# Il y a 50 ans naissait la station de Saint Véran créée par l'observatoire de Paris

Par J.-M. Malherbe, Astronome émérite, 22 Juillet 2024

## RESUME

Isabelle Bualé (LESIA) vient d'avoir l'occasion de sauvegarder les archives « Saint Véran » de Paul Felenbok (1936-2020). Il m'a semblé opportun d'honorer la mémoire de cet instrumentaliste inventif à l'occasion des 50 ans de la station d'altitude (2930 m) qu'il fonda au-dessus de Saint Véran, dans le Queyras (Hautes Alpes), station consacrée à l'étude de la couronne solaire. Suite aux éclipses de 1970 et 1973 observées avec la caméra électronique « Lallemand », l'objectif était de détecter avec cet appareil à photocathode très sensible les structures de la couronne lointaine dans les raies interdites, en utilisant des filtres étroits ou par spectroscopie. Mais tout était à construire : une piste d'accès, une base de vie, une coupole et un instrument sophistiqué. Nous résumons ici cette fantastique épopée, qui dura de 1974 à 1982. Cependant, l'activité de la station reprit dès 1989 sous l'égide de l'association AstroQueyras qui remplaça le coronographe par un télescope nocturne de 62 cm. Ensuite l'observatoire fut agrandi de deux coupoles pour télescopes de 50 cm, puis reconstruit en 2015 au profit des astronomers amateurs, mais également des visiteurs, qui bénéficient désormais au village de la maison d'interprétation du Soleil.

## INTRODUCTION

Après l'éclipse solaire de Mauritanie (le 30 Juin 1973, voir Rösch, 1973), la fameuse éclipse poursuivie par Concorde 001 pendant 74 minutes à 2200 km/h, le groupe « caméra électronique » de Paul Felenbok (1936-2020, figure 1) souhaita reprendre les observations de la couronne solaire avec une caméra électronique de type Lallemand (Lallemand, 1937, 1960) montée sur un coronographe. La couronne est constituée d'un plasma chaud (10⁶ K – 10⁷ K) et ténu, plus de 10⁶ fois moins lumineuse que le disque solaire. Pour cette raison, il est difficile de l'observer hors éclipse, si bien que Bernard Lyot mit au point à Meudon un instrument spécial (le coronographe, Lyot, 1932) afin d'éliminer au mieux la lumière parasite de l'optique, plus brillante que la couronne. De plus, une station d'altitude est nécessaire pour réduire la diffusion atmosphérique, elle aussi plus brillante que la couronne au niveau de la mer (pour cette raison, Lyot observait au Pic du Midi). L'équipe de Felenbok du trouver un endroit approprié et construire un instrument performant. C'était un objectif difficile et ambitieux !

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>**Figure 1** : Paul Felenbok (1936-2020) à la Maison du Soleil de Saint Véran en 2016 (cliché D. Menel)</figcaption></figure>
Le Pic du Midi dans les Pyrénées (2870 m) était réputé pour être saturé (pas de coronographe libre, pas de possibilité d'ajouter un lourd instrument à une monture existante), si bien que le groupe chercha ailleurs. A cette époque, l'Institut National d'Astronomie et de Géophysique (INAG) du CNRS (aujourd'hui INSU), organisait une campagne de sites (1970-1971), et identifiait le Pic de Château Renard (au-dessus de Saint Véran) comme le meilleur site nocturne de France (mais pour les observations solaires, c'est en général moins bon). En effet, l'INAG démarrait un projet de grand télescope nocturne de la classe des 4 mètres, qui est finalement devenu opérationnel en 1979 à Hawaï (le CFHT) en collaboration avec le Canada et l'Université d'Hawaï, à 4200 m d'altitude. En 1974, l'INAG préconisa le développement du coronographe à Saint Véran, afin d'amorcer le développement d'un nouveau site pour les futurs instruments de petite taille, et de le caractériser par des observations régulières.

