La plateforme du satellite (identique à celle utilisée pour XMM) hébergeait quatre charges utiles complémentaires qui observaient la même région du ciel simultanément :

• Deux instruments principaux, un imageur (IBIS) et un spectromètre (SPI)
• Deux instruments de surveillance, le moniteur de rayons X (JEM-X) et la caméra de surveillance optique (OMC)

Au moment où l'imageur IBIS fournissait une carte détaillée des sources de rayons gamma, SPI établissait la spectrométrie de ces rayonnements,  le premier privilégiant la résolution spatiale, le second la résolution spectrale. Les deux instruments étaient ainsi parfaitement complémentaires.

Ces instruments de haute énergie utilisaient la technique du masque codé (une technique également utilisée sur la mission SVOM), car il n’est pas possible de faire converger des ondes de haute intensité (X, gamma) à l’aide de miroirs, comme les télescopes optiques par exemple.

Le JEM-X et l'OMC étaient quant à eux utilisés pour faire la corrélation respectivement entre les domaines des rayonnements dans le X et le visible.

Au moment de son lancement en 2002, INTEGRAL était le premier observatoire spatial capable d’observer simultanément des objets dans les rayons gamma, les rayons X et la lumière visible.

Télescope gamma IBIS Imager on Board the INTEGRAL Satellite

IBIS était un télescope gamma à ouverture codée, apte à fournir des images alliant haute résolution angulaire (précision de localisation des sources < 1 minute d'arc), et bonne information spectrale, dans un domaine d'énergie allant de 20 keV à 8 MeV.

IBIS combinait un masque codé et un ensemble de détecteurs gamma, le tout étant protégé des rayonnements parasites, abondant dans l’espace, par des blindages.

Pour couvrir un domaine d’énergie de près de 3 ordres de grandeur, les ingénieurs avaient dû recourir à l'utilisation de deux plans détecteurs, deux mosaïques de détecteurs, capables de mesurer la position du point d’impact et l’énergie déposée par chaque photon croisant la route de l’instrument. Le premier, ISGRI (Integral Soft Gamma-Ray Imager), fonctionnait à basse énergie (20 keV - 1 MeV). Le second, PICsIT (PIxellated CsI Telescope), mesurait les photons de plus haute énergie (150 keV - 8 MeV).

Le masque codé de près d'1 m² était placé 3,1 m au-dessus de cet ensemble, assurant au télescope IBIS une résolution angulaire de 12 minutes d’arc (limite de séparation de deux sources) et une précision dans la localisation de sources brillantes inférieure à la minute d'arc. Le champ de vue était de 20 degrés x 20 degrés à mi-sensibilité, près de quatre fois plus grand que le télescope SIGMA, dont IBIS est l’héritier.

L’Institut national d’astrophysique de Rome (IAS) était le maître d’œuvre de l’instrument IBIS. Le SAp (Service d’astrophysique du CEA), a eu la maîtrise d'œuvre d’ISGRI, PICsIT étant sous le contrôle de l'institut TESRE de Bologne.

Spectromètre SPI SPectrometer for INTEGRAL

La spécificité du spectromètre SPI tenait à sa haute résolution spectrale pour les rayons gamma, d'à peu près 2 keV, et ce sur une très large bande d'énergie allant de 20 keV à 8 MeV.

Les rayons gamma, situés dans son champ de vue, étaient interceptés par le masque installé au sommet du spectromètre. Ce masque, composé de 63 tuiles hexagonales en tungstène, opaques aux radiations et formant un motif spécifique, filtrait les rayons gamma. Les faisceaux ainsi « filtrés » arrivaient ensuite sur la surface de détection (500 cm²), située au cœur de l'instrument.

Grâce au motif bien particulier du masque, une analyse mathématique permettait de retrouver la direction des sources situées dans le champ de vue.

La surface de détection était quant à elle composée de 19 détecteurs en cristaux de germanium, refroidis à 85K de manière mécanique (compresseurs).

Le spectromètre SPI a été développé sous la responsabilité du CNES, avec des contributions de plusieurs laboratoires français et étrangers.