Cette mission STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory), dont le lancement a eu lieu en octobre 2006, apporte un nouveau champ de vision aux astrophysiciens qui étudient le soleil, et en particulier le phénomène imprévisible de ses éruptions, en enregistrant des observations simultanées à partir de trois satellites en orbite solaire. Ces observations en 3D contribuent à une nouvelle discipline, la «météo spatiale», dont le but est de comprendre et prévoir les éruptions solaires, de déterminer leur influence sur la Terre et l'activité humaine (aurores boréales, perturbations électromagnétiques des satellites et des réseaux électriques, des systèmes de navigation et de téléphonie, ....). Sait-on que le Naval Research Laboratory (NRL) a fait appel à l’expertise du CSL pour développer le double système optique de l’imageur héliosphérique et l’ensemble des masques occulteurs qui équipent l’instrument principal de chaque satellite STEREO (lire l’article Le soleil en STEREO) ? Le prochain satellite «made in Belgium» de l’ESA, PROBA-2, sera un micro-observatoire du Soleil : il doit être satellisé à l’automne 2008 en étant équipé d’un radiomètre et d’un télescope dans l’ultraviolet qui auront vu le jour au CSL.

A l’affût des trous noirs et exo-planètes…

En 1995, le Centre Spatial de Liège double son infrastructure afin de se doter de l'énorme simulateur FOCAL X dont l’ESA a besoin pour tester les délicats miroirs de son satellite XMM-Newton. Cet observatoire d'astrophysique, autour de la Terre depuis décembre 1999, collecte sur ses miroirs les rayons X de l'Univers qui trahissent des phénomènes très violents comme les trous noirs, les étoiles à neutrons, les processus à l'origine et au sein des galaxies... Ses données sont exploitées par des chercheurs de l'Institut d'Astrophysique et de Géophysique de Liège (IAGL). L'ESA a aussi chargé le centre universitaire liégeois de tester les télescopes de Herschel et Planck, ses prochains observatoires de l'Univers, et d'en calibrer les performances. Le simulateur FOCAL X a été modifié, entre juillet 2002 et septembre 2003, pour devenir FOCAL XXL destiné aux essais de leurs instruments infrarouges à des températures proches du zéro absolu (c'est-à-dire à moins 273,15° Celsius ou 0 Kelvin). Il a fallu aménager une aile supplémentaire au CSL pour accueillir les équipes responsables des tests.

Entre-temps, l'Observatoire de Cointe, avec ses coupoles qui abritaient des télescopes, a vécu. En 2002, l'Institut d'Astrophysique et de Géophysique de Liège a été déplacé sur le campus du Sart Tilman dans un nouveau bâtiment qui est rattaché à l'Institut de Physique. Au coeur du Département universitaire AGO (Astrophysique, Géophysique et Océanographie), il constitue un centre de renom mondial pour la surveillance du changement global des cycles de l'air et de l'eau, pour l’étude du phénomène des aurores jusque sur Jupiter et Saturne (avec les images du Hubble Space Telescope), pour les recherches sur les grandes structures et les hautes énergies dans l'Univers. Les chercheurs de l'IAGL font appel au nec plus ultra des observatoires, comme ceux de l'ESO (European Southern Observatory) sur les sommets de montagnes chiliennes. Ils sont présents au VLT (Very Large Telescope) du Cerro Paranal, qui permet d'étudier de façon fine et en trois dimensions les phénomènes du ciel. L’astrophysicien Jean-Pierre Swings souligne l’essentielle et enrichisssante complémentarité entre les moyens au sol et les systèmes dans l’espace.

Dans le cadre du programme scientifique de l'ESA (Agence Spatiale Européenne), l'IAGL s'est spécialisé dans l'exploitation des données d'observatoires spatiaux dans les rayons X et gamma, INTEGRAL et XMM-Newton, qui sont sur orbite. Il contribue à la mission du satellite français COROT (Convection et Rotation des intérieurs stellaires) : dans l’espace depuis décembre 2007, son télescope, dont certains éléments opto-mécaniques ont été fournis et testés par le CSL, est en train de passer en revue quelque 100.000 étoiles dans le but de déceler la présence de planètes autour d'elles ou exo-planètes (lire notre article Voyage au coeur des étoiles). Il coopère avec le Centre Spatial de Liège et avec la société AMOS dans la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs pour les observatoires spatiaux de la prochaine décennie et pour un projet international de télescope terrestre à miroir liquide à implanter au Chili ou en Inde. Ce panorama des activités spatiales à l’Ulg montre que Liège a su tirer parti de l’héritage du Spoutnik.

L'aventure spatiale liégeoise : Lectures utiles