L'équipe du laboratoire des miroirs de l'observatoire Steward de l'université d'Arizona, sous la direction du docteur Roger Angel, a développé depuis les années 1980, une technique de fabrication (moulage et polissage) de grands miroirs à très courte focale.
Premier miroir de 6,5m du projet Magellan fin du polissage	Ces miroirs rapides ont une structure en alvéoles, ce qui diminue considérablement leur poids (d'un facteur 5 environ), tout en leur conférant rigidité et stabilité. Ces miroirs équipent déjà de nombreux télescopes en lumière visible et infrarouge qui tout en ayant un large miroir, sont des télescopes de petite dimension. Le coût de ces miroirs est réduit car ils demandent moins de verre et moins de travail de taille du verre. Un autre avantage de cette structure est qu'elle permet une mise en température du miroir beaucoup plus rapide ; elle permet aussi d'instaurer une circulation d'air dans les alvéoles.
Quelques miroirs fabriqués dans ce laboratoire : Deux miroirs de 8,4 mètres f/1,14 pour le grand télescope binoculaire (LBT) du mont Graham, Arizona : Janvier 1997 et Mai 2000 Deux miroirs de 6,5 mètres f/1,25 pour les télescopes du projet Magellan, Las Campañas, Chili : Janvier 1994 et Septembre 1998 Le miroir de 6,5 mètres f/1,25 pour le nouveau MMT de l'observatoire Fred Lawrence Whipple, mont Hopkins, Arizona : Avril 1992 Le miroir de 3,5 mètres f/1,75 du télescope WIYN (Wisconsin-Indiana-Yale-NOAO) à Kitt Peak, Arizona : Décembre 1988 Le miroir de 3,5 mètres f/1,75 du télescope du consortium de recherche en astrophysique (ARC) à Apache Point, Nouveau Mexique : Avril 1988 Le miroir de 1,2 mètres f/1.9 pour le télescope de 1,2m de l'observatoire Fred Lawrence Whipple, mont Hopkins, Arizona : Novembre 1987 Le miroir de 1,8 mètres f/1 pour le télescope de technologie avancée du Vatican, mont Graham : Mars 1985 Le miroir de 1,8 mètres f/2.7 pour l'université de Calgary, Alberta, Canada : Avril 1983

Lors de la visite d'Adagio, le second miroir de 8,4 mètres à f/1,14 de focale destiné au grand télescope binoculaire (LBT) du mont Graham était dans le four, en cours de refroidissement...

Le 17 Mai 1999, le personnel du laboratoire commence l'assemblage des éléments du moule sur le foyer du four. Cette phase dure environ 6 mois. Le moule reproduit, en négatif, la forme cible du miroir. La structure en alvéoles des miroirs est obtenue par assemblage de tubes cylindriques formant les futures aléoles, et de boîtes en aluminosilicate formant les espaces entre les alvéoles.
La première étape consiste à recouvrir soigneusement le foyer d'un pavage de tuiles en carbonate de silice : c'est ce pavage qui déterminera la géométrie des alvéoles.	Ensuite, 48 cylindres sont disposés verticalement pour former le rebord de ce moule.
Après assemblage, des barres d'acier seront disposées à l'extérieur des tubes pour leur permettre de résister à la pression du verre fondu. L'ensemble est chauffé pour relaxer sa géométrie avant l'étape suivante.
Le pavage est recouvert d'une couche d'aluminosilicate (pour éviter de potentielles réactions chimiques entre le verre fondu et le pavage). Nous sommes en Août 1999 : l'installation de boites hexagonales formant les alvéoles va commencer.
Début Novembre : la moitié des boites hexagonales sont en place.	Pour finir, les couvercles de boites sont cloués et collés
Début Avril 2000, un second chauffage de l'ensemble est réalisé. Le moule est prêt à recevoir le verre.

Le verre (du borosilicate de grade E6 à faible taux de dilatation) est produit par la société japonaise "Ohara", de Kanawaga ; c'est le seul fournisseur au monde qui produise un verre dont la pureté est conforme aux standards de ce laboratoire. Le borosilicate possède de nombreux atouts : relativement bon marché, son coefficient de dilatation thermique est faible, son point de fusion n'est pas trop élevé, il résiste très bien aux produits chimiques : cette qualité est importante car avant les réaluminisations, la surface des miroirs est nettoyée à l'aide d'acides et de bases fortes. Un miroir doit pouvoir supporter ces traitements des dizaines de fois sans avoir besoin d'être repoli.
Le verre est transporté par lots de 1,5 tonnes, constitués de morceaux d'environ 2 kg. A son arrivée aux USA, 10% du verre de chaque lot est examiné et sa qualité est estimée. Quelques jours avant d'être utilisé, le verre est amené au laboratoire par camion, et à nouveau examiné en lumière blanche à entre deux filtres polarisants croisés. Il est trié en deux lots : qualité supérieure (ce lot constituera la partie supérieure du miroir) et qualité acceptable (ce lot constituera le dos du miroir). Les morceaux inacceptables sont éliminés (ils serviront à effectuer divers tests).
Début Mai, environ 20,5 tonnes de verre sont chargées dans le moule.	Le 3 Mai, le chargement du four est terminé, le couvercle est fermé.

Le four est un four tournant géant en forme de chapeau de champignon. Sa hauteur de plus de 6 mètres occupe deux étages du laboratoire ; sa largeur maximale est de 11,7 mètres.

