Ce bâtiment est utilisé actuellement pour le développement de l’instrument HARMONI pour le futur Extremely Large Telescope ainsi que des tests de prototypes pour l’instrument BlueMUSE. Il est aussi utilisé pour de la R&D en imagerie à très haute dynamique et pour l’ANR Live-Mirror. Le bâtiment comprend deux étages, avec la partie instrumentale au rez-de-chaussée et la partie des bureaux/réunions à l’étage.

Dans ce bâtiment, l’instrument MUSE pour le Very Large Telescope – VLT du European Southern Observatory – ESO a été intégré et testé jusqu’en 2012. De même, il a été utilisé pour le développement des deux spectrographes basse résolution de 4MOST pour le télescope VISTA, livrés en 2022 à l’institut d’Astrophysique de Potsdam. Il a aussi servi en 2016-2017 au projet d’upgrade de l’Optique Adaptative du télescope THEMIS.

 

Le rez-de-chaussée du hall d’intégration

La zone d’intégration de 105 m²

Elle est séparée de la zone de réception grâce à une porte coulissante et des rideaux anti-poussière afin de conserver un niveau de propreté correct dans la zone d’intégration. Elle est isolée des vibrations grâce à une chape séparée.
Cette zone est équipée d’un palan de 3.2 tonnes pouvant se déplacer aussi bien dans la zone d’intégration que dans la zone de réception. La hauteur disponible sous palan est de 5.5m. La vitesse de déplacement du palan est variable : de 0.1 à 20m/min en déplacement transverse et de 0.1 à 5m/min en vertical. Cette zone est contrôlée en propreté : de l’air propre est soufflé à travers des filtres G4+F6 et recyclé avec un minimum d’air nouveau. La climatisation maintient la température à 23°C+/- 1°C.
Elle est contrôlée en humidité afin que celle ci de dépasse pas 55 %. Un détecteur d’oxygène fut installé afin de détecter toutes fuites éventuelles d’azote. Trois hottes à flux laminaire de classe ISO7 sont disponibles ; une première aux dimensions de 3550x2350x4500 mm et les deux autres de 2900x3600x3000 mm. Les outils de levage à disposition sont une girafe 1 T, un gerbeur 1 T et un chariot élévateur.

La salle d’optique propre de 43 m²

Cette salle optique permet d’intégrer et de tester les éléments critiques par exemple les découpeurs d’images de MUSE/ESO-VLT. Elle est utilisée actuellement pour deux R&Ds : une en imagerie à très haute dynamique et une pour un système de métrologie pouvant opérer à l’intérieur d’un cryostat à -140°C . Cette salle est contrôlée en température, humidité, taux d’oxygène et propreté afin d’atteindre ISO6. Cette salle est séparée de la zone d’intégration grâce à un sas permettant de préserver toutes contaminations.

 

La salle de métrologie de 29 m²

Cette salle accueille un interféromètre Zygo pour la mesure de surface d’onde des pièces optiques utilisées dans les projets instrumentaux et les tests de composants de l’ANR Live-Mirror. Cette salle fut dédiée au contrôle de l’instrument MUSE/ESO-VLT et à l’acquisition de données. Elle est équipée de 9 prises RJ45 avec un réseau de 1 Gbit et un commutateur de 7 ports de 1Gbit chacun.

La zone de réception de 37m²

Elle est située juste derrière le portail de livraison (4 m de large et 5.5 m de haut) accessible aux poids lourds. Cette zone est utilisée pour le déchargement et le stockage temporaire des différents éléments de l’instrument.

Lire la procédure

Un vestiaire avec un SAS habillement de 8 m² pour l’entrée en zone propre.

Afin de respecter les différentes zones propres, différentes façons de s’équiper ont été mises en place.

Une galerie de visite de 45 m²

Elle permet de voir l’activité dans la zone d’intégration grâce une séparation vitrée et accompagner des visites grand public.

L’étage du hall d’intégration

Il est composé :

• de bureaux pour les opticiens du Pôle Instrumentation
• d’une salle de visioconférence de 22m²
• d’une salle de réunion de 18m²

 

Plans du bâtiment du hall d’intégration

Le rez-de-chaussée du bâtiment et ses différentes zones

L’étage du bâtiment avec ses bureaux et salles de réunions

Historique

Afin d’être en mesure d’intégrer de grands instruments destinés aux grands observatoires, le CRAL a fait construire un bâtiment comprenant un hall d’intégration muni d’un pont roulant sur le site de l’Observatoire de Lyon à Saint-Genis Laval. Le maître d’ouvrage fut la Ville de Lyon avec une livraison en 2009. Ce bâtiment fut juxtaposé à l’atelier mécanique préexistant du CRAL.

