Miroir 3

partie 3

chapitre 1 à 3.1
chapitre 3.2 à 4.3
Cette page contient les chapitre 5 à 6.2
chapitre 6.3 à la fin

5 - LE POLISSAGE

Avant d'entamer la phase finale de la taille de votre miroir, il faut faire disparaître toutes traces d'abrasif dans le local. Le mieux serait d'ailleurs de changer de local. De toute façon rangez le poste ou au moins les cales, vis, feutrine et plastiques.

Fabriquez ensuite un polissoir en collant des carrés de poix sur l'outil : c'est eux qui serviront de support au travail du produit à polir (soit rouge pour l'optique astronomique, soit oxyde de zirconium ; les autres produits étant trop violents).

5.1 - LE POLISSOIR

Prévoyez le matériel suivant pour le polissoir :

- une vieille casserole,
- 500 grammes de poix,
- de l'huile de lin,
- 2 mètres de baguette carrée 1 x 1 cm,
- une planche d'au moins 20 x 30 cm,
- du papier en grandes feuilles (minimum 20 x 30 cm),
- des petits clous, 1 marteau, 1 paire de tenailles,
- un entonnoir métallique ou un cornet en papier dur,
- une fine passoire.

Faites un moule pour couler 8 bandes de poix de 2 x 16 cm et 1 cm d'épaisseur en clouant les baguettes sur la planche recouverte d'un papier. N'enfoncez pas complètement les clous pour pouvoir les retirer facilement et entourez préalablement les baguettes avec du papier, car la poix colle au bois et se casserait au démoulage.

5.2 LA POIX

La poix du commerce est parfois trop dure ou trop molle. Idéalement, elle doit être dure au toucher et ne pas s'écraser sous une pression des doigts, mais l'ongle doit la marquer très profondément en 1 ou 2 secondes de pression

Si elle est trop dure : Faites des essais avec en fondant dans une casserole à feu très doux 100 g de poix en prélevant Tester des échantillons après avoir ajouté 1, 2, 3 et 4 cuillères à café d'huile de ricin ou (enlever) de lin. Quand vous aurez trouvé le bon dosage, chauffez Toute la poix avec la quantité nécessaire d'huile et mélangez bien. Versez dans le moule en vous servant de la passoire et de l'entonnoir tenus avec une pince. (à la ligne)

Si la poix est trop molle, faites la chauffer 1/4 d'heure à feu très doux et testez... Continuez a chauffer en testant tous les 1/4 h.jusqu'à ce que la poix soit de la bonne dureté.

Laisser refroidir 10 mn les échantillons (du volume d'une noix). avant d'en tester la dureté. La dureté de la poix est très sensible à la température : Il est impossible de polir en dehors de la fourchette 19 - 25 ºC.
Si vous avez le courage de prendre entre vos dents un échantillon de poix (refroidi) et de le mastiquer,et si vous avez réussi à ce qu'il ne se casse pas, sachez que de la poix de la bonne dureté pour polir à 20 ºC deviendra de la consistance du chewing gum a 37 ºC. Mais attention, à la différence du chewing-gum, ça colle aux dents ! Et ça tient ! Vous pouvez faire le coup à vos amis en leur faisant croire que les carrés de poix sont des caramels, c'est très efficace pour leur clouer le bec.

Si vous n'avez pas d'entonnoir métallique, faites-en un en papier mais surtout n'en prenez pas en plastique : c'est une matière capricieuse qui fond quand il ne faut pas, et qui peut vous réserver des surprises désagréables du genre de l'entonnoir déliquescent ou du plastique sur le moule qui reste obstinément rigide.

Démoulez les bandes après quelques heures de refroidissement et coupez-les en carrés de 2 x 2 cm avec un couteau chaud dont vous essuierez la lame de temps en temps.

Repérez les endroits à couper par des marques à l'ongle tous les 2 centimètres sur les bandes. Indiquez l'emplacement où coller les carrés par un quadrillage au crayon sur la face doucie de l'outil.

Tiédir l'outil dans de l'eau à 30 ºC durant dix minutes, car la poix adhère mal au verre puis collez les carrés en faisant fondre une de leurs faces à la flamme d'une bougie.