Le four est constitué de deux parties : la moitié inférieure est constituée d'un plateau tournant qui supporte la moitié supérieure, et d'un socle tournant instrumenté. Tous les systèmes de contrôle du four (contrôle de la température, contrôle de la vitesse de rotation, enregistrements des paramètres) sont redondants. Quand le four donne la température maximum requise pour fondre le verre, il consomme une puissance de 1 mégaWatt. la moitié supérieure est constituée d'un plancher qui sert de foyer et d'un couvercle de 28 tonnes. Plancher et couvercle sont tapissés de tuiles réfractaires recouvertes de 270 éléments de chauffage (de 8 kiloWatts chacun). La température est régulée par 600 thermocouples.

Ce four tournant permet aux forces centrifuges de donner une forme parabolique au verre fondu, proche de la forme définitive souhaitée pour le miroir. Cette technique permet un gain de temps, et une économie de verre qui sont estimés, pour un miroir de 6,5 mètres de diamètre, à 12 tonnes de verre et à une année de travail . La vitesse de rotation du four est déterminée par la focale du futur miroir : elle est de 7,4 tours par minute pour une focale de f/1,25.

Lorsque tout le verre a été déposé dans le moule, le four est refermé. L'éclairage et les caméras sont installés pour surveiller le processus de fusion du verre. Les ordinateurs qui contrôlent la température et la vitesse de rotation du four sont mis en marche.

Le chauffage commence le 13 Mai 2000 à 18:30. Environ 18,7 tonnes de verre se trouvent dans le moule. La température grimpe lentement au départ, afin de permettre à l'humidité résiduelle du moule de s'évacuer. A midi le 14 Mai, elle atteint juste les 100°C.

Le 17 Mai à 02:30, la température monte à 500°C. Elle est maintenue à ce niveau toute la journée le temps de vérifier que le système de contrôle du four est en état pour l'étape de recuit du verre qui suivra la fusion. Il est préférable de réaliser les derniers contrôles à ce point, avant que le four ne soit plein de verre fondu : les éventuelles réparations seraient plus faciles à entreprendre.

Le chauffage reprend le 18 Mai au matin. La température monte de 11°C par heure. La fusion commence. Le vendredi 19 Mai, à 07:10, la température atteint 750°C : le four commence à tourner. L'accélération est relativement faible afin de ménager les morceaux de verre : les 6,80 tours par minute nécessaires à la formation d'une parabole de 9,6 mètres de focale, sont atteints à 08:00.

Le verre fondu à l'intérieur du four

Le 20 Mai vers les 06:00, la température maximum souhaitée, 1150°C, est atteinte ; elle est maintenue 5 heures afin de permettre aux bulles de remonter à la surface, et aux alvéoles du miroir de se former correctement... à cette température, la viscosité du verre est comparable à celle d'un miel liquide froid.

A 11:00 le 20 Mai, le refroidissement commence. La baisse de température, jusqu'à 600°C, est obtenue par l'ouverture progressive du couvercle du four. Le 23 Mai à 20:30, soit à peine plus de deux jours plus tard, la température est tombée à 700°C. La rotation du four est arrêtée. Le verre est suffisament visqueux pour conserver sa forme parabolique sans rotation.

Tôt le matin du 26 Mai, la température du four est descendue à 530°C. La phase de recuit commence : le refroidissement va s'effectuer à raison de 1/8 de degré par heure jusqu'à 450°C. Ceci permet d'établir un très faible gradient de température à travers l'épaisseur du verre : les contraintes présentes dans le verre vont pouvoir se relaxer, alors que de nouvelles contraintes ne se produisent plus dans ces conditions.
La suite du refroidissement se fait à raison d'une baisse de température de 0,5°C par heure afin d'éviter la formation de fissures, puis elle tend spontanément vers une décroissance de 0,2°C par heure à cause de l'excellente isolation du four et de la masse thermique en jeu.

Juste après midi le mercredi 16 Août, l'alimentation électrique du four est coupée : le miroir est à 55°C. Le refroidissement se poursuit jusqu'à température ambiante : le lundi 28 Août, le couvercle du four est retiré, dévoilant un magnifique miroir ... aucune fuite de verre n'a eu lieu : c'est la première fois qu'un tel exploit est réalisé !
Le miroir restera en attente dans le four jusqu'au début de l'anné 2001 : quand le premier miroir de 8,4 m du LBT sera au polissage, le second miroir sera alors transféré au poste de fraisage.
Le fraisage, réalisé avec une fraiseuse et des particules de diamant, permettra de donner au miroir sa forme parabolique avec une précision de 50 microns. Enfin le polissage permettra d'obtenir une surface lisse avec une précision de 25 nanomètres au minimum : soit 1/25ème de la longueur d'onde moyenne en lumière visible.

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Site Web du laboratoire des miroirs de l'observatoire Steward :
Cet excellent site, riche en données sur les processus de coulage des miroirs, permet également de vivre en direct les étapes cruciales de la fabrication des miroirs.
http://medusa.as.arizona.edu/mlab/mlab.html

Site Web de l'observatoire Steward :
http://www.as.arizona.edu/steward/

Site Web du projet LBT (Large Binoculary Telescope) :
http://medusa.as.arizona.edu/lbtwww/lbt.html

Remerciements :
Nous remercions le personnel du laboratoire des miroirs, et tout particulièrement John M. Hill, pour le très bon accueil réservé à l'association ADAGIO lors de la visite du laboratoire.

Nous remercions John M. Hill pour son autorisation de publication sur ce site, les photos réalisées par les membres du laboratoire des miroirs (John M. Hill, Ray Bertram, Sandra Yox, J. Waack, P. Wehinger, U. Schwarzkopf, Steve Miller).

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