Vue aérienne du hall d’intégration sur le site historique de l’Observatoire de Lyon :

Vue extérieure du hall d’intégration :

Vue dans la zone d’intégration lors de l’intégration de l’instrument MUSE pour le Very Large Telescope – VLT du European Southern Observatory – ESO (2012) :

Vue dans la zone d’intégration lors des travaux pour les deux spectrographes 4MOST (2022) :

Le laboratoire optique dispose de nombreux équipements nécessaires à nos expériences et aux montages prototypes, et présentés ci-dessous.

Métrologie de précision

• Laser tracker LEICA AT403 – 10 m maximum

• Photogrammétrie HEXAGON Aicon DPA – 500x500x50
• Bras métrologique HEXAGON 8520 absolut arm – 2 m maximum

Ces trois moyens fonctionnent avec le même logiciel. Ils ont été financés par le LabEx Institut Lyonnais des Origines LIO (ANR-10-LABX-0066).

 

Cryostat

• Cryocooler Diamètre 1m, Hauteur 0.7m qui sera augmentée à 1m en 2019. Il permet une descente en froid à 30K avec une précision de quelques mK. Il a été financé par le LabEx Institut Lyonnais des Origines LIO (ANR-10-LABX-0066).

Instruments

• Lasermètre Leica Disto D3aBT

• Interferomètre Zygo Verifire XP/D

• Interféromètre portable pour des mesures de front d’onde en environnement cryogénique.
• Projecteur de profil vertical : ORAMA 500, écran de 500mm, épiscopie et diascopie, objectifs x10, 20, 50, 100, table courses 150x25mm, Vis micrométriques
• Loupe binoculaire
• Microscope optique
• Théodolite
• Lunette autocollimatrice (Microcontrôle)

• Lunette autocollimatrice Moller Wedel FAKG 300/40/14.7 MDD, Equipé avec une source d’éclairement, Focale=300mm, Focale de l’oculaire=14.7mm, Diametre utile : 26mm, Précision : 3.4 secondes d’arc

• Télescope d’alignement Brunson

• Collimateur (Lambda/20)
• Monochromateur + réseaux plans
• Sphère intégrante Lot-Oriel 8″

Détéction

• Détection synchrone double voix Stanford Research SR830

• Caméra CCD Apogée AP2E
• Caméra HISYS 22
• Photodiode Si amplifiée
• Appareil photo numérique Nikon D80

Sources lumineuses

• Deux laser He-Ne
• Lampe spectrale (Mercure et Xenon)

• Lampes halogènes
• Lampe blanche étalonnée (flux et spectre)
• Insolateur UV pour polymérisation de colle

Composants optiques

• Beamsplitter
• Achromats
• Filtres, filtres interférentiels
• Lentilles biconvexes, cylindriques prismatiques…
• Divers prismes
• Fabry-Perrot
• Miroirs plans, concaves, convexes, sphériques, paraboliques…
• Beam expander (632.8 nm)
• Objectifs

Micropositionnement motorisé piloté par pc

• Trois axes linéaires (Newport)
• Deux axes rotatifs (Newport)

Accessoires divers

• Piliers, platines de translations, de rotation…

Environnement

• 5 tables optiques dont une équipée d’une hotte de classe 100 000
• hottes à flux laminaire ISO6, ISO5

Logiciels

• LABVIEW 8.2
• Pcdmis pro
• Zemax
• MaximDL

Combinaisons d’instruments de métrologieLe CRAL possède quatre outils de métrologie de haute précision. Ceci lui permet de réaliser des plans de fabrication, alignement, intégration et tests pour l’instrumentation des grands télescopes ; notamment pour l’unité intégrale de champ HARMONI /ELT-ESO et les spectrographes basse résolution 4MOST/VISTA-ESO.
Ces quatre outils de métrologie peuvent être combinés ensemble puisqu’ils utilisent le même logiciel de traitement de données Spatial Analyzer®.

• Laser Tracker Hexagon

Le Hexagon Leica Absolute Tracker AT403 permet de mesurer de grand volume de mesure atteignant 100 mètres, avec une distance de mesure minimum inférieure à 0,8 mètre pour une précision de ± 15µm + 6µm / m. Le Laser Tracker fonctionne soit sur un trépied ou soit sur des embases magnétiques. Plusieurs réflecteurs à montage sphérique (SMR) de 7/8, 0,5 et 1,5 pouces associés à divers supports pour des mesures de circularité/centrage, planéité et d’angle sont disponibles.

• Bras métrologique Hexagon

Le Hexagon Absolute Arm 8520 permet de mesurer les objets opto-mécaniques avec une précision de ± 11,5 µm sur un rayon de 1000 mm. Il comprend une embase magnétique et d’autres supports qui peuvent être directement interfacés sur un banc expérimental. Différents capteurs de contact sont disponibles avec des billes de 15, 6 et 3mm dont un capteur à déclenchement tactile et des capteurs avec des angles de 45 et 60° avec différentes longueurs.
Un capteur de contact permettant de positionner un réflecteur de 0,5 pouces du système laser tracker permet de coupler bras de mesure portable et système laser tracker.