## LA COUPOLE

Le budget « Saint Véran » était très limité, car il ne s'agissait pas d'une opération nationale, c'est pourquoi l'observatoire de Paris accepta de démonter la coupole inutilisée de 7 m situé sur le bâtiment Perrault (figure 2).

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 2 : la coupole de la tour de l'ouest sur le bâtiment Perrault</figcaption></figure>

Cette coupole métallique, datant des années cinquante, fut transférée à Saint Véran en 1974, sous la crête du Pic de Château Renard. Le département des Hautes Alpes prit en charge la construction de la piste d'accès en juin 1974 (praticable uniquement en été par des 4 x 4). L'Observatoire de Paris fournit la coupole de la tour de l'ouest, et l'INAG finança le baraquement en tôle et les groupes électrogènes. L'Observatoire de Nice prêta une table équatoriale. L'instrument solaire (un coronographe de 25 cm et 3 m de focale) fut installé en octobre 1975. La coupole de 7 m de diamètre et 9 m de haut nécessita la construction d'une fondation en maçonnerie. Sous le plancher d'observation, il y avait un sous-sol servant d'atelier. Une annexe métallique de 5 m de haut sur deux niveaux était attenante à la coupole. La trappe avait une largeur de 2.30 m. Le démontage, le transport et le remontage ont pris deux ans (1974-1975). Gabriel Rousset (atelier de Meudon) écrivait en 1981 : « Nous étions en présence d'un dôme rouillé, ayant subi le démontage et le remontage étalés sur deux ans, avec un point dur en rotation et un léger désalignement de la fermeture des trappes ; et une imperméabilité nulle à la neige et à la condensation. Pour éliminer ces défauts, il a fallu refaire la peinture, réaligner les roulements, éliminer les infiltrations de neige par un système de joints et de jupes, pulvériser du polyuréthane sur la paroi intérieure pour éviter la condensation. Ce travail s'est étalé sur deux campagnes estivales ». En septembre 1977, la station (figures 3 à 7) comprenait :
1. La coupole et son annexe, ainsi que le coronographe (décrit plus loin).

2. Une baraque métallique de 40 m² à usage de base de vie, comprenant cuisine, salle à manger, chambre, salle de bain, pouvant accueillir 4 personnes. Elle était chauffée au gaz (en bonbonnes), l'eau (non potable) était stockée dans des cuves, et l'électricité produite par des groupes électrogènes au fuel.

3. Une seconde cabane métallique de 15 m² à usage d'entrepôt.

4. Un abri en parpaings contenant 3 groupes de 4, 6 et 10 KVA, ainsi qu'un petit groupe de 1 KVA à usage domestique ; le réservoir de carburant était enterré dessous.

5. Un tunnel en tôle ondulée reliant la coupole à la base de vie et à l'annexe.

6. Une ligne téléphonique et une liaison radio de sécurité.

Les chercheurs impliqués, outre Paul Felenbok, étaient Françoise Crifo et Jean-Pierre Picat. L'assemblage de la station, de la coupole et du coronographe, ont nécessité la participation de nombreuses personnes : Rémy Bellenger (optique, électronique), Yves Zéau (logistique), Jean-Pierre Dupin (électronique), Gabriel Rousset et Isidore Raulet (mécanique), Annick Fayet, Jean Guérin et Jacques Baudrand (instrumentation), Mireille Dentel (informatique), Christiane Jouan (administration). De nombreux habitants du village de Saint Véran (Joseph Brunet, Jacques Jouve, Pierre Prieur-Blanc) ont également aidé, ainsi que Jean-Eugène Chabaudie de l'observatoire de Nice. Guérin a été responsable de l'instrument de 1975 à 1977 et Bellenger de 1978 à 1982.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 3 :** la base de vie et la coupole en reconstruction en 1974</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 4 :** la coupole en 1975. Le camion 4 x 4 UNIC était déjà employé en Mauritanie pour l'éclipse</figcaption></figure>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 5 : la station en 1975</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 6 : la station en 1977; la coupole de 7 m et son annexe (1), l'habitation (2), le tunnel (3), les groupes électrogènes (4) et l'entrepôt (5)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Figure 7** : la coupole de diamètre 7 m et de 9 m de haut, son annexe et tunnel la reliant à l'espace de vie</figcaption></figure>

