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Télémétrie. UMR 6162. Virgo. A strophysique R elativiste T héorie E xpérience M odélisation I nstrumentation S ignaux. Projets. LISA. Pluridisciplinarité (5 sections du CNRS). Nary MAN. Plan de la présentation. Composition - Projets Historique

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Presentation Transcript

  1. Télémétrie UMR 6162 Virgo Astrophysique Relativiste Théorie Expérience Modélisation Instrumentation Signaux Projets LISA Pluridisciplinarité (5 sections du CNRS) Nary MAN

  2. Plan de la présentation • Composition - Projets • Historique • Comment détecter une onde de gravitation • Mesure de distance • Projets de recherche: Virgo, LISA, Télémétrie • Compétences dans ces projets • Astrophysique non photonique

  3. Composition • 9 chercheurs (sections 2, 4, 8, 10,17) et astronomes • 9 ingénieurs, techniciens, administratifs • 1 CDD ingénieur • 5 doctorants • 1 post-doctorant

  4. Projets • 1 Thème principal: Ondes de Gravitation • 3 Projets Virgo Télémétrie LISA

  5. Historique • VIRGO LISA Télémétrie ARTEMIS • 1980 R&D • 1985 Design • 1989 Proposal Design • 1993 T0 • Construction • 1999 T0 • 2000 Inauguration R&D lasers • 2003 Recette Modélisation • 2005 R&D Fibres T0 • 2007 VSR1 (+GEMINI)

  6. Ondes de Gravitation? « Petits frissons » qui agitent en permanence l’Univers et se propagent à la vitesse de la lumière: des rides de l’espace-temps Prédites par Einstein dans sa théorie de la Relativité Générale en 1916 et formulées en 1918 Ellesprovoquent des variations de longueurs. Ex: la variation serait de l’épaisseur d’un cheveu sur une distance de 30 années-lumière. Leur force est mesurée par une variation relative de distance (objectif ~10-21 ) . Faiblesse du signal: pratiquementrien ne l’arrête Elle peutvenir du fin fond de l’univers…

  7. Détecterl’OG en mesurantune variation de longueur Utiliser un interféromètre: instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser. instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser. sensible aux variations de distances inférieures à la longueur d’onde de la lumière. sensible aux variations de distances inférieures à la longueur d’onde de la lumière.

  8. Interféromètre de Michelson Mesure de variation de phase pour atteindre objectif

  9. Projet Virgo Détection des ondes de gravitation sur Terre : Virgo • Projet de 76 M€, fonctionnement annuel 10 M€, 50 personnes sur site (maintenance, infrastructure), 11 laboratoires français et italiens • Toutes les techniques poussées à l’extrême, meilleurs miroirs du monde, lasers de puissance ultra-stables, 2.7 ha d’inox avec taux dégazage < 10-16, isolation sismique de presque 10 ordres de grandeur, acquisition de données de 10Mb/seconde….

  10. Interféromètre Virgo

  11. 6 km de Tube à vide de 1,20 m de diamètre , • 9 enceintes à vide dont 6 de 11 m de hauteur, • 2,7 ha de surface métallique

  12. Suspendus par des 4 fils d’acier de 0.6 mm Miroirs: 21 kg de haute technologie

  13. Fonctionnement Artemis dans Virgo • Participation: 6 ch, 4 IT, 2 doct (9 ETP) • 75-80 K€ par an, pour missions régulières sur site, réunions mensuelles, participation avec présentation aux conférences sur gravitation • CDD ingénieur depuis 3 ans • Bourse doctorant: 2004-2007 puis 2007-2010 • 50-70 k€ / an d’équipement pour le site • 10 k€ de contrat R&D pour les futures améliorations

  14. Artemis dans Virgo Photonique: Expertise lasers et contrôles des lasers Expertise cavités résonnantes et faisceaux laser R&D: lasers de puissance à fibre R&D: fibres microstructurées pour transport de faisceaux de puissance Physique des ondes de gravitation Analyse des bruits, analyse des sources stochastiques…. Théories alternatives de la gravitation

  15. Sensibilités de Virgo 10-15 m

  16. Projet 2 Détection des ondes de gravitation dans l’espace: LISA

  17. Artemis dans LISA • Participation: 4 ch, 3 doct, 1 post-doc (4 ETP) • Modélisation du signal, étude de sources • Traitement relativiste des orbites • Traitement numérique de l’interférométrie • Mise au point d’un programme de simulation généraliste de la mission LISA pour la communauté (en collaboration avec APC)

  18. Mesure de distance Horloge + dateur (picoseconde) D = vitesse lumière x temps de propagation = 0.3 mm 10-12 sec 299 792 458 m/s

  19. Principes • Mesure de distance à haute résolution (< nm) et haute précision (10-14 ), pour applications spatiales : interférométrie, géodésie, physique • Principe : • faisceau lumineux modulé réfléchi par la cible • 3 mesures complémentaires: Temps de vol  L= t.c / 2 (détermination de n) Incertitude 1 ps  0.3 mm Phase de la modulation  L = n.L.+ L.F/ 4.p (L = c / Frep = 1 cm) détermination de k Incertitude 10-5 rd  10-6L = 10 nm Interférence optique  L= k.l + l.f / 4.p (l = 1 mm) Incertitude 10-14*L  1 pm pour L=100m  10 nm pour L = 1000 km

  20. dateur (horloge) temps de vol DL/c Phasemètre phase de modulation 2p(DL frep/c) FP(nN) laser à Impulsions courtes frep bras de référence FP(nN+1) train d' impulsions n cadencefrep bras de mesure mesure de la phase interférométrique 2p (DL/l) Projet 3: Télémétrie -Iliade 3 ch, 2 IT (3,5 ETP)   3 Contrats CNES et ANR

  21. Plan de la présentation • Composition - Projets • Historique • Comment détecter une onde de gravitation • Mesure de distance • Projets de recherche: Virgo, LISA, Télémétrie • Compétences dans ces projets • Astrophysique non photonique

  22. Astronomie/Astrophysique photonique Notre perception de l’Univers aujourd’hui : le Voiravec les Ondes électromagnétiques -> Astronomie optique: ….loi d’expansion de l’Univers de Hubble -> Radio-astronomie : …..rayonnement du fond cosmique -> Astronomie de rayons X: …..interaction des étoiles à neutrons et trous noirs -> Astronomie Infra-rouge : ….trous noirs très massifs dans le centre des galaxies. ……etc…………

  23. L’astronomie Photonique Photon (i.e. onde électromagnétique) => transporte la force entre les charges électriques (en général les électrons) Charges en mouvement dans l’objet observé Colimateur Photon e- e- DI: Courant électrique Charges en mouvement dans le détecteur DT: Chauffage par effet Joule

  24. L’astronomie des Ondes de Gravitation Graviton (i.e. onde de gravitation) => transporte la force entre les masses (la matière !) Mise en mouvement de masses tests Masses en mouvement dans l’objet observé graviton m1 m m2   Mesure de leur distance par interférométrie laser

  25. Les ondes gravitationnelles :un nouveau messager des étoiles Les ondes gravitationnelles :un nouveau messager des étoiles Nouvelle perception de l’Univers : l’Ecouteravec les Ondes de Gravitation pulsar double PSR 1913+16: preuve indirecte de la Relativité Générale, obéit aux prédictions dynamiques, perd de l’énergie comme prévu par ondes de gravitation Prix Nobel 1993 pour Hulse et Taylor Quelle astrophysique avec les ondes de gravitation (cf Tania demain)

  26. Merci de votre attention

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