James Webb observe dans l’infrarouge, mais son propre rayonnement thermique peut compromettre la sensibilité de ses observations. Il ne suffit donc pas de protéger son miroir et ses instruments contre la surchauffe : il faut aussi les maintenir suffisamment froids pour que l’observatoire ne gêne pas les mesures qu’il cherche à effectuer.
C’est le rôle de son pare-soleil, un dispositif d’une taille approximative comparable à celle d’un court de tennis. Selon la NASA, ses cinq couches protègent le télescope du rayonnement infrarouge indésirable et empêchent la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune de surchauffer le miroir et les instruments scientifiques. L’ESA décrit cette protection comme une mise à l’ombre permanente du télescope et de ses instruments.
Des couches séparées, pas une couverture épaisse
Le détail essentiel est dans la séparation des couches : aucune ne touche une autre. Le pare-soleil n’est donc pas constitué de cinq feuilles collées pour former une seule épaisseur. L’absence de contact fait partie de son fonctionnement thermique.
La NASA distingue ici deux façons de transférer la chaleur. La conduction correspond à un transfert par contact : en maintenant les couches séparées, le dispositif empêche la chaleur de passer directement de l’une à l’autre par ce moyen. Le rayonnement, lui, peut transporter de l’énergie sans contact. La disposition des couches permet au rayonnement infrarouge de s’évacuer vers l’extérieur.
Cela ne signifie pas que l’espace entre les couches supprime tout transfert thermique. L’explication donnée par la NASA associe bien deux effets : empêcher la conduction d’une couche à la suivante et laisser le rayonnement s’échapper vers l’extérieur. La protection ne repose donc pas seulement sur le fait d’intercepter la lumière avant qu’elle atteigne le télescope.
La séquence de déploiement rend cette séparation concrète. Dans sa présentation du 30 décembre 2021, le scientifique du projet Michael McElwain, du centre Goddard de la NASA, décrivait des couches d’abord dépliées, puis mises en tension individuellement. Cette opération devait commencer par la couche tournée vers le Soleil et se terminer par celle tournée vers le télescope. À cette date, ces étapes avaient été testées au sol et répétées au centre de contrôle, mais restaient à exécuter en vol.
Pourquoi cinq couches exactement, plutôt que quatre ou six ? Les documents fournis expliquent le fonctionnement du dispositif à cinq couches, mais pas l’arbitrage qui a fixé ce nombre. Ils ne donnent ni comparaison entre plusieurs configurations ni calcul d’optimisation. Ils ne permettent donc pas d’affirmer que cinq serait un minimum nécessaire, ou qu’une sixième couche serait inutile.
Un refroidissement au service des observations
Michael McElwain indiquait que le pare-soleil permet un refroidissement passif jusqu’à une température opérationnelle du télescope de 45 kelvins. La protection contre l’échauffement extérieur permet ainsi au télescope de refroidir, au lieu de rester exposé aux sources de chaleur que le pare-soleil doit bloquer.
Le bénéfice scientifique est précis. Selon McElwain, cette architecture permet que, pour les longueurs d’onde inférieures à 15 micromètres, la sensibilité de Webb soit limitée par le fond naturel du ciel, principalement la lumière zodiacale, plutôt que compromise par le rayonnement thermique de l’observatoire lui-même. Cette affirmation ne doit pas être étendue à toute la gamme d’observation du télescope.
Le pare-soleil ne constitue toutefois pas à lui seul tout le dispositif de refroidissement de chaque instrument. L’ESA précise que MIRI, l’instrument destiné à l’infrarouge moyen, est refroidi davantage, jusqu’à −266 °C, grâce à un système supplémentaire. Les passages disponibles ne décrivent pas le fonctionnement de ce système.