## LA CAMERA ELECTRONIQUE LALLEMAND ET LES OBSERVATIONS SOLAIRES

Alors que les cibles CCD n'existait pas, des projets de coronographie basés sur la caméra électronique d'André Lallemand (1904-1978) sont nés : son principe est basé sur la photoélectricité (conversion photon/électron par une photocathode sous vide), puis les électrons sont focalisés par des lentilles électroniques sur une plaque photographique nucléaire. La caméra Lallemand était 100 fois plus sensible que la photographie conventionnelle (proche des CCD) donc adaptée à l'observation d'objets faibles. Un premier essai d'une telle caméra sur un coronographe associé à un spectrographe a été réalisé par Rozelot & Despiau (1972) au Pic du Midi. Les premières observations d'une éclipse totale avec la caméra ont été menées au Mexique (Fort, 1972) par l'équipe de Meudon. Deux ans plus tard, le groupe alignait deux caméras lors de l'éclipse de 1973 en Mauritanie (Figure 8 ; articles de Fort et al, 1975 ; Picat et al, 1979). Il apparut naturel à l'équipe Felenbok de poursuivre cet investissement technique et scientifique sur un coronographe d'altitude à Saint Véran. On notera qu'elle avait mis au point une version de la caméra Lallemand, dite caméra électronique à vanne (Baudrand et al, 1972, 1982), qui évitait de casser le vide lors du changement de plaque nucléaire, les problèmes de vide et de cryostat (azote liquide à 77 K) étant des freins majeurs à l'utilisation de ces dispositifs, en particulier dans les environnements à logistique réduite. D'autre part, les structures solaires évoluant rapidement, il était essentiel de pouvoir changer de plaque facilement.
<figure><img src="image_8.png" /></figure>

**Figure 8** : les expériences de caméra électronique du groupe Felenbok en Mauritanie, 30 Juin 1973, après une campagne préalable de tests à Auron dans les Alpes du Sud (CNRS media)

## LE CORONAGRAPHIE DE SAINT VERAN

Paul Felenbok nous a laissé un schéma optique (Figure 9). L'objectif est une lentille unique d'un diamètre de 25 cm (conservée en caisse par Isabelle Bualé au Grand Sidérostat) et d'une distance focale de 300 cm polie par Demarcq au laboratoire de Nice. En sortie se trouvait un système afocal à deux lentilles autour d'un filtre interférentiel isolant une raie d'émission coronale de quelques Angström de large, de grandissement 1/2, de sorte que l'image finale du Soleil avait 1.4 cm de diamètre. On pouvait placer au foyer F une caméra électronique Lallemand, ou un appareil reflex 24 x 36 mm conventionnel. Le spectrographe conçu pour l'éclipse de 1973 de Mauritanie a été réutilisé. Le domaine spectral utile allait de 3000 Å à 11000 Å. La figure 10 montre le coronographe en cours d'essai à Meudon avant son transport à Saint-Véran en octobre 1975 (figure 11). Le programme scientifique s'appuyait sur l'extrême sensibilité de la caméra Lallemand pour explorer la couronne chaude à grande distance dans les raies interdites verte et rouge (5303 Å de Fe XIV, 6374 Å de Fe X, jusqu'à 0.4 rayon solaire du limbe, figure 12), voire 0.8 rayon dans les raies IR de FeXIII. De telles observations permettent de déterminer la densité électronique et la température, et la polarimétrie associée peut révéler la direction du champ magnétique coronal. L'étude des protubérances (la couronne froide) était également prévue avec Hα.

