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Taille et polissage de miroir

Serge (2004)

 

Il faut dire que Pierre avait commencé l’année précédente avec quelques signes évident de fébrilité…. D’abord la démonstration de sa récente acquisition : un superbe télescope de type Matsukof de 180 mm de diamètre, qui semblait combler d’aise son propriétaire. D’abord, il était tout simplement beau, avec sa livrée jaune canari bien pétant, sa finition soignée. On semblait se convaincre mutuellement que tout compte fait, c’était là un bel engin de voyage. L’engin possède de réelles qualités optiques et sa compacité est évidente. Mais, mais, mais….

A bien y regarder, si l’optique est assez trapue, elle occupe déjà un certain volume. De plus, elle se doit d’être accompagnée d’une monture quelque peu encombrante. Enfin, ce n’est qu’un 180 mm, de quoi frustrer bien des observateurs de ciel profond qui, c’est bien connu, en n’ont jamais assez. Pourtant l’ami Pierre n’avait pas dit son dernier mot et nous promettait pour bientôt un « truc » qui, pour changer, serait rouge vif…

Vint le jour de la présentation de Rackam le Rouge, superbe Dobson « maison » de 200mm, révolutionnaire par son ultra-compacité, ses nombreuses astuces techniques et sa facilité de mise en œuvre (Cf. article paru dans le groupe local n°….). Ce bel engin ouvrait des perspectives prometteuses. Mais à bien y regarder, cette mécanique pouvait accueillir sans peine un miroir de 250mm à F/D 5. Le cahier des charges est vraiment simple et convaincant : faire le plus gros télescope possible avec, comme limite à ne pas dépasser, l’encombrement et le poids du bagage accompagné des vols aériens internationaux. Fort de ce postulat, bien des adhérents se sont sentis concernés par cette machine. La réalisation est à la portée de tous, ne présente pas un investissement matériel important, et surtout, l’engin fini est assurément une optique personnelle idéale. C’est fort de cette motivation collective que Pierre dessina les plans du futur « STROCK 250 », que onze membres du club allaient adopter.

 

Une occasion à ne pas manquer

Pour ma part, je faisais parti de ce groupe dynamique, saisissant là l’opportunité de me doter enfin d’un instrument de voyage digne de ce nom et me permettant de reléguer aux oubliettes le trop célèbre ETX 90, au succès à mes yeux usurpé. Mais surtout, je tenais là une occasion inespérée de me lancer dans un projet qui couvait depuis de très nombreuses années : polir un miroir de mes mains….

C’est, dans les années soixante-quinze que je tombais par hasard sur la série culte de l’époque, Tout l’Univers, où était décrit la technique de réalisation d’un miroir avec des moyens à la portée de l’amateur. Je me souviens avoir tout noté, tout appris quasiment par cœur, fasciné par cet exploit technologique, qui consiste à usiner du verre, avec une précision absolument démoniaque.

Par la suite, j’ai souvent été sensible aux articles traitant des miroirs réalisés artisanalement. Le résultat  obtenu par rapport à l’acquisition d’un miroir du commerce ne se juge pas spécialement sur les économies financières réalisées (de l’ordre de 20%). C’est avant tout le plaisir de faire quelque chose de avec ses petits doigts et d’avoir une pièce optique de grande qualité.

Il n’a pas fallu longtemps pour convaincre Pierre de se lancer dans cette belle aventure. Enfin, Brigitte et Gilles se sont laissés séduire. A quatre, nous nous promettons de faire des merveilles, chacun bénéficiant d’une entraide fructueuse de l’expérience commune.

 

Les préparatifs

Après quelques recherches, il est très vite apparu que le meilleur choix financier nous était proposé par l’acquisition de kit complet comprenant les disques de verres, et tous les matériaux nécessaires.

Les délais de livraison légendaires d’ASTAM, nous ont fait bouillir d’impatience. Nous  avons mis à profit ce temps pour bien nous préparer. Tout d’abord, la réalisation du poste de travail, bien costaud. C’est une table en bois adaptée aux dimensions du futur miroir, suffisamment haute pour pouvoir oeuvrer debout sans trop de fatigue. Il faut la lester de façon conséquente pour augmenter la stabilité. Ensuite, il a fallut incurgiter les ouvrages divers traitant de la taille des miroirs. On ne peut faire l’impasse sur la bible en la matière : l’incontournable TEXEREAU, hier objet introuvable dont Pierre avait une copie d’un certain age, mais aujourd’hui directement accessible sur le WEB. Nous avons bien étudié le JM LECLEIRE regorgeant de détails techniques et le livre des canadiens TROTIER et PREGENT, bien plus pragmatique, dirigé sur les gros Dobson et les grands miroirs. J’ai lu et relu tous ces ouvrages, me projetant virtuellement sur le futur chantier. Il faut dire que la quantité de savoir à appréhender est assez importante : les notions optiques, la taille, le polissage, le contrôle et les redoutables opérations de parabolisation.

