Fruit d’un projet mené par l’Université de Liège et la société belge AMOS, le plus grand miroir en silicium monocristallin jamais fabriqué vient d’être achevé. Cette pièce de 45 centimètres de diamètre et de 80 kilogrammes constitue une avancée technologique majeure pour le développement du futur télescope Einstein, destiné à détecter les ondes gravitationnelles de nouvelle génération.
Après plus de cinq années de développement, le projet porté par Christophe Collette, ingénieur en aérospatiale à l’Université de Liège, franchit une étape importante avec l’aboutissement de la fabrication du plus grand miroir en silicium monocristallin réalisé à ce jour.
Commandé dans le cadre du projet ERC SILENT, ce miroir affiche un diamètre de 45 centimètres pour un poids d’environ 80 kilogrammes. Le lingot de silicium monocristallin à l’origine de cette réalisation a été produit par une société américaine spécialisée dans les équipements de croissance cristalline avant d’être acheminé en Belgique pour son usinage et son polissage par AMOS, spin-off de l’Université de Liège.
La performance est notable à plusieurs titres. D’une part, la production d’un monocristal de silicium de cette taille, exempt de défauts et de joints de grain, se situe à la limite des capacités actuelles des procédés de croissance cristalline. D’autre part, le miroir présente une rugosité résiduelle de l’ordre du nanomètre après polissage, soit des irrégularités de surface un million de fois plus petites qu’un millimètre.
Six mois de fabrication de haute précision
La transformation du lingot brut en miroir de précision a nécessité six mois de travail. Une fois livré en Belgique, le matériau a été découpé puis façonné à l’aide d’outils diamantés, le silicium étant à la fois extrêmement dur et particulièrement fragile.
« Le lingot a d’abord été découpé puis mis en forme par usinage à l’aide d’outils diamantés, seuls capables d’entamer le cristal », explique Philippe Klinkenberg, responsable de la fabrication des composants optiques chez AMOS. Plusieurs phases de rodage et de polissage ont ensuite permis d’éliminer progressivement les micro-dommages laissés par les opérations précédentes, chaque étape étant contrôlée par métrologie optique de haute précision.
Si les performances du miroir ne répondent pas encore à l’ensemble des spécifications visées pour le futur télescope Einstein, elles représentent aujourd’hui l’état de l’art le plus avancé vers ces objectifs.
Une plateforme pour les technologies du futur télescope Einstein
À la fin de l’année, le miroir intégrera le nouveau laboratoire ET-CRISTAL (CRyogenic and Inertial STAbility Lab). Installée dans les nouveaux bâtiments du Centre Spatial de Liège (CSL), cette infrastructure bénéficiera notamment de l’expertise du centre en cryogénie et en environnement de salle blanche.
Le laboratoire accueillera une cuve à vide supplémentaire de trois mètres de diamètre dans laquelle sera installé le prototype E-TEST. Le miroir servira alors de plateforme expérimentale pour le développement et la validation de technologies destinées aux futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles et, à terme, au télescope Einstein.
Cette réalisation illustre à la fois le savoir-faire industriel développé en Belgique dans le domaine de l’optique de précision et le rôle des collaborations entre recherche académique et entreprises spécialisées dans l’émergence de technologies scientifiques de pointe.