Les carrés possèdent à présent des hauteurs diverses et doivent être nivelés à la courbure du miroir par des pressages. Mettez le miroir sur le poste, recouvrez-le d'une feuille de papier calque et posez le polissoir dessus. Ajoutez sur l'outil 10 à 15 kg de lest. 1/4 heure après en moyenne, les carrés se sont un peu affaissés et font tous une marque bien nette sur le calque. Contrôler toutes les 2 mn qu'ils ne se touchent pas entre eux, laissez au minimum 2 mm de séparation. Dès qu'il y a moins arrêtez le pressage et rectifiez.

Polissoir aprDès pressage :

S'ils ne sont pas nivelés après deux heures de pressage, c'est que la poix est trop dure et il faut refaire le polissoir. Quand vous êtes satisfait du pressage, enlevez le calque et tenez-vous prêt pour le polissage.

5.3 - SCEANCES DE POLISSAGE

Matériel nécessaire pour le polissage :
- une cuvette neuve,
- une éponge neuve,
des chiffons propres et non pelucheux (vieux drap),
du "rouge" pour l'optique astronomique (oxyde de fer obtenu en calcinant de l'oxalate ferreux), ou du blanc (oxyde de Zirconium). N'utilisez pas d'autres produits à polir : ils sont tous trop violents ou pas assez purs,
- un pinceau.

Le "blanc" et le "rouge" s'utilisent à peu près de la même façon. Je vais décrire la conduite générale du polissage au "blanc" et j'indiquerai les particularités des deux produits aux quelques étapes où les méthodes divergent.
Si vous avez commencé le polissage avec l'un des deux produits, n'en changez pas en cours de route. Le polissage n'est pas qu'une simple action mécanique ; des réactions chimiques complexes entre le verre et le produit de polissage jouent un rôle important. Il se forme un effet de "peau" où le verre est plus résistant à l'usure en surface. Si l'on change de produit à polir, l'usure de cette "peau" se fait de manière très irrégulière avec pour conséquence des heures de travail supplémentaires pour ré égaliser la surface.

Le polissage est de loin la phase la plus délicate et la plus intéressante de la taille d'un miroir, c'est là qu'on voit apparaître les résultats du travail quelque peu ingrat qui a précédé. Il est assez exaltant de penser que le mouvement de vos mains façonne une surface de verre déjà précise à quelques dix-millièmes de millimètres près et qui le sera bientôt cent fois plus : supérieure à 1/10 000 000 du diamètre du miroir.

Évidemment la moindre flexion du disque pendant le polissage se répercute sur la surface par une déformation qui n'est plus négligeable et provoque un défaut inverse à la fin du travail. Il faut donc mettre deux épaisseurs de feutrine bien tendue sous le plastique du poste, là où reposera le miroir.

On dit aussi que la chaleur venant du disque par le frottement du polissoir ou par le contact des mains dilate dans des proportions très faibles certaines zones qui se trouveront plus usées que les autres. C'est parfaitement vrai : le meilleur moyen de se protéger contre ces défauts, c'est de les rendre aléatoires (ce qui se fait automatiquement à condition de ne pas y penser) et en même temps faibles, en polissant trois ou quatre heures d'affilées, ce qui laisse le temps à la chaleur de se répartir. La température du local, pendant toute la phase de polissage, ne doit jamais descendre en-dessous des 18ºC.

Pour ceux qui ont les moyens de payer 500 a 1000 F de plus leur disque miroir, je conseille d'utiliser du Zerodur : un verre à coefficient de dilatation nul. Il est un peu plus long à travailler mais donne plus de facilité pour obtenir un bonne surface au polissage car il n'y a pas de dilatations parasites.

On n'a pas de déformations pendant le travail de polissage et on peut tester sa surface presque immédiatement après les retouches au lieu d'avoir à attendre 24 h entre chaque retouche ! De plus, quand le miroir sera en service dans le télescope, il gardera un forme constante (et parfaite si vous l'avez réussi...) quelles que soient les variations de température, alors que les miroirs classiques se déforment par dilatation et donnent parfois de mauvaises images.

Vérifiez que le poste est bien lesté (50 kg au minimum) car vous allez exercer des forces importantes en fin de séchée. Pour mieux éviter la poussière et les abrasifs, retroussez vos manches, enfilez une blouse, changez d'habits, ou mieux mettez-vous torse nu, pendant le polissage.

