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Astrophysique

Isabelle Bellin - 13/03/2013

Des chercheurs d’Inria au cœur de l’aventure d’ALMA, le plus grand radiotélescope du monde, au Chili

Une partie des antennes d'ALMA - ©ALMA

En projet depuis 1995, en partenariat entre l’Europe, l’Amérique du nord, le Japon et le Chili, ALMA a été inauguré ce mercredi 13 mars 2013 après 10 ans de construction. Grâce à ses images radio inédites, les astronomes espèrent découvrir des galaxies très lointaines et mieux comprendre les processus de formation des étoiles. Le bon fonctionnement du télescope géant suppose d’interpréter des milliers de paramètres en temps réel. Emmanuel Pietriga, avec des membres de l'équipe Massive Data à Inria Chile, développe depuis deux ans les interfaces de la salle de contrôle de cet instrument. Il est sur place pendant deux ans.

Au nord du Chili, bordé par la cordillère des Andes, à 5 000 mètres d’altitude : le plateau de Chajnantor dans le désert d'Atacama , une des zones les plus arides de la planète, pratiquement sans couverture nuageuse, ni pollution lumineuse ou interférence radio. Un univers austère et grandiose entouré de volcans enneigés, où les températures oscillent entre -20 °C et 20 °C. C’est là qu’a été construit le radiotélescope ALMA. Cet équipement d’envergure rassemblera à terme 66 antennes , des paraboles métalliques de plus de 100 tonnes chacune et pour la plupart de 12 mètres de diamètre. À 15 km de distance pour les plus éloignées, ces antennes travaillent en cohérence, comme une seule immense parabole virtuelle de 15 km de diamètre . C’est la plus grande installation de ce type : elle permettra d'obtenir des images radio d’excellente résolution à partir des ondes millimétriques et submillimètriques  (au lieu de la lumière visible ou infrarouge que captent les télescopes optiques). L’intérêt ? Ces ondes émises par le milieu interstellaire dans les zones froides ou obscures de l’Univers permettront d’observer des galaxies plus anciennes, de connaître la composition du milieu interstellaire et d’en savoir plus sur la formation de l’Univers et de systèmes solaires.

Comment traduire ce rayonnement électromagnétique en images ? En réalisant de fausses images en assignant des couleurs à chaque fréquence  et une brillance selon l’intensité du rayonnement. Plusieurs fréquences sont combinées pour faire une image.  Au final, les astronomes peuvent comparer ces images radio avec des images en lumière visible. Les premières observations scientifiques d’ALMA ont été faites fin 2011. Tout ce travail de reconstitution d’images est réalisé grâce au supercalculateur conçu pour ALMA, aussi puissant que le plus performant des supercalculateurs généralistes. Son rôle est de synchroniser les données fournies par toutes les antennes, en fonction de leur position et du décalage du signal reçu, selon le principe de l’interférométrie utilisé pour les radiotélescopes.

Image composite des galaxies Antennae à partir des observations d'ALMA et de Hubble - ©ALMA

"Pour que ce système infiniment plus complexe que les télescopes optiques fonctionne correctement, il faut surveiller tous les équipements et interpréter en temps réel la multitude de données récoltées  pour réagir rapidement en cas de dysfonctionnement ou de mauvaise qualité des données observées" précise Emmanuel Pietriga, chercheur d’Inria Chile, l’organisation qui gère les partenariats d’Inria avec le Chili. Cela suppose de contrôler des milliers de variables pour chaque antenne : des mesures de phase, d’amplitude, de température, de quantité de vapeur d’eau, etc. Même si le temps d’acquisition pour chaque image est de l’ordre de quelques dizaines de minutes, chacune doit être de la meilleure qualité possible
"Depuis trois ans, nous développons des interfaces utilisateur spécifiques , ajoute le chercheur. Nous avons adapté nos concepts d’interface homme-machine et nos outils de visualisation de grande quantité de données aux problématiques d’ALMA. Dès le début, nous avons travaillé main dans la main avec les astronomes et les opérateurs du télescope, pour transférer nos solutions à l’échelle démesurée d’ALMA ." À terme, Emmanuel Pietriga espère optimiser l'affichage de l'information sur la multitude d'écrans de la salle de contrôle afin de mieux la partager, avec un affichage plus ou moins détaillé des milliers de courbes, cartes, diagrammes à surveiller. Avec les chercheurs d’ALMA, il travaille au camp de base, là où sont recueillies les données des antennes pilotées à distance, à 2 900 mètres d’altitude dans un environnement plus accueillant que le plateau de Chajnantor.

Denis Barkats , astrophysicien, fait partie de l’équipe de mise en service d’ALMA

"La qualité des interfaces développées par Inria garantit le bon fonctionnement d’ALMA"

C’est bien simple, sans l’intervention d’Emmanuel Pietriga et de son équipe, on avait tellement d’informations à visualiser en même temps qu’il nous devenait impossible de contrôler tous les télescopes, d’estimer la qualité des données, de diagnostiquer les dysfonctionnements. On aurait perdu beaucoup de temps et probablement beaucoup de données. Nous n’avions pas anticipé ce problème d’interfaces. Il est apparu au fur et à mesure lorsqu’une dizaine de télescopes a été installée sur le site et synchronisée. Tout simplement parce que les logiciels développés pour ALMA sont dimensionnés comme pour les autres radiotéléscopes, pour une dizaine de télescopes au maximum. Or ALMA en compte 66 ! À cette échelle, les informations fournies deviennent ingérables : on se retrouve avec une matrice de plus de 2 000 points, une dizaine d’écrans à surveiller, trop de couleurs, trop de texte à lire. La coopération avec Emmanuel et son équipe n’était pas prévue dans le planning d’ALMA. Il est d’abord intervenu sur un point très précis. Mais on s’est vite rendu compte qu’il pouvait apporter à ALMA la garantie d’efficacité et de stabilité de fonctionnement. Sa méthode et son savoir-faire sont complémentaires avec les nôtres : il passe plusieurs jours à voir comment on travaille, ensuite on discute et il nous montre de suite les améliorations qu’il peut apporter, sur la base d’autres exemples : comme remplacer un long texte par un graphique ou hiérarchiser les informations pour aller à l’essentiel. Pour nous, c’est magique, inespéré ! En parallèle, il collabore aussi avec les développeurs pour faire évoluer leurs logiciels. Ce travail d’optimisation est déjà bien avancé, ça devrait être fini fin 2013.

Mots-clés : Inria Chile Radiotélescope Équipe Massive Data Astrophysique Interaction homme-machine

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