Les clichés colorés pris par le télescope spatial sont en fait le résultat d’un minutieux travail de traduction de rayonnements invisibles à l’œil humain. Mode de fabrication.

Le Monde – Par David Larousserie (Toulouse, envoyé spécial) Publié le 19 septembre 2022

Etapes de la transformation d’une image brute de la nébuleuse d’Orion, prise par une des caméras du télescope, NIRcam.
Etapes de la transformation d’une image brute de la nébuleuse d’Orion, prise par une des caméras du télescope, NIRcam. CSA/ESA/NASA

Lundi 12 septembre, deux nouvelles images du télescope spatial James-Webb des agences américaines, européennes et canadiennes, sont diffusées. Elles montrent deux zones de la nébuleuse d’Orion, sise dans la constellation du même nom à 1 350 années-lumière de la Terre, dans notre Voie lactée. C’est la plus proche des pouponnières d’étoiles, ces régions de gaz, de poussières et d’étoiles où naissent encore des astres et où les chercheurs espèrent trouver des analogues de ce que fut notre système solaire en formation.

Colorées, texturées, comme animées de mouvements de tempêtes ou d’eaux bouillonnantes, ces deux images éblouissent. Et étonnent. Pourquoi voit-on quelque chose alors que le rayonnement détecté par le télescope est invisible, car situé dans l’infrarouge. Plongée dans la fabrique de ces images, sur vingt-quatre heures.

Samedi 10 septembre, 21 heures. Le miroir de 6,5 mètres du James-Webb, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, pivote imperceptiblement pour viser la nébuleuse d’Orion, après avoir capté la lumière de la naine blanche G191-B2B. Pendant deux heures cinquante-sept minutes, l’un des quatre instruments, NIRcam, capte les précieux grains de lumière émis par M42, le nom précis de la pouponnière.

Dimanche 11 septembre, 00 h 40. Les résultats sont transmis dans la base de données publique MAST du Space Telescope Science Institute (STScI) depuis les Etats-Unis. Surprise : les images sont vraiment laides. En noir et blanc, striées, floues…

9 heures. A Toulouse, le responsable du programme 1288 consacré à Orion, Olivier Berné (Institut de recherche en astrophysique et planétologie), sonne le rappel des troupes pour faire parler ces images qu’il attend au moins depuis cinq ans. Ses deux collègues ingénieurs de recherche, Amélie Canin et Ilane Schroetter, filent au laboratoire. Ils commencent à télécharger les données… sur le perron, leur badge ne fonctionnant pas le dimanche. Leur responsable, doté du sésame, arrive accompagné d’une actrice centrale pour l’activité du jour, Salomé Fuenmayor, jeune graphiste vénézuélienne chargée de transformer la laideur initiale en beauté universelle.

11 h 30. Rythmées par les tours de moulin à café d’Ilane, qui moud à la main le breuvage stimulant, les étapes s’enchaînent dans le labo. Devant leurs deux écrans, l’un reproduisant les lignes de code à appliquer, l’autre les résultats, les ingénieurs savent exactement quoi faire pour traiter les très nombreuses images envoyées pendant la nuit.

Le télescope en effet n’a pas pris qu’un seul cliché mais des dizaines. D’abord car sa caméra vise simultanément deux régions d’Orion. Ensuite parce que chacune de ces prises de vue est en fait découpée en quatorze filtres, correspondant à des parties différentes du spectre infrarouge, de 0,6 à 5 micromètres. Enfin, pour chaque filtre, plusieurs images sont prises décalées de quelques pixels, pour éliminer des points défaillants et améliorer la résolution. Soit au total 280 images à traiter.

Supprimer le bruit de fond

Amélie, depuis Toulouse, et son collègue de l’Institut d’astrophysique spatial (IAS)de Paris-Saclay, Boris Trahin, qui travaille de chez lui, lancent successivement trois programmes de la chaîne de traitement (ce qui s’appelle « la réduction des données » dans le jargon). Le premier enlève les défauts principaux. En effet, les capteurs capturent des photons du ciel mais aussi ceux émis par la machine. Une image « noire » qui n’enregistre que le bruit de fond est soustraite aux bonnes images, qui deviennent déjà plus intéressantes.

Le deuxième programme sert à convertir le signal électronique en flux lumineux. Cette fois, l’image du ciel est comparée à l’image d’une source connue embarquée dans le télescope, afin d’avoir un éclairement uniforme. C’est de mieux en mieux.

