Phénomène de fluage observé au contraste de phase sur des miroirs de télescope en cours de polissage

Pour reprendre l'ouvrage "Réalisez votre télescope", de K. et JM Lecleire, page 105 : " Au contact du polissoir, le verre subit une sorte de fluage ; il n'y a pas seulement usure mais aussi déplacement de matière au niveau moléculaire. Des expériences ont montré que la quantité de verre à enlever pour faire diaparaître des rayures ou des piqûres était inférieure à la profondeur de ces mêmes défauts ! Le verre serait donc "poussé" par le polissaoir au cours du travail et il existerait une mince couche de silice (appelée couche de Beilby) recouvrant la totalité du verre poli. Cette couche très fragile se forme après plusieurs dizaines de minutes de travail et évolue lors de chaque séchée ou retouche de polissage."

Le livre est illustré, à la page 105, par une photographie d'une piqûre de doucissage photographiée au microscope interférentiel durant la phase de polissage. On voit très nettement que les bords de la piqûres se sont arrondis, ce qui laisse à supposer que le verre a été poussé de la surface du verre vers l'intérieur du trou lors du polissage.

Je fais régulièrement des observations de ce phénomène sur des miroirs de télescope en cours de réalisation et il est courant de voir des rayures ou des piqûres profondes se reboucher sans peine après quelques heures de polissage machine.

Les photographies ci-dessous ont été réalisées sur des surfaces optiques polies et montrent ce qui semble être la conséquence du phénomène de fluage du verre.


1) Observation d'un miroir de 310 mm de diamètre (F/D=4,5) depuis son centre de courbure, au contraste de phase

Les photographies ci-dessous montrent le même miroir analysé à trois stades du polissage (miroir client en retouche de polissage).  En haut : miroir avant reprise ; au milieu, le miroir en cours de retouche ; à droite après reprise au polissage.

En haut, le miroir est poli de manière très médiocre et montre un micromamelonnage important : 

. Cliquez pour agrandir

Au centre, le miroir a été repoli uniquement sur sa couronne externe à l'aide d'un polissoir adapté monté sur une machine à polir. On note une amélioration nette de l'état de surface et également des structures insolites autour des piqûres du miroir (flèches rouges sur la photo). On a l'impression que la surface du miroir a été érodée par un ruissellement...

. Cliquez pour agrandir

Au cours du polissage, la surface s'est encore améliorée et la plupart des piqûres ont été rebouchées par phénomène de fluage. Seule subsite encore une rayure au centre et une double piqûre visible sur la droite du miroir. On note qu'elle a diminué (voir la 1ère photo). Les défauts visibles à la surface sont maintenant des fils de sucre à l'intérieur du verre (Duran 50). Ces fils effleurent la surface optique et correspondent à des défauts d'homogénéité à l'intérieur du verre. La plupart du temps, ils restent invisibles lors des contrôles car noyés dans le micromamelonnage. Sur ces clichés, la rugosité du miroir est tellement faible que ces fils ressortent de manière parfaitement évidente !

. Cliquez pour agrandir

2) Observation d'un miroir de 310 mm de diamètre (F/D=4,2) depuis son centre de courbure, au contraste de phase

Même phénomène que le précédent exemple. En haut, la surface présente des traces d'écoulement (indiquée par des flèches rouges) qui disparaissent à la fin du polissage lorsque les piqûres sont rebouchées. L'orientation du miroir est différente mais on retrouve sans peine une grosse piqûre à droite du miroir. 

. Cliquez pour agrandir

. Cliquez pour agrandir

3) Observation d'un miroir plan doré au microscope interférentiel

Les photographies ci-dessous ont été prises à l'aide de grossissements compris entre 200 et 500 fois. La coloration provient du polariseur équipant le microscope. Le contraste des images a ensuite été renforcé pour mettre en évidence les défauts de surface.

Sur la première image, une piqûre de gris est photographiée à très fort grossissement. A gauche, au microscope interférentiel, à droite au microscope conventionnel. Sur le cliché de gauche, on note que les bords de la piqûre semblent arrondis, comme ci la matière migrait vers l'intérieur du trou. Ce phénomène est rigoureusement invisible au microscope conventionnel (à dr.) :

Piqûre de gris au microscope. Cliquez pour agrandir

Ci-dessous, des rayures de doucissage sont encore perceptibles après polissage du miroir. On aperçoit des rayures de différentes profondeurs, plus ou moins rebouchées. On reconnaît ce type de rayure car leurs bords sont égrenés à cause du passage d'un ou plusieurs grains de doucissage :

Rayures larges. Cliquez pour agrandir

Ci-dessous, une rayure à bords nets et réguliers, également appelée frayure. Cette raie parfaitement nette mesure quelques microns de largeur et a été faite après polissage. Elle n'a pas subi de fluage puisqu'elle est postérieure au travail du verre :

Rayure fine. Cliquez pour agrandir

Mise à jour de cette page le 17 mars 2005 par Jean-Marc Lecleire. D'autres photos viendront s'ajouter à cet article, le temps de faire quelques miroirs de plus...