 

Petits tracas matériels…

Après bien des retards, le colis tant attendu arrive : c’est une solide caisse en bois brut d’une cinquantaine de kilo, copieusement garnie de flocons en polystyrène anti-choc. Je déballe avec un certain plaisir les différents abrasifs, les disques de verre destinés à jouer le rôle d’outil et les précieuses caissettes en contreplaqué, contant les disques de pyrex, futurs miroirs en puissance. Ce matériau est choisi pour son très faible coefficient de dilatation. Première boulette : il manque la poix et un pot d’abrasif. Mais surtout, Monsieur ASTAM s’est trompé dans les références du Pyrex : les disques ont bien un diamètre de 255 mm, mais n’ont pas la bonne épaisseur. En effet, nous avons opté pour des miroirs « minces » de 27 mm d’épaisseur et nous avons reçu des « standards » de 32 mm. Mince ! Retour à l’envoyeur, et attente de nouveau…

Enfin, les bons disques arrivent. La distribution des lots à chacun a lieu au club et Pierre  ne peut s’empêcher de réaliser la première « séchée » d’inauguration de ce chantier devant les yeux attentifs de tous. Et là, miracle, en 2 ou 3 minutes, le Pyrex est dépoli, l’usinage a commencé…

Comment ce fait-il ? Par quel mystère peut-on tailler un miroir avec une précision moléculaire ?

 

L’ébauche

La première étape consiste à creuser le disque en Pyrex suffisamment pour obtenir la focale recherchée. Elle est ici de 1 250 mm. Mine de rien, il faut enlever 3,2 mm de matière au centre pour atteindre ce résultat. Le principe d’usinage est très simple : on dépose sur un des disques une petite quantité d’abrasif que l’on humecte légèrement. On dépose soigneusement l’autre disque dessus, et on frotte l’un sur l’autre, en faisant tourner régulièrement les deux disques entre eux. Et c’est tout ! La sueur et le temps passé dessus fera le reste. C’est impressionnant de simplicité…

Oui mais comment ça fonctionne ?

Et bien, on constate que le disque du dessus va progressivement s’user en creux et deviendra par ce fait le futur miroir. Réciproquement, le disque inférieur va se rabattre sur les bords, se bomber et devenir l’outil, image fidèle en négatif du miroir. Dans un premier temps, les mouvements sont de simples aller et retour rectilignes d’une longueur approximative d’un tiers du diamètre. Tout comme le travail à la lime ou au rabot, il est très dur de faire une surface bien plane du fait des débords des courses. On obtient toujours une surface convexe. Nous allons utiliser cette propriété et la répéter un grand nombre de fois en variant continuellement la position des deux disques entre eux. Les abrasifs vont user le verre et vont générer une calotte parfaitement sphérique, seule solution possible du rodage et du réunissage de 2 surfaces entre elles et cela dans n’importe quelle direction. Nos mouvements humains répétitifs mais aléatoires et la loi des grands nombres vont nous permettre d’atteindre le résultat escompté.

Pour la première étape de creusage, nous allons utiliser un abrasif très grossier : le carborundum de 36. Très vite, la surface de contact des deux disques se dépoli, devient rugueuse et évoque plus à une râpe à fromage qu’un beau miroir. Pour  accentuer ce travail, on excentre les courses, on frotte en appuyant assez fortement le centre du miroir (disque supérieur) sur le bord de l’outil (disque inférieur) : ce sont les courses bord sur centre. A ce rythme, on creuse le Pyrex à raison d’un demi-millimètree par heure de travail. Mais aussi, le carbo s’use tout autant et il faut souvent le changer. L’efficacité de l’abrasif ne dure que quelques petites minutes. Très vite, le bruit d’usinage diminue, il se forme une boue grise, amalgame de poudre de verre et d’émeri usagé. Il faut alors séparer les disques, nettoyer les surfaces et remettre de l’abrasif neuf. C’est ce qu’on appèle une séchée.

Le réunissage

Une fois la profondeur atteinte, nous allons « réunir » les deux surfaces du miroir et de l’outil, car si le creux au centre est correct, la surface géométrique ressemble plus à un cône qu’à une sphère. Par ce fait, les bords sont encore épargnés et forment un anneau intact ; c’est ce qu’on appelle un cordon. Il faut retirer de la matière de façon plus uniforme, surtout sur les bords.