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

**Figure 9** : schéma optique du coronographe de Saint Véran dessiné par Paul Felenbok.
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 10** : le coronographe et la caméra électronique, en test à Meudon du côté du Grand Sidérostat</figcaption></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 11** : le coronographe dans sa coupole à Saint Véran</figcaption></figure>
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 12** : exemple d'images monochromatiques de la couronne chaude en photographie classique, obtenues à Saint Véran (Fe X 6374 Å, 10⁶ K, et Fe XIV 5303 Å, 2 10⁶ K)</figcaption></figure>

POURQUOI A T-ON ABANDONNE EN 1982 ?

Je pense que le choix de la caméra électronique, un appareil complexe avec des contraintes sévères de
vide et de froid, était probablement trop ambitieux pour Saint Véran, en raison du manque de moyens logistiques,
humains et financiers, surtout qu'il fallait assurer, en même temps, la mise en route d'une nouvelle station d'altitude
à l'accès compliqué. Rozelot évoquait déjà ces difficultés, même au Pic du Midi, en 1972 (où les conditions d'accès
sont bien meilleures avec un téléphérique). La photographie à films ordinaires 35 mm, introduite en 1979, démontra
que le coronographe était bon, mais ce n'était plus aussi innovant que le projet initial sur la couronne lointaine.

On peut également noter la concurrence croissante de l'espace, d'abord les instruments utilisant des films
de 35 mm, comme le coronographe à lumière blanche (plateforme Apollo Telescope Mount) à bord de SKYLAB de
1973 à 1979 (McQueen et al, 1974), puis, le coronographe de SMM (McQueen et al, 1980) équipé de tubes Vidicon,
avec numérisation en temps réel. Le satellite Solar Maximum Mission de la NASA n'a fonctionné que pendant six
mois en 1980 (mars-septembre) et est tombé en panne. Il a ensuite été réparé en avril 1984 par une sortie
extravéhiculaire de la navette spatiale américaine et a ensuite fonctionné jusqu'en 1989. Plus tard, les coronographes
à grand champ de LASCO à bord de SOHO disposaient de CCD (jusqu'à 30 rayons solaires, en activité depuis 1996)
et en 2024, ils sont toujours maintenus en service par l'ESA et la NASA, car mondialement uniques.

La mise en service du CFHT à Hawaï (1979) a sans doute précipité la fin rapide de l'exploitation de Saint-Véran, puisque l'équipe a publié ses premiers résultats au CFHT avec la caméra électronique dès 1982 (Picat et al, 1982). L'avenir de la coupole de 7 m se posa alors, et finalement le coronographe fut retiré, mais la coupole (fatiguée par le démontage et remontage) et la base de vie sont restés sur le site, qui fut inoccupé pendant quelques années.
## LA SECONDE VIE DE L'OBSERVATOIRE

La seconde vie de la station de Saint Véran a commencé après une visite de Paul Felenbok et Jacques Léorat à l'été 1988 : ils ont été surpris de voir la bonne conservation des installations après 6 ans de fermeture. Ils ont alors tenté d'intéresser les astronomers amateurs et de favoriser la diffusion de la culture scientifique, avec la bienveillance de l'Observatoire de Paris. L'étape suivante eut lieu en 1989, lorsque l'association d'astronomes amateurs AstroQueyras fut créée et prit en charge la station (figure 13). Ils placèrent dans la coupole de 7 m un télescope Cassegrain de 62 cm prêté par l'Observatoire de Haute Provence (OHP), qui ouvrit aux amateurs en 1990.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 13 : l'observatoire en 1989 lors de sa reprise par AstroQueyras</figcaption></figure>