Quand tout est prêt, versez deux cuillères à café de blanc (ou de rouge) dans un quart de verre d'eau et mélangez. Placez le miroir sur le poste, badigeonnez la surface d'une bonne couche de ce mélange et posez délicatement le polissoir dessus. Ne touchez plus à rien une fois le contact établi... Non, ce n'est pas encore le début du polissage, mais la dernière opération préliminaire : le pressage au blanc (ou rouge). Laissez presser 5 mn avec un poids de 2 à 5 kg sur le polissoir.

Ne séparez pas les disques après le pressage : décalez-les de quelques centimètres, rajoutez un mélange de blanc et d'eau par deux ou trois traits de pinceau sur le miroir et commencez la première séchée du polissage par des courses normales assez lentes. Pendant tout le polissage vous utiliserez ces courses "normales".

Au début, l'adhérence est mauvaise, c'est-à-dire que la résistance est irrégulière et le polissoir avance par à-coups. Après 2 à 5 mn, la résistance, guère plus régulière est devenue assez forte. Il faut passer à la séchée suivante. Sans séparer les disques, donnez deux ou trois traits de pinceau du mélange blanc et eau, répartissez le produit à polir par quelques courses lentes et les disques glisseront de nouveau facilement l'un sur l'autre. Une séchée dure quatre minutes en moyenne.

Après une heure de travail SANS INTERRUPTION, l'adhérence devient bonne : la résistance est régulière et proportionnelle à la vitesse des courses. Vous pouvez alors :

- diminuer la quantité de mélange eau et blanc pour une séchée,
- diminuer la proportion de blanc par rapport à la quantité d'eau,
- pousser les séchées un peu plus longtemps,
- augmenter progressivement la vitesse des courses à 1 ou 1,5 aller et retour par seconde.

Vous avez atteint "le régime de croisière du polissage". Si l'on pousse les séchées trop loin, on entend des sifflements aigus qui sont le signe d'un polissage efficace et la résistance devient forte. Attention avec le blanc, il vaut mieux ne pas trop faire durer les séchées car son action augmente tellement qu'elle devient ravageuse et irrégulière.

Les résultats de la première heure de travail sont surprenants : le miroir semble déjà presque poli, mais quand on examine le reflet d'une fenêtre, les contrastes sont noyés dans le "gris". Cela est dû aux piqûres d'émeri encore très nombreuses (plus de 10 000 par millimètre carré). Ce gris est plus important vers le centre qu'aux bords car vous avez travaillé miroir dessous et ce sont les bords qui ont été les plus polis.

Pour établir une avance uniforme du polissage, inversez les positions du miroir et du polissoir toutes les heures, tournez-le tous les quarts d'heure en position miroir dessus d'un peu plus de 90 degrés pour éliminer les défauts dus aux flexions résiduelles. Voici approximativement le temps nécessaire à un débutant pour polir un miroir correctement douci :

Diamètre du miroir avec du blanc avec du rouge
160 mm 7 à 10 heures
210 mm 10 à 15 heures

Travaillez de préférence par séances de 2 à 3 heures, mais. jamais moins d'une heure : plus vous polirez longtemps sans interruption, plus le polissage sera efficace et meilleure sera la forme du miroir. Je vous conseille de vous mettre à deux ou trois pour ce travail : ce sera d'une part moins fatigant et d'autre part, la répartition des courses sera bien meilleure.

5.4 - RETAILLAGE DES CARRES DE POIX

Outils nécessaires :
- un marteau,
- un réglet de 25 cm au moins,
- une pièce de métal limée en biseau (fig. 2) ou un ciseau à bois de plus de 2 cm de large.

Au cours du polissage les carrés de poix s'affaissent et s'étalent. S'ils venaient à se toucher le blanc ne se répartirait plus et l'adhérence serait très difficile à obtenir. On doit donc les retailler toutes les deux ou trois heures selon la dureté de la poix (celle-ci est trop molle s'ils s'affaissent en une heure ou moins ; trop dure s'il ne faut pas les retailler après 3 heures).