Pour ce faire, nous allons pratiquer des courses droites en I, ce qui à pour effet de bien régulariser les surfaces entre elles et donc, de s’approcher de la calotte sphérique recherchée. Il faut ici se rappeler la règle fondamentale et infaillible du travail de taille du verre : le miroir dessus l’outil se creuse, mais si on le place dessous, il s’évase. C’est tout bête mais j’ai mis un certain temps avant de mettre ce principe en application. Donc en intervertissant le miroir dessus ou dessous l’outil, on use plus ou moins son centre ou ses bords. Dans mon cas, il faut mettre le miroir dessous et frotter jusqu’à ce que la totalité de la surface soit bien attaquée et que ce maudit cordon –qui décidément a la vie dure – disparaisse.

Le doucissage

Quand enfin c’est chose faite, on va utiliser des abrasifs de plus en plus fin, les corindons,  pour améliorer sensiblement la forme et l’état de surface : c’est le « doucissage ». On ne changera d’abrasif que quand on aura vérifié à la loupe que toutes les piqûres du grain précédent ont bien disparues. Dans le doute, il est bon d’en faire un peu plus qu’un peu moins. La surface devient de plus en plus douce au toucher. Les disques s’usant progressivement, il faut leur refaire de temps en temps un beau chanfrein sur leur périphérie.

Durant tout le travail, on contrôle la courbure du miroir en mesurant la flèche entre les bords et le centre à l’aide de cales d’épaisseur ou mieux, d’un sphéromètre.

Enfin, nous finissons ce travail avec les abrasifs de type « W ». Ce sont des poudres qui évoquent plus du talc que des émeris. Là, le travail est un vrai régal : les disques glissent sans effort et sans à-coup l’un sur l’autre. Pour avoir une surface bien sphérique, on modifie légèrement les courses en leur faisant décrire des trajectoires en forme de W ou de signe infini. Sa surface atteint maintenant une précision de l’ordre de grandeur de la taille des grains d’abrasifs, soit quelques microns d’écart seulement.

On varie la manière, on apprend, on s’amuse. On commence à prendre conscience de l’objet que l’on manipule. Il faut le respecter : il est fragile. Un choc, une seconde d’inattention et c’est un éclat sur la tranche. Un grain d’émeri oublié, c’est une belle rayure qui apparaît. J’aurai le plaisir et la chance de terminer ce travail sans ce type d’incident.

Toutes les phases de travail précédemment décrites se font par usinage du verre. Les abrasifs ne sont pas des outils de coupe comme le ciseau à bois de l’ébéniste. Leurs actions sont plutôt comparables à un micro burinage.  Les arêtes des grains génèrent des surpressions locales énormes qui font éclater le verre en créant de petits cratères : les piqûres. C’est pourquoi on a beau diminuer encore et toujours leur taille, la surface ne sera jamais parfaitement lisse. Pour ce faire, il nous faut entrer avec respect dans le monde du polissage…

 

Le polissage

Il faut changer le mode d’usinage, donc changer d’outil. Nous allons recouvrir le disque outil d’un matériau aux propriétés remarquables dans le domaine de l’optique, la poix : c’est une résine naturelle, issue d’un conifère du grand Nord, qui possède à température ambiante la consistance, la dureté, le fluage, l’élasticité idoines pour pratiquer le polissage du verre. C’est aussi une matière particulièrement attachante : on s’en met partout… Au cours du travail, cette matière va progressivement s’imprégner de poudre à polir. Alors, son action sur le verre est comparable à une arraseuse,   elle va parfaitement aplanir toutes les bosses qui dépassent et cela, avec une précision moléculaire…

Pour faire un beau polissoir, il faut faire fondre cette poix avec d’infinies précautions : c’est qu’il ne faut pas que ses fragiles et précieux constituants volatils ne s’évaporassent. Ensuite, il faut mouler de beaux carrés que l’on collera à chaud directement sur le verre, en prenant soin de ménager des sillons réguliers entre eux. Enfin, il faut faire un pressage en déposant le miroir sur cet outil puis en exerçant une pression  régulière afin que petit à petit, la poix reproduise exactement son empreinte. L’outil est enfin prêt.

Après avoir généreusement garni le polissoir de blanc à polir (oxyde de zirconium), on attaque ce long et délicat travail de polissage. Il faut faire plus d’effort pour déplacer les disques, c’est plus physique et particulièrement monotone. De plus, la poix est très capricieuse : une multitude de paramètres influent sur son efficacité et son plein rendement ne s’obtient qu’après plus d’une demi-heure de travail continu. C’est pourquoi il est judicieux de poursuivre longtemps chaque séance, autant que l’apprenti polisseur le peut...