• Machine à mesurer tridimensionnelle TESA

La machine à mesurer tridimensionnelle est une Tesa Micro Hite 3D avec un niveau de précision de ± 1,5 + 4L / 1000 μm (L en mm) pour un volume de mesure de 460 x 510 x 420 mm. Elle permet une mesure rapide et aisée de tout élément géométrique courant. Adaptée à tout utilisateur, facile d’apprentissage, elle est l’instrument d’atelier par excellence.

• Photogrammétrie DPA Hexagon

Le DPA (Digital Photogrammetric Assembly) est un système de photogrammétrie numérique basé sur une caméra numérique portative Canon EOS 5DS – Zoom 35 mm qui permet de réaliser des contrôles de fabrication sans qu’il soit nécessaire de transporter laborieusement les pièces à relever jusqu’à la machine de mesure. Il offre une flexibilité maximale dans des zones exigües ou difficiles à atteindre. Grâce à un grand assortiment de cibles, d’adaptateurs et de barres-étalons, la capture d’images et la fourniture du résultat de mesure prennent tout juste quelques minutes avec le logiciel AICON 3D Studio. La précision de mesure est de 5 µm.

• Logiciel SpatialAnalyzer® (SA)

SpatialAnalyzer® (SA) de New River Kinematics (NRK) est une solution logicielle de métrologie portable pour nos applications en instrumentation. SA est indépendant de l’instrument de mesure. En effet, il est utilisé avec les quatre outils de métrologie listés précédemment présents au CRAL. C’est une plateforme logicielle 3D graphique qui facilite l’analyse de données, l’ajustement, le contrôle avec un modèle CAO, l’automatisation, le rapport et la rétro-conception sur une grande variété de pièces et d’outillages.

 

Étude de cas de la société HEXAGON : Centre de Recherche Astrophysique de Lyon. La société HEXAGON est venue au CRAL pour une étude de cas (Case Study). Elle a publié son étude « Au-Delà Des Étoiles Avec Les Instruments De Mesure Hexagon – Absolute Arm, Leica Absolute Tracker AT403, AICON DPA et instrument TESA au service de la recherche « astrophysique » sur son site.

Lire la documentation Hexagon

Le pôle instrumentation du CRAL possède une imprimante 3D Ultimaker S5 avec un volume d’impression de 330 x 240 x 300 mm qui permet déjà de faire bon nombre de pièces

• Intérêt

Aujourd’hui, l’intérêt d’une imprimante 3D pour le pôle instrumentation est évident. Cela permet de réaliser des pièces fonctionnelles : capots, cales, masques, vis moletées, bagues, barillets, boîtiers, queues d’arondes pour des prototypes, des bancs d’essais et même des produits sur des instruments. On peut faire des formes qui ne seraient pas usinable autrement, et les matériaux d’extrusion on fait de tels progrès qu’on a des pièces performantes en terme de résistance, précision, dégazage ou état de surface. Cette machine nous apporte une aide à la conception grâce au développement de pièces prototypes ; pour appréhender notamment leur volume, leur ergonomie et pour améliorer la conception. Posséder une imprimante 3D apporte de l’autonomie et une plus grande réactivité.

• Caractéristiques de l’imprimante

L’imprimante possède une double extrusion (2 buses), permettant avec ses filaments de diamètre 2.85 mm d’avoir des couches fines de 20 μm. Il y a des buses de différents diamètres. Grâce à sa puissance de 500W, elle peut avoir différentes températures de fusion : de 110 à 280 °C ; ce qui permet d’extruder différents matériaux. Le plateau chauffant varie de 20 à 140 °C.

Fiche technique

• Matériaux

L’imprimante nous permet d’imprimer avec des matériaux variés et très performants : PLA tough Acide Polylactique, ABS (Acrylonitrile butadiène styrène), Nylon, CPE (Copolyester), CPE+ (Copolyester), PC (Polycarbonate), PP naturel Polypropylène, TPU 95A Polyuréthane thermoplastique, PVA, GF30-PA6 X-strand, PVA, Breakaway Polyréthane & Acide Polylactique, PETG.
Il y a la possibilité de faire certains mélanges.

• Mise en oeuvre / Logiciel

La mise en œuvre est rapide et simple, le logiciel de CAO 3D inventor du pôle instrumentation permet de générer des fichiers stl qui sont ensuite utilisés avec le logiciel open source Cura pour créer le fichier iso qui pilote l’imprimante.

• Environnement

Son capot permet le maintien de l’enceinte à température et évite un cintrage des pièces en cours d’impression. Il améliore notamment l’imprimabilité des matériaux. Ce capot permet aussi de filtrer 95% des particules ultrafines pour préserver la qualité de l’air et la santé du personnel.

• Photos de pièces réalisées au CRAL

Photos de pièces réalisées au CRAL pour l’instrument 4MOST/ESO-VISTA
Gauche : Support prise moteur et codeur Focus ; Centre : Proto support LED de calibration ; Droite : Proto bridage de la slit box