Les 10 milliards de dollars pour un super-œil électronique nommé James Webb

Enfin, le télescope spatial le plus sophistiqué, le plus grand, le plus cher et le plus perturbateur de tous les temps est sur le point de prendre son envol pour tenter de découvrir le cycle de vie des étoiles, de leur naissance à leur mort.

Le jour de Noël, le 25 décembre à 01h20 CET, un lanceur européen Ariane 5 décollera de la Guyane française avec les espoirs de milliers d'astrophysiciens du monde entier placés dans sa précieuse charge utile. S'il réussit, il laissera derrière lui des années et des années de retards, une tentative sérieuse du Congrès américain d'annuler le projet et un ruissellement incessant de milliards, s'élevant au chiffre astronomique de près de 10 milliards de dollars, soit environ 8,5 milliards d'euros.

Ce colosse technologique coûteux de 6,2 tonnes a été baptisé James Webb, en mémoire de l'homme qui, entre 1961 et 1968, était le chef tout-puissant de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), la force motrice du programme lunaire Apollo parrainé par le président John F. Kennedy et également le défenseur de l'orientation centrale de l'Agence vers la recherche scientifique.

Le télescope spatial James Webb (JWST) est un observatoire gigantesque, puissant et ultrasensible qui élargira et complétera les découvertes du légendaire Hubble, en service depuis plus de 30 ans, auquel il est héritier, mais avec lequel il ne présente aucune ressemblance extérieure ou technologique. 

Cent fois plus puissant que son prédécesseur Hubble, le JWST fonctionne dans les longueurs d'onde de l'infrarouge proche et moyen, et est "capable de détecter la lumière d'une seule luciole à un million de kilomètres de distance", indique la NASA. Mais son but n'est pas de trouver de minuscules insectes dans l'Univers, mais de "regarder plus de 13,5 milliards d'années en arrière, de pénétrer dans les nuages de poussière cosmique et d'observer des objets très éloignés", explique Catarina Alves de Oliveira, scientifique à l'Agence spatiale européenne (ESA). 

Initiative menée par la NASA en coopération avec l'Agence spatiale canadienne (ASC) et l'ESA, avec des contributions de la science, de l'industrie et d'institutions espagnoles - telles que l'Institut national des sciences aérospatiales (INTA) et le Centre d'astrobiologie (CAB) - le James Webb a pour objectif de trouver les premières étoiles et galaxies nées après le Big Bang.

Il a également été conçu pour étudier les "éléments embryonnaires qui ont donné lieu à la formation des systèmes planétaires et à l'évolution des trous noirs, ainsi que pour analyser les atmosphères des exoplanètes susceptibles d'abriter du carbone, de l'azote, de l'oxygène, du fer ou une forme de vie", souligne Macarena García Marin, responsable de l'étalonnage de l'instrument euro-américain MIRI, l'un des quatre instruments embarqués à bord du télescope.

Mais les recherches qui seront menées par le JWST pourraient-elles être effectuées avec des télescopes installés au sol ? Pas vraiment. L'atmosphère terrestre n'est pas transparente pour de nombreuses bandes infrarouges, qui sont également dégradées par des composés chimiques tels que le dioxyde de carbone, le méthane et la vapeur d'eau. Et le vétéran Hubble ne peut-il pas le faire ? Eh bien, elle ne peut pas non plus. Son optique est adaptée aux spectres visible et ultraviolet, il est en service depuis plus de 30 ans et est proche de la retraite.

Le positionnement des deux télescopes par rapport à la Terre constitue une autre différence. Hubble est en orbite à 570 kilomètres de la surface de la Terre. Cette courte distance a permis aux navettes spatiales de la NASA de l'atteindre pour réparer ses optiques d'origine défectueuses et mettre à niveau ses équipements et logiciels, ce qui est impossible à faire avec le JWST. 

Quelle est la raison de cette impossibilité de réparation en cas d'anomalies graves ? Le JWST sera positionné et restera pendant un minimum de 5 ans à une distance de 1,5 million de kilomètres de la Terre. C'est ce qu'on appelle le point de Lagrange L2, un emplacement stable dans le système Terre-Soleil à partir duquel il gravitera autour du soleil. Pour avoir une idée de l'ampleur de la distance à laquelle sera placé le nouveau télescope, il suffit de dire que la Lune se trouve à environ 400 000 kilomètres de nous.

