Stéphane Dheilly, mécanicien des extrêmes, médaille de cristal du CNRS
Stéphane Dheilly, mécanicien des extrêmes, façonne des pièces destinées à l’espace, aux profondeurs marines ou aux températures proches du zéro absolu. Actuellement responsable d’un atelier de 100 m² au cœur du laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS / Université Paris Cité), il transforme les idées des physiciens en objets bien réels, capables de résister aux vibrations d’un lancement spatial ou à la pression des abysses. Au long de sa carrière au CNRS, qui l’a amené du laboratoire Leprince Ringuet (CNRS / École Polytechnique) à l’APC, il s’est notamment illustré par la réalisation de composants de télescopes tels que l’instrument de mesure de polarisation du fond diffus cosmologique QUBIC, mais surtout par celle du masque codé de l’instrument ECLAIRs monté sur le satellite de détection des sursauts gamma SVOM : il a créé plusieurs prototypes de cette pièce d’une rare complexité et fabriqué un composant jugé trop complexe par les partenaires industriels. Un savoir-faire rare, salué aujourd’hui par la médaille de cristal du CNRS.
À première vue, l’atelier du laboratoire Astroparticules et Cosmologie (APC – CNRS / Université Paris Cité) ressemble à beaucoup d’autres : tours, fraiseuses, copeaux métalliques et odeur d’huile de coupe. Mais derrière les machines de Stéphane Dheilly, orfèvre de la mécanique et maître des lieux, se jouent parfois des morceaux d’exploration scientifique mondiale. Ici naissent des composants destinés à des satellites, des télescopes ou des instruments cryogéniques capables de fonctionner à quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu.
Avant le CNRS, le quotidien de Stéphane était bien différent. « Dans le privé, pendant dix ans, je fabriquais des pièces pour l’industrie automobile ou aéronautique. C’était très formateur, mais je ne savais pas forcément à quoi allaient servir les pièces que je construisais », raconte-t-il. En 2010, il passe le concours du CNRS et rejoint le Laboratoire Leprince Ringuet (CNRS / Ecole Polytechnique) à Palaiseau. Changement radical. « Ici, j’ai une vue d’ensemble à la fois sur la conception, la fabrication, le montage. C’est nettement plus intéressant. »
Son métier commence là où les plans des ingénieurs rencontrent les contraintes du réel. « Les chercheurs ont beaucoup d’idées… dont certaines qui ne sont pas toujours réalistes », sourit-il. Son rôle consiste alors à trouver des solutions, adapter une pièce, inventer un procédé, proposer une autre manière de faire, avant de passer à l’action sur ses machines. Une forme de traduction entre l’idée scientifique et la matière.
Très vite, il s’implique sur des projets d’envergure internationale. Au LLR, il participe notamment au développement des caméras du télescope gamma H.E.S.S., en Allemagne puis en Namibie. « On m’a appelé trois semaines dans le désert de Namibie pour mettre à jour les caméras du grand télescope », se souvient-il. « C’était ma première immersion dans une grande installation scientifique. Une expérience inoubliable, et pas seulement à cause des araignées, qui me hantent encore ».
En 2015, il rejoint le laboratoire APC à Paris pour prendre la responsabilité de l’atelier. Il y découvre alors un nouvel univers : celui des instruments spatiaux. « C’était mes débuts dans le domaine de la très haute précision. Les normes et les contraintes de fabrication exigées par le spatial représentaient un défi inédit dans ma pratique du métier. » Parmi ses premiers grands projets figure TARANIS, satellite du CNES destiné à étudier les phénomènes lumineux transitoires dans l’atmosphère. Stéphane Dheilly réalise des pièces complexes pour des détecteurs X et gamma du satellite, qui sera finalement perdu lors du lancement. « Les premières pièces que j’ai réalisées pour l’espace partaient en fumée… C’était une épreuve, mais il fallait regarder vers les projets à venir. »
Parmi les projets qui ont le plus marqué Stéphane Dheilly figure le masque codé de l’instrument ECLAIRs, embarqué à bord du satellite franco-chinois SVOM. Cette pièce de 54 centimètres de côté permet de localiser les sursauts gamma en projetant sur le détecteur un motif d’ombres caractéristique. Le défi technique est colossal : le masque doit rester extrêmement précis tout en résistant aux vibrations et aux contraintes du décollage. Autoporteur, réalisé en titane grade 5 et en tantale — deux matériaux particulièrement difficiles à usiner — il constitue une première mondiale à cette échelle.
Chargé de définir les procédés de fabrication, Stéphane Dheilly imagine des solutions inédites pour produire certaines pièces que les sous-traitants refusaient de réaliser. Il parvient notamment à usiner un sous-système final de seulement 200 grammes à partir d’un bloc brut de 37 kilos. « Il fallait anticiper toutes les déformations possibles », explique-t-il. Entre découpe jet d’eau, usinage numérique et phases de stabilisation sous vide, chaque étape demande une précision extrême. En 2020, la livraison du modèle de vol au CNES vient valider plusieurs années de développement et d’ajustements minutieux.
« Et cette fois, au moins, ça vole ! » se réjouit Stéphane. Le succès de SVOM valide en effet son approche : lancé en 2024, le satellite fonctionne aujourd’hui pleinement, et l’instrument ECLAIRs a déjà permis de détecter certains des événements cosmiques les plus lointains jamais observés.
Entre-temps, Stéphane Dheilly multiplie les projets hors normes. Pour QUBIC, un instrument destiné à sonder le rayonnement fossile de l’Univers depuis les hauts plateaux argentins, il usine des pièces cryogéniques extrêmement complexes. « Avec le cuivre pur très malléable utilisé pour descendre aux très basses températures, l’usinage comporte de forts risques de déformation des pièces », explique-t-il. Il faut alors anticiper les tensions internes du matériau, parfois chauffer les pièces dans un four, jouer avec les contraintes mécaniques pour rester dans des tolérances de l’ordre du centième de millimètre.
Il voyage en Argentine pour assister à l’installation de l’instrument, découvrant ses pièces en fonctionnement. « Voir le fruit de mon travail intégré à un appareil qui fonctionne correctement, qui participe au progrès scientifique, c’est la partie la plus gratifiante de mon métier. » Même satisfaction avec KM3NeT, télescope à neutrinos installé à 2500 mètres sous la Méditerranée, pour lequel il réalise des composants en titane capables de résister à des pressions extrêmes.
Aujourd’hui, il se consacre principalement à la mission européenne LISA, futur détecteur d’ondes gravitationnelles qui sera basé dans l’espace en orbite autour de la Terre. . Stabilité optique extrême, matériaux complexes comme l’Invar ou le Zerodur, rugosité de surface inférieure au micromètre… là encore, les exigences flirtent avec les limites du faisable. « Jamais une pièce n’est la même. À chaque fois, une nouvelle problématique surgit qu’on n’avait pas prévue. Ça vous tient en haleine ! »
La médaille de cristal du CNRS vient aujourd’hui récompenser cette expertise discrète mais essentielle. Une reconnaissance qui le touche particulièrement. « Les mécanos ne sont pas toujours les plus visibles au CNRS, alors que nous sommes nombreux et que nous faisons du bon travail. Cette médaille, elle appartient un peu à tous les mécanos du CNRS. »