L'observatoire s'est ensuite développé progressivement avec l'adjonction de deux coupoles plus petites, toutes deux équipées de télescopes nocturnes de 50 cm d'ouverture. En 2015, la capacité de la station fut portée de 6 à 18 visiteurs et les espaces de vie furent entièrement reconstruits grâce à des subventions des collectivités territoriales et des crédits européens (figure 14). Des panneaux photovoltaïques fournissent désormais l'énergie électrique. En parallèle, « la Maison du Soleil », dans le village de Saint Véran, a été créée en 2016, en collaboration avec l'observatoire de Paris. Il s'agit d'un espace d'interprétation moderne pour le public, consacré à la nature du Soleil. Il comprend des instruments professionnels, pilotés par le personnel : un coélostat, une lunette solaire de 30 cm et un spectrographe à haute résolution de 7 m (SHARMOR) alimenté par un télescope de 50 cm, tous en provenance de Meudon et fournis par l'observatoire de Paris (figure 15).

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 14 : la station reconstruite en 2015 (cliché D. Menel)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_15.png" /></figure>

**Figure 15** : les différents éléments prêtés à la Maison du Soleil par l'observatoire de Paris pour la projection d'une image vivante du Soleil sur grand écran et la visualisation de spectres à haute résolution pour appréhender la rotation solaire par effet Doppler sur les raies

## REFERENCES

- Baudrand, J., Combes, M., Felenbok, P., Fort, B., Picat, J.P., 1972, *Advances in electronics and electron physics*, 34A, 7

- Baudrand, J., Chevillot, A., Dupin, J.P., Guerin, J., Bellenger, R., Felenbok, P., Picat, J.P., Vanderriest, C., 1982, "Remote controlled valve electronic camera at the 3.60 m CFH telescope prime focus", *J. Optics*, 13, 295-301

- Fort, B., Picat, J.P., Combes, M., Felenbok, P., 1972, « observations of the green line with an electronic camera during the eclipse of March 16, 1970 », *Astron. Astrophys.*, 17, 55

- Fort, B., Picat, J.P., 1975, « observations of the 7892 Å Fe XI line in the corona during the eclipse of June 30, 1973 », *Astron. Astrophys.*, 44, 17-19

- Lallemand, A., 1937, "la photographie électronique", *l'Astronomie*, 51, 300-304

- Lallemand, A., Duchesne, M., Walker, M., 1960, "the electronic camera, its installation and results obtained with the 120-inch reflector of the Lick observatory", *PASP*, 78, 268-282

- Lyot, B., 1932, « Etude de la couronne solaire en dehors des éclipses », *Zeitschrift für Astrophysik*, 73.

- MacQueen, R., Eddy, J., Gosling, J., Hildner, E., Munro, R., Newkirk, G., Poland, A., Ross, C., 1974, "the outer corona as observed from SkyLab: preliminary results", *ApJ*, 187, L85-L88

- MacQueen, R., Csoeke-Poeckh A., Hildner, E., House, L., Reynolds, R., Stanger, A., Tepoel, H., Wagner, W., 1980, "the high altitude observatory coronagraph/polarimeter on the solar maximum mission", *Solar phys.*, 65, 91-107

- Picat, J.P., Felenbok, P., Fort, B., 1979, "polarization of the Green line observed at the 1973 June 30 total solar eclipse", *Astron. Astrophys.*, 75, 176-181

- Picat, J.P., Baudrand, J., Bellenger, R., Cailloux, M., Chevillot, A., Crifo, F., Dupin, J.P., Felenbok, P., Guerin, J., Jouan, C., Raulet, I., Rousset, G., 1982, "first results with an electronographic camera used at the prime focus of the CFH telescope in Hawaii", in *instrumentation for astronomy with large optical telescopes*, Proceedings of the 67th colloquium, Zelenchukskaya, USSR, D. Reidel Pub. Co., 305-310

- Rösch, J., 1973, « l'éclipse totale du 30 Juin 1973 », *L'Astronomie*, 87, 81

- Rozelot, J.P., Despiau, R., 1972, « Adaptation de la caméra électronique au coronographe », *Comptes rendus de l'Académie des Sciences* (16 Octobre 1972), 275, série B, 613