Ce nouveau télescope révolutionnaire se compose d'un miroir principal de 6,5 mètres de diamètre, soit une surface totale de 25 m2, sept fois plus grande que celle de Hubble. Il se compose de 18 plaques hexagonales légères en béryllium et recouvertes de 48,25 grammes d'or - de la taille d'une balle de golf - qui réfléchissent très bien la faible lumière infrarouge. Derrière eux se trouvent quatre spectromètres et caméras infrarouges : un développé par la NASA (NIRCam), un par le Canada (NIRISS), un par l'ESA (NIRSpec), et un autre appartenant à parts égales à la NASA et à l'ESA (MIRI).

L'équipement embarqué est complété par des antennes de communication, des systèmes de stabilisation en orbite et des capteurs de guidage et d'orientation de haute précision. Le tout est protégé par un immense parasol de 300 m2 - la taille d'un court de tennis - avec cinq couches de revêtements spéciaux en aluminium et en silicone. Cela permet de maintenir le grand miroir et les quatre instruments à une température constante de -233 degrés Celsius - proche du zéro absolu - et d'éviter que les 85 degrés Celsius de rayonnement du Soleil atteignant le bas du parapluie ne dégradent les mesures. 

Au total, les dimensions maximales du JWST sont de 21,2 x 14,2 x 8 mètres. En revanche, les dimensions de la partie supérieure d'Ariane 5 sont de 5,4 mètres de diamètre x 17 mètres de hauteur. Pour ce faire, le grand télescope doit être replié dans la fusée, un peu comme si l'on mettait un bateau dans une bouteille, explique Bill Nelson, l'actuel responsable de la NASA.

Une fois le télescope lancé et libéré dans l'espace, 27 minutes après le décollage, les panneaux solaires seront activés et quelques heures plus tard, le pare-soleil commencera à s'ouvrir très lentement. Huit petits moteurs et des centaines de mécanismes, de câbles, de charnières et de poulies seront impliqués", explique Krystal Puga, ingénieur système chez Northrop Grumman, le maître d'œuvre de la mission, qui se poursuivra pendant les trois premières semaines de son voyage vers L2.

C'est ensuite au grand miroir de s'étendre et de s'ajuster avec une grande précision. Selon Mike Menzel, ingénieur système en chef de la mission, "275 défaillances peuvent survenir lors du processus d'ouverture du pare-soleil et du miroir", mais ces actions ont été répétées des centaines de fois au sol et les techniciens sont convaincus qu'il n'y aura aucune surprise. Désormais entièrement configuré, le JWST devrait atteindre sa destination finale trois mois plus tard. Mais il ne reste plus qu'à calibrer et tester les quatre instruments. La NASA connaît les risques, ne veut pas de surprises et procédera étape par étape, de sorte que les observations scientifiques ne commenceront que 6 mois après le décollage.

Le télescope James Webb a largement dépassé le coût du télescope Hubble, qui était de l'ordre d'un milliard de dollars. En revanche, le JWST a été un puits sans fond dans lequel la NASA a déversé d'énormes sommes d'argent. La principale raison des dépassements de coûts était en grande partie due à un manque de prise de conscience de l'énorme défi technologique auquel l'Agence était confrontée. D'un budget initial de 500 millions de dollars prévu en 1997, le chiffre global est passé à environ 10 milliards de dollars, la NASA contribuant pour 8,8 milliards de dollars, l'ESA pour environ 600 millions de dollars et le reste provenant de l'Agence spatiale canadienne. 

Légèrement plus petit qu'un bus, Hubble a été transporté dans l'espace le 25 avril 1990 par la navette Discovery. Son bras robotique l'a extrait de la soute et l'a déposé en orbite. Cependant, de graves défauts dans son optique et des améliorations souhaitables de ses systèmes ont contraint la NASA à effectuer cinq vols entre 1993 et 2009 pour obtenir les premières images de qualité, remplacer les équipements endommagés et améliorer ses capacités, toutes ces opérations ayant été réalisées par des astronautes américains. Avec le JWST, ce n'est plus possible.