Pour tailler les carrés, posez le réglet sur une rangée de carrés, à l'aplomb de la marque de quadrillage sur l'outil qui a servi à placer ceux-ci (au bout de quelques heures de travail, le blanc masque ce quadrillage). Coupez ce qui dépasse en frappant un ou deux petits coups secs sur le ciseau. Prenez garde à ce que des éclats de poix ne viennent se coller sur vos habits et vos mains. Pour les enlever, utilisez du white spirit. Pour dégager les éclats de poix, incliner le miroir et passez délicatement la lame d'un tournevis dans la rainure. N'attendez pas car la poix se recolle.

Quand le polissoir vient d'être fait, les carrés sont épais et s'étalent rapidement : il faut retailler souvent. Après quelques heures de polissage et quelques retailles, les carrés se sont amincis à 2 ou 3 mm et s'étalent moins vite : on peut travailler plus longtemps d'affilée. Quand les carrés atteignent 1,5 mm d'épaisseur ou moins, il faut refaire le polissoir.

5.5 - QUELQUES RÈGLES A RESPECTER

a) L'efficacité du polissage augmente si :

- les courses sont plus rapides,
- les séchées sont poussées plus longtemps,
- l'on réduit la proportion de blanc par rapport à l'eau. Pour obtenir ce résultat, plongez d'abord votre pinceau dans le mélange normal, puis trempez-le plus ou moins dans un verre d'eau pure. Mais ne dépassez pas la limite où le travail deviendrait irrégulier.

b) Indiquez toutes vos remarques sur votre carnet, cela vous servira pour les séances suivantes.

c) Méfiez-vous : le mélange d'eau et de rouge à polir colore tout et résiste remarquablement au lavage (c'est de l'oxyde de fer). Le blanc (oxyde de zirconium) est beaucoup moins salissant. N'utilisez surtout pas le rose à polir (oxyde de cérium) pour le polissage des miroirs de qualité : c'est un produit efficace pour le polissage rapide des pièces dont l'état de surface n'a pas besoin d'être très bon. De plus le rose à polir contient des traces de thorium et j'ai effectivement constaté qu'il était radio-actif.

d) A la fin d'une séance de polissage, rincez le miroir et enveloppez-le dans un torchon. Passez un coup d'éponge sur le polissoir et rangez-le sur le dos dans un sac en plastique fermé. Ne posez rien dessus car la poix en garderait la trace.

Quand vous reprenez le travail après une interruption de plusieurs heures ou plusieurs jours, faites un pressage au blanc ou au rouge de 5 mn pour remettre l'outil en forme. Un polissoir non utilisé depuis plus de 3 ou 4 semaines est en général à refaire. Si vous avez la place, et la certitude que personne ne posera jamais rien dessus, vous pouvez essayer de conserver un polissoir plusieurs semaines au réfrigérateur, pour ralentir l'affaissement naturel de la poix... Technique à n'utiliser, bien sur, qu'en cas de stockage de longue durée car il faut attendre un douzaine d'heures que le polissoir se remette à la température ambiante avant de travailler.

5.6 - DIFFICULTÉS AU POLISSAGE

a) l'adhérence est mauvaise : augmentez la concentration de blanc. Si les difficultés persistent et que les carrés ne sont pas couverts uniformément de blanc mais rayés ou marbrés, c'est que la poix est trop dure. Avant de vous résigner à refaire le polissoir, essayez d'augmenter la température de la pièce où vous travaillez, ce qui ramollira la poix.

b) séchées trop courtes : mettez plus de blanc et d'eau. S'ils coulent sur les bords dès le début de la séchée et que les difficultés persistent, abaissez la température ou augmentez l'humidité ambiante.

c) séchées trop longues : laissez durer, c'est tout bon.

d) la poix s'affaisse trop vite : refaites le polissoir avec de la poix plus dure.

e) le gris est très inégal entre différentes zones du miroir et cela persiste après 10 h de polissage : la forme est mauvaise et il faut reprendre le doucissage au 20 mn ou W3.

Au cours des heures de polissage, le gris s'en va petit à petit. Pour mieux contrôler son évolution, observez-le au voisinage de l'image d'un filament de lampe (fig. 6). A partir de 8 heures de polissage avec du blanc ou de 12 heures avec du rouge, ralentissez la cadence des courses à moins de un aller et retour par seconde et arrêtez les séchées avant que la résistance ne devienne forte. Continuez ainsi jusqu'à la disparition du gris.