Enfin, la dernière étape crée une seule image à partir d’une pile d’images légèrement décalées. Pour cela, il est nécessaire qu’elles soient bien alignées. Le James-Webb, pour se repérer dans le ciel, a un traceur d’étoiles qui lui donne un repère, mais pas assez précis. Les astronomes recalent donc leurs clichés grâce aux données astrométriques du satellite Gaia, dont le catalogue est le plus précis au monde. Lire aussi : Le télescope James-Webb a capturé l’image d’une « tarentule » cosmique

13 h 30. Enfin, les belles images sont prêtes, même en niveaux de gris ! Pourtant, l’équipe, étrangement, n’a pas l’air plus enthousiaste que cela. Ce n’est pas à cause de la couleur, mais simplement parce que chacun les a déjà vues des heures auparavant ! En effet, l’enchaînement des calculs effectués par leurs soins a également été effectué automatiquement par leSTScI. Les belles images exploitables, dites de niveau 3, étaient dans la base avant même que le travail ne commence à Toulouse ou à Paris.

« Pour nos besoins, nous préférons réaliser cette chaîne de traitement avec nos propres paramètres et avec la dernière version du programme, qui n’est pas à jour dans le processus automatique. Ce n’est pas la partie la plus drôle du travail, mais ça permet d’obtenir des images mieux alignées et avec moins de défauts que celles fournies dans la base », explique Boris Trahin. A Toulouse, sa collègue donne le top départ de la dernière étape. Sur le bureau d’à côté, Salomé Fuenmayor se lance et récupère onze des quatorze filtres noir et blanc pour construire l’image en couleurs de la partie la plus connue de la nébuleuse, la barre d’Orion.

Un travail fastidieux

Son premier travail, sur Photoshop, est le plus fastidieux : les onze « couches » n’ont pas exactement la même taille et ne se superposent pas exactement. Elle corrige, puis à chacune de ces couches, elle attribue une couleur différente, en respectant l’échelle naturelle : les courtes longueurs d’onde à 0,6 micron sont donc à l’extrémité bleue de l’arc-en-ciel, quand les plus grandes, à 5 microns, sont vers le rouge.

Ensuite, elle bouge les curseurs des teintes, des saturations, des contrastes pour modifier l’effet esthétique. Sur son écran, l’image paraît plus joyeuse ou dramatique au gré des nuances. Enfin, elle doit enlever, à la main, chaque point noir au milieu des étoiles de son paysage, car ils correspondent à des pixels « morts », éblouis jusqu’à l’excès par l’intensité de ces astres. « Il y en a beaucoup, mais j’ai de la patience. »

Autour d’elle, chacun y va de ses commentaires et de ses zooms. Les proplyds, la spécialité du labo, sont nombreux en forme de toute petite méduse, de globule, de sac plastique… Il s’agit de disques protoplanétaires, accrétion de matière autour d’une jeune étoile, où naîtront les planètes. « C’est la première fois que le James-Webb les voit. Dans la nébuleuse de la Carène, on était trop loin pour les observer », explique Olivier Berné, face à ce bestiaire inédit.

« La fameuse barre d’Orion est comme un tsunami ou une piscine à débordement avec tous ces petits filaments. La grande cavité remplie de gaz ionisé nous apparaît comme un fumoir traversé par des proplyds », nous écrit par texto Emilie Habart, la coresponsable du programme à l’IAS, très en verve. « Mais le Père Noël a disparu ! », regrette Amélie, qui avait repéré une forme de visage évoquant la célèbre figure, mais que la superposition des filtres a anéantie.

18 heures. Amélie peste sur un calcul qui plante sur de nouvelles données. Ilane se réjouit du cadeau d’anniversaire qui lui a été fait ce dimanche et auquel il a contribué. Olivier rafraîchit sans cesse la base de données MAST, alors qu’il pourrait attendre d’être prévenu de l’arrivée de nouvelles données : « J’ai l’impression, comme ça, d’aller moi-même chercher ces infos ». C’est qu’il guette, en plus des images, des spectres, c’est-à-dire la décomposition de la lumière, qui permet de mieux connaître la nature de la source émettrice.

Et la graphiste Salomé commence à fatiguer. D’autant que la petite troupe surexcitée se remet en action autour d’elle pour lui faire changer les cadrages, les contrastes, les orientations… qui seront encore modifiés le lendemain matin.

Ce matin-là, aussi, Olivier Berné lui demandera une image plus simple, faite de trois filtres, rouge, vert et bleu, à des fins pédagogiques. Elle reprendra aussi sa routine de la veille, pour la seconde portion de la nébuleuse d’Orion, tout en appréciant les allées et venues des astronomes qui défilent dans le bureau avec des cris de joie pour voir en avant-première son minutieux travail.

David Larousserie (Toulouse, envoyé spécial)

Updated/maj. 25-09-2022

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