Pendant ces moments, l’esprit se projette entièrement sur la surface du miroir, on fait corps avec le pyrex (enfin, on essaie). Les soirées, les après midi passent, monotones. Une lassitude semble s’installer sournoisement, Le dos commence à se raidir. Il faut pourtant continuer.

Avec le temps, la surface commence à réfléchir de la lumière. Le phénomène se remarque d’abord sous une certaine incidence, mais petit à petit, la brillance apparaît sur toute la surface. Il me faudra plus de seize heures de besogne pour obtenir une belle surface et que toutes les piqûres aient disparues.

La parabolisation et les retouches

Maintenant, il est grand temps de procéder au premier contrôle de la surface du miroir avec l’appareil de Foucault. Cet instrument génial de simplicité et de performance va, par réflexion judicieuse de la lumière, être à même d’appréhender la forme et la qualité générale de la surface optique, mais aussi, de quantifier des mesures avec  une précision de l’ordre du centième de micromètre. Cette prouesse laisse songeur…

Premier bilan : ma surface est assez uniforme . et la parabolisation est – par pur hasard - déjà bien entamée. Mais je note la présence d’un petit mamelon central. Ce genre de défaut est relativement facile et rapide à éliminer.

Ensuite, c’est un long travail de retouches que je subis plus que je dompte. Faire des mesures exactes, bien les interpréter, apporter les corrections qui me semblent efficaces. Le résultat est très fluctuant, le célèbre lambda fait du yo-yo : les choses évoluent lentement, on croit détenir sinon la vérité, au moins une bride de solution, et patatrac, on a, soit dépassé la cote visée, soit généré un autre type défaut, soit on a carrément dégradé la qualité de la surface par l’apparition tant redoutée du mamelonnage (surface bosselée) ou pire que tout, on a rabattu le bord. Caramba ! Il faudra de longues heures de polissage régulier pour revenir à une surface correcte.

Tout est à incriminer : l’inexpérience, la température de la poix, la position des mains sur le miroir, l’hygrométrie, la pression exercée, l’age du capitaine et la recette de la blanquette de veau à l’ancienne. J’ai été contraint de refaire trois fois le polissoir car il générait des défauts irrattrapables.

Un autre problème vient de la fiabilité des mesures que l’on prend à l’appareil de Foucault. Il s’agit là d’un exercice fort délicat et il est bien difficile d’atteindre des précisions de lecture nécessaires pour juger un lambda supérieur à quinze. Enfin, à la suite d’un judicieux conseil de monsieur ASTAM, ou d’un pur hasard, j’approche de la forme parabolique théorique, objet de toutes mes convoitises… Je corrige tout en douceur, le lambda grimpe, grimpe encore un peu, et là, il est temps de dire STOP ! A la trente et une énième retouche, je décide d’arrêter le travail.

Ca suffit pour cette fois : cent vingt mesures prises sur le miroir me permettent d’affirmer un lambda supérieur à quatorze, ce qui me convient tout à fait. Je ne suis pas mécontent  de posséder ce bel objet entre les mains. Ma famille aussi est contente de voir débarrasser la cuisine de cet encombrant et salissant étalage.

Moralité

Ce fut une expérience extraordinaire mais somme toute, étonnamment réaliste. Le travail à fournir est conséquent mais jamais, il nous pousse dans les limites de notre propre savoir-faire. Les difficultés viennent plus d’une compréhension correcte de tous les phénomènes à appréhender. Les nombreux échanges d’idée, de points de vue et  d’expériences de la joyeuse confrérie des tailleurs de verre du club ont permis de surmonter tous les obstacles rencontrés. Ils ont aussi permis d’instaurer une belle émulation de groupe, moteur dynamisant de cette belle aventure.

Si on résume toutes ces étapes, on peut dire que la première partie d’usinage est un jeu ; on patauge mais on découvre assez vite les bonnes solutions. Ce travail est concret et avance relativement rapidement (durée 28h30 tout de même). Le polissage est la partie la plus laborieuse, la moins variée et à mon avis, bien qu’elle demande soins et attention, la moins passionnante. Enfin, les retouches de parabolisation s’apparentent plus aux incantations ésotériques qu’a une science exacte.

Mais une chose est sûre, le résultat immanquablement arrive, même si j’y ai passé plus de cinquante heures de travail effectif. Le bonheur procuré à cet instant est proportionnel à la sueur versée, majoré de la quantité de photons planétaires ou stellaires que ce futur miroir collectera et renverra au fond de nos yeux éblouis…