Votre miroir tel qu'il est là peut, à la rigueur, se passer de contrôle et de parabolisation mais vous n'avez guère de chances qu'il donne de meilleurs résultats qu'une petite lunette du commerce. Il faut donc un moyen de déceler ses défauts, de les corriger et enfin de paraboliser.

A la fin du polissage, votre miroir a l'air parfait mais que savez-vous de la qualité de sa surface ? Rien. Or, c'est d'elle que vont dépendre les performances de votre télescope. Un polissage bien conduit par un débutant engendre normalement une surface sphérique avec une précision de l'ordre du micron (1 millième de millimètre), mais c'est insuffisant. Il va vous falloir corriger les défauts, modifier légèrement la forme ("paraboliser") et enfin réduire les écarts résiduels à moins d'un vingtième de micron. A ce stade, une augmentation supplémentaire de la précision n'a plus d'influence sur la qualité de l'image observée (diffraction).

6 - LE FOUCAULTAGE

Pour pouvoir les corriger, il faut déceler et mesurer les défauts de la surface du miroir. La plus simple et pratiquement la plus sensible des méthodes de contrôle : la méthode de Foucault, fait apparaître en relief et amplifie un million de fois les écarts qu'il y a entre une sphère et la surface à tester.

6.1 - PRINCIPE DE LA MESURE AVEC L'APPAREIL DE FOUCAULT

On place une source lumineuse ponctuelle à une distance suffisante du miroir pour que la lumière réfléchie revienne converger presque à son point de départ. On met l'oeil dans le prolongement du faisceau, tout près du foyer (zone de convergence). Imaginez maintenant deux cas :

Premier cas : la surface est parfaitement sphérique

Elle renvoie toute la lumière dans une tache minuscule : le foyer, qui serait infiniment fine s'il n'y avait pas la diffraction. Chaque point de cette tache reçoit de la lumière de toutes les parties du miroir. On coupe le faisceau au niveau du foyer avec le bord d'un écran appelé "couteau".

En a) : le couteau n'a pas entamé le faisceau, le miroir parait entièrement brillant.
En b) : le content est arrivé au milieu de la tache de diffraction, la moitié de la lumière passe, le miroir est uniformément gris.
En c) : toute la lumière est arrêtée, le miroir est obscur.

Deuxième cas : la surface a des défauts

Toute la lumière ne converge plus au même point. Sans changer aucune distance, faisons repasser le couteau par les positions précédentes.

En a) : toute la lumière passe.
En b) : le couteau est au point où convergeaient les rayons de la sphère : il arrête les rayons passant trop à droite, envoyés par des zones du miroir inclinées dans le sens A par rapport aux régions correspondantes de la sphère (hachurées sur la figure). Celles-ci paraîtront obscures. Une zone correctement orientée sera grise et une zone inclinée dans le sens inverse sera plus brillante, d'où l'impression de relief : un éclairage rasant donnerait la même impression.

6.2 - QUELS SONT LES PLUS PETITS DÉFAUTS DÉCELABLES ?

Un appareil de Foucault, bricolé par un amateur, permet de distinguer des écarts angulaires de 1/600 000 sur le miroir, soit une différence d'épaisseur de 30/600 000 de mm dans une zone de 30 mm de large 30/600 000 mm cela fait 1/200 de micron ou encore l /100. Peut-être que ces chiffres ne vous disent pas (encore) grand chose. Ils correspondent à une couche d'une épaisseur de 10 molécules de verre seulement.

Dans la légende, sous la figure ci-dessus, vous avez lu "sphère de référence". En effet, imaginez que l'on rapproche ou éloigne le couteau le long du faisceau, sa position correspondra au foyer d'une sphère plus ou moins concave que précédemment, et les écarts d'orientation du miroir seront rapportés à celle-ci . Ainsi, une sphère apparaîtra en bosse ou en creux, selon que l'on coupe le faisceau, avant ou après le foyer.

Chapitres précédents :
Chapitre 1 à 3.1
chapitre 3.2 à 4.3

Chapitres 3suivants :
chapitre 6.3 à la fin