Télescope de 305 mètres de l'observatoire Arecibo

Télescope de 305 mètres de l’observatoire Arecibo en novembre 2020. Crédit: University of Central Florida

À la suite d’un examen des évaluations techniques qui ont révélé que les dommages causés à l’observatoire d’Arecibo ne peuvent être stabilisés sans risque pour les travailleurs de la construction et le personnel de l’installation, la National Science Foundation des États-Unis commencera à mettre hors service le télescope de 305 mètres, qui depuis 57 ans a servi de une ressource de classe mondiale pour la recherche en radioastronomie, planétaire, système solaire et géospatiale.

La décision intervient après que NSF a évalué plusieurs évaluations par des sociétés d’ingénierie indépendantes qui ont découvert que la structure du télescope était en danger de défaillance catastrophique et que ses câbles pourraient ne plus être capables de supporter les charges pour lesquelles ils étaient conçus. De plus, plusieurs évaluations ont indiqué que toute tentative de réparation pouvait mettre les travailleurs en danger de mort. Même en cas de réparations à venir, les ingénieurs ont constaté que la structure présenterait probablement des problèmes de stabilité à long terme.

«NSF donne la priorité à la sécurité des travailleurs, du personnel de l’Observatoire d’Arecibo et des visiteurs, ce qui rend cette décision nécessaire, bien que malheureuse», a déclaré le directeur de NSF, Sethuraman Panchanathan. «Pendant près de six décennies, l’Observatoire d’Arecibo a servi de phare pour la science de rupture et ce à quoi un partenariat avec une communauté peut ressembler. Bien qu’il s’agisse d’un changement profond, nous chercherons des moyens d’aider la communauté scientifique et de maintenir cette relation solide avec le peuple de Porto Rico.

Les ingénieurs examinent le télescope de 305 mètres de l’observatoire Arecibo depuis août, lorsque l’un de ses câbles de support s’est détaché. NSF a autorisé l’Université de Floride centrale, qui gère Arecibo, à prendre toutes les mesures raisonnables et à utiliser les fonds disponibles pour remédier à la situation tout en veillant à ce que la sécurité reste la priorité absolue. L’UCF a agi rapidement et le processus d’évaluation a suivi le calendrier prévu, compte tenu de l’âge de l’installation, de la complexité de la conception et du risque potentiel pour les travailleurs.

Les équipes d’ingénierie avaient conçu et étaient prêtes à mettre en œuvre la stabilisation structurelle d’urgence du système de câbles auxiliaires. Alors que l’observatoire organisait la livraison de deux câbles auxiliaires de remplacement, ainsi que de deux câbles temporaires, un câble principal s’est cassé sur la même tour le 6 novembre. Sur la base des contraintes sur le deuxième câble cassé – qui aurait dû être bien dans sa capacité pour fonctionner sans se rompre – les ingénieurs ont conclu que les câbles restants sont probablement plus faibles que prévu initialement.

«Les dirigeants de l’Observatoire Arecibo et de l’UCF ont fait un travail louable pour remédier à cette situation, en agissant rapidement et en recherchant toutes les options possibles pour sauver cet instrument incroyable», a déclaré Ralph Gaume, directeur de la Division des sciences astronomiques de la NSF. «Jusqu’à ce que ces évaluations arrivent, notre question n’était pas de savoir si l’observatoire devait être réparé mais comment. Mais en fin de compte, une prépondérance de données a montré que nous ne pouvions tout simplement pas le faire en toute sécurité. Et c’est une ligne que nous ne pouvons pas franchir.

La portée du plan de déclassement de NSF se concentrerait uniquement sur le télescope de 305 mètres et vise à préserver en toute sécurité d’autres parties de l’observatoire qui pourraient être endommagées ou détruites en cas d’effondrement catastrophique imprévu. Le plan vise à conserver autant que possible l’infrastructure restante de l’Observatoire d’Arecibo, afin qu’elle reste disponible pour de futures missions de recherche et d’enseignement.

Le processus de déclassement implique l’élaboration d’un plan d’exécution technique et le respect d’une série d’exigences légales, environnementales, de sécurité et culturelles au cours des prochaines semaines. NSF a autorisé une étude photographique haute résolution à l’aide de drones et envisage des options d’évaluation médico-légale du câble rompu – si une telle action pouvait être effectuée en toute sécurité – pour voir si de nouvelles preuves pourraient éclairer les plans en cours. Ce travail a déjà commencé et se poursuivra tout au long de la planification du déclassement. L’équipement et les autres matériaux seront temporairement déplacés vers des bâtiments à l’extérieur de la zone de danger. Lorsque tous les préparatifs nécessaires auront été effectués, le télescope sera soumis à un démontage contrôlé.

Après le déclassement du télescope, NSF aurait l’intention de rétablir les opérations sur des actifs tels que l’installation LIDAR de l’observatoire d’Arecibo – un outil de recherche géospatiale précieux – ainsi qu’au centre des visiteurs et à l’installation hors site de Culebra, qui analyse la couverture nuageuse et les données sur les précipitations. NSF chercherait également à explorer les possibilités d’élargir les capacités éducatives du centre d’apprentissage. Précautions de sécurité dues au COVID-19[feminine la pandémie restera en place le cas échéant.

Certaines opérations d’Arecibo impliquant l’analyse et le catalogage des données archivées collectées par le télescope se poursuivraient. L’UCF a sécurisé des capacités améliorées de stockage et d’analyse dans le cloud en 2019 grâce à un accord avec Microsoft, et l’observatoire s’efforce de migrer les données sur site vers des serveurs en dehors de la zone touchée.

