Le télescope spatial James Webb (JWST) doit être lancé le 25 décembre 2021, après de multiples reports. Ce “grand frère” d’Hubble sera le plus grand télescope astronomique jamais envoyé dans l’espace. Grâce à des technologies de pointe, il va permettre une meilleure compréhension de notre Univers, en particulier aux premiers âges après le Big Bang.

Vue d'artiste du JWST : sur un fond étoilé en couleurs bleu marine et violet, on voit le télescope en contre-plongée. En-dessous, une partie aux reflets rose, rappelant la forme d'un vaisseau Star Wars, et au-dessus un panneau constitué d'alvéoles dorées.
Vue d’artiste du James Webb Space Telescope. Crédit : Nasa

Plus de 30 ans de développement

Le projet démarre en 1989, alors que Hubble n’a même pas encore quitté terre. L’agence spatiale américaine (Nasa) imagine déjà son futur télescope spatial capable d’observer dans le proche infrarouge avec une performance inégalée. D’abord baptisé Next Generation Space Telescope (NGST), l’instrument aurait la capacité d’étudier les corps célestes très faiblement lumineux, afin de mieux comprendre les processus de formation des galaxies, des étoiles, des planètes et de la vie, seulement quelques centaines de millions d’années après le Big Bang.

Un objectif ambitieux, qui nécessite de nombreuses années de développement et recherches de financements. À la fin des années 1990, les premiers travaux de définition de la structure du télescope ont lieu, et la Nasa décide de s’associer aux agences spatiales européenne (Esa) et canadienne (ASC) dans le projet. À ce moment, compte tenu du temps estimé pour la fabrication des miroirs, le lancement du NGST est prévu au plus tôt en 2008. 

Devanture du Space Telescope Science Institute à Baltimore, dans le Maryland, où est née l'idée du JWST. La façade du bâtiment de deux étages est plutôt en longueur, avec des vitres tout du long, et les murs couleur beige clair.
C’est au Space Telescope Science Institute (Baltimore, Maryland) qu’est née l’idée du JWST. Crédit : Nasa

En 2002, le télescope est rebaptisé JWST pour James Webb Space Telescope, en référence au deuxième administrateur de la Nasa de 1961 à 1968, James Edwin Webb, qui a joué un rôle clef dans le développement du programme lunaire Apollo. Au fil des années, le coût du super télescope est régulièrement revu à la hausse, tant et si bien que l’abandon du projet est envisagé en 2011 par le Congrès américain… Heureusement, après des années d’incertitude, de travail acharné et une bonne douzaine de reports, le très attendu décollage de l’observatoire spatial – dont le coût final frôle les dix milliards de dollars – est programmé pour le 25 décembre 2021. 

Structure du télescope

Avec un très grand diamètre de 6,5 mètres, ce télescope affiche des dimensions monumentales de 22×12 mètres pour une masse de 6,5 tonnes. Ce mastodonte du ciel va effectuer des observations dans la bande spectrale située entre 0,6 et 28 micromètres, qui correspond au rayonnement infrarouge. Pour que ses mesures ne soient pas perturbées par les émissions infrarouge du Soleil, de la Terre, de la Lune et de ses propres instruments, il sera maintenu à une température d’environ −233 °C grâce à un bouclier thermique grand comme… un court de tennis !

Photo en salle blanche du JWST partiellement déployé au-dessus de son bouclier thermique : celui-ci est en position presque horizontale et ressemble à un cerf-volant géant, recouvert d'une couche aux reflets argentés.
Le bouclier thermique du JWST a la taille d’un court de tennis. Crédit : Nasa

L’observatoire spatial se compose d’une partie optique dont le miroir primaire de 6,5 mètres, et de quatre instruments : la caméra NIRCam, le spectrographe NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) et les spectro-imageurs MIRI (Mid-Infrared Instrument) et NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph).

Il sera positionné au point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre, à 1,5 million de kilomètres de la Terre du côté opposé à notre étoile. De cette façon, le Soleil, la Terre et la Lune seront constamment derrière le bouclier thermique, de sorte que le télescope et ses instruments seront bien protégés, dans le froid et dans le noir. Au vu de la taille et de la forme du “pare-soleil” géant, la zone du ciel observable à un instant donné par le télescope sera d’environ 40 % de la voûte céleste – contre 80 % pour Hubble. L’observation de l’ensemble du ciel sera toutefois bel et bien possible au cours de l’année, sur une période de 100 jours minimum.

Premières images en 2022

Après son lancement depuis le centre spatial de Kourou en Guyane, “plié” dans la coiffe d’une fusée Ariane 5, le JWST entrera dans une phase de test d’environ six mois avant de fournir ses premières images au printemps 2022. Le super télescope possède une durée de vie nominale de 5,5 ans, mais doit emporter suffisamment de carburant pour se maintenir sur son orbite pendant au moins dix années. Contrairement à Hubble, le James Webb Space Telescope ne pourra à aucun moment subir de réparations en raison de son éloignement : sa durée de vie sera donc conditionnée par la robustesse de ses composants électroniques et mécaniques.

Le JWST en cours de préparation pour le lancement. Crédit : NASA/Goddard Space Flight Center/Michael P. Menzel/Sophia Roberts/AIMM

Une fois opérationnel, le James Webb Space Telescope surpassera d’un facteur 10 à 100 tous les observatoires terrestres fonctionnant actuellement dans l’infrarouge. L’instrument représente ainsi un véritable bond en avant pour l’astronomie, et devrait mener à des découvertes dans toutes les sous-disciplines de l’astrophysique.

“Voir” les premiers objets de l’Univers

Pour la toute première fois, l’observatoire spatial va nous permettre de “voir” les premiers objets de l’Univers, seulement une centaine de millions d’années après leur formation. L’un des objectifs scientifiques du super télescope concerne notamment l’origine des galaxies. Le JWST doit confirmer ou infirmer aux astrophysiciens l’hypothèse selon laquelle toutes les galaxies géantes ont subi au moins une fusion majeure avec une autre galaxie, quand l’Univers était âgé d’environ six milliards d’années. Les scientifiques cherchent ainsi à comprendre en détail les processus qui ont donné aux galaxies spirales (comme la nôtre, la Voie Lactée), elliptiques ou irrégulières, leur forme actuelle.

Sur fond noir étoilé, représentation de la Voie lactée. On la voit légèrement de dessus, sa forme de spirale bien mise en évidence.
La Voie lactée, notre galaxie. Crédit : Nasa/Esa/B. Holwerda/University of Louisville

Enfin, le James Webb Space Telescope devrait permettre de mieux comprendre ce qui déclenche la formation des étoiles au sein d’une galaxie : processus intrinsèque ou interaction avec d’autres galaxies ? Pour l’instant, le mystère reste entier. En outre, le télescope sera capable d’observer la naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires avec une précision inégalée, et d’étudier en détail l’atmosphère des exoplanètes afin d’y évaluer la présence de vie potentielle.