Les zones de l’observatoire qui pourraient être affectées par un effondrement incontrôlé ont été évacuées depuis la rupture du câble de novembre et resteront fermées au personnel non autorisé pendant le démantèlement. NSF et UCF s’efforceront de minimiser les risques dans la zone en cas d’effondrement inattendu. NSF a donné la priorité à un processus rapide et approfondi dans le but d’éviter un tel événement.

NSF reconnaît l’importance culturelle et économique de l’Observatoire d’Arecibo à Porto Rico, et comment le télescope sert d’inspiration pour les Portoricains qui envisagent l’éducation et l’emploi dans les STEM. L’objectif de NSF est de travailler avec le gouvernement portoricain et d’autres parties prenantes et partenaires pour explorer la possibilité d’appliquer les ressources de l’Observatoire d’Arecibo à des fins éducatives.

«Au cours de sa vie, l’observatoire d’Arecibo a contribué à transformer notre compréhension de l’ionosphère, en nous montrant comment la densité, la composition et d’autres facteurs interagissent pour façonner cette région critique où l’atmosphère de la Terre rencontre l’espace», a déclaré Michael Wiltberger, chef de la section géospatiale de NSF. «Bien que je sois déçu par la perte des capacités d’enquête, je pense que ce processus est une étape nécessaire pour préserver la capacité de la communauté de recherche à utiliser les autres atouts de l’Observatoire Arecibo et, espérons-le, garantir la poursuite de travaux importants dans l’installation.

Résumé technique

Le télescope de l’observatoire d’Arecibo se compose d’une parabole radio de 305 mètres de large et d’une plate-forme d’instruments de 900 tonnes suspendue à 450 pieds au-dessus. La plate-forme est suspendue par des câbles reliés à trois tours.

Le 10 août 2020, un câble auxiliaire est tombé en panne, glissant de sa prise dans l’une des tours et laissant une entaille de 100 pieds dans le plat ci-dessous. La NSF a autorisé l’Observatoire Arecibo à prendre toutes les mesures raisonnables et à utiliser les fonds disponibles, qui s’élevaient à des millions de dollars, pour sécuriser l’analyse et l’équipement nécessaires pour faire face à la situation. Les ingénieurs travaillaient pour déterminer comment réparer les dommages et déterminer l’intégrité de la structure lorsqu’un câble principal connecté à la même tour s’est brisé le 6 novembre.

Le deuxième câble rompu était inattendu – les évaluations techniques à la suite de la défaillance du câble auxiliaire ont indiqué que la structure était stable et que le processus de planification pour remettre le télescope en service était en cours. Les ingénieurs ont par la suite découvert que ce câble principal de 3 pouces s’était cassé à environ 60% de ce qui aurait dû être sa résistance à la rupture minimale pendant une période de temps calme, augmentant la possibilité que d’autres câbles soient plus faibles que prévu.

Les inspections des autres câbles ont révélé de nouvelles ruptures de fil sur certains des câbles principaux, qui étaient d’origine de la structure, et des preuves de glissement significatif au niveau de plusieurs prises retenant les câbles auxiliaires restants, qui ont été ajoutés lors d’un radoub dans les années 1990 qui ont ajouté du poids à la plate-forme d’instruments.

Thornton Tomasetti, la firme d’ingénierie de référence engagée par l’UCF pour évaluer la structure, a constaté que, compte tenu de la probabilité de défaillance d’un autre câble, les travaux de réparation du télescope – y compris des mesures d’atténuation pour le stabiliser en vue de travaux supplémentaires – seraient dangereux. Des tests de résistance pour capturer une mesure plus précise de la résistance des câbles restants pourraient faire s’écrouler la structure, a découvert Thornton Tomasetti. L’entreprise a recommandé une démolition contrôlée pour éliminer le risque d’un effondrement inattendu.

«Bien que cela nous attriste de faire cette recommandation, nous pensons que la structure devrait être démolie de manière contrôlée dès que possible de manière pragmatique», a déclaré la lettre de recommandation d’action soumise par Thornton Tomasetti. «Nous vous recommandons donc de planifier rapidement le déclassement de l’observatoire et d’exécuter une démolition contrôlée du télescope.»

L’UCF a également embauché deux autres sociétés d’ingénierie pour fournir des évaluations de la situation. Une action de stabilisation immédiate a recommandé. L’autre, après avoir examiné le modèle de Thornton Tomasetti, a convenu qu’il n’existait aucun plan d’action permettant de vérifier en toute sécurité la stabilité de la structure et a déconseillé d’autoriser le personnel sur les plates-formes ou les tours du télescope.

«Un travail critique reste à faire dans le domaine des sciences atmosphériques, des sciences planétaires, de la radioastronomie et de l’astronomie radar», a déclaré le président de l’UCF, Alexander N. Cartwright. «L’UCF est prête à utiliser son expérience avec l’observatoire pour se joindre à d’autres parties prenantes dans la poursuite du type d’engagement et de financement nécessaires pour continuer et s’appuyer sur les contributions d’Arecibo à la science.»

Après avoir reçu les évaluations contractuelles, la NSF a fait appel à une société d’ingénierie indépendante et à l’Army Corps of Engineers pour examiner les conclusions. La société NSF embauchée a souscrit aux recommandations de Thornton Tomasetti et s’est dite préoccupée par le danger important d’un effondrement incontrôlé. Le Corps des ingénieurs de l’armée a recommandé de recueillir des preuves photographiques supplémentaires de l’installation et une évaluation médico-légale complète du câble rompu.

Étant donné que tout scénario de stabilisation ou de réparation exigerait que les travailleurs se trouvent sur ou à proximité de la structure du télescope, le degré d’incertitude quant à la résistance des câbles et aux forces extrêmes au travail, la NSF a accepté la recommandation de se préparer à un déclassement contrôlé du 305- télescope de mètre.