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UMR 6162 Pluridisciplinarité (5 sections du CNRS) Projets Astrophysique Relativiste Théorie Expérience Modélisation Instrumentation Signaux Télémétrie.

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1 UMR 6162 Pluridisciplinarité (5 sections du CNRS) Projets Astrophysique Relativiste Théorie Expérience Modélisation Instrumentation Signaux Télémétrie 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 1 Thème principal: Ondes de Gravitation Télémétrie LISA Virgo Projets 3 Projets

5 Historique VIRGO LISA TélémétrieARTEMIS 1980 R&D 1985 Design 1989 Proposal Design 1993 T0 Construction 1999 T Inauguration R&D lasers 2003 Recette Modélisation 2005 R&D Fibres T VSR1 (+GEMINI)

6 Ondes de Gravitation ?. Elles provoquent des variations de longueurs. Leur force est mesurée par une variation relative de distance (objectif ~ ) Ex: la variation serait de lépaisseur dun cheveu sur une distance de 30 années-lumière. Faiblesse du signal: pratiquement rien ne larrête Elle peut venir du fin fond de lunivers … Prédites par Einstein dans sa théorie de la Relativité Générale en 1916 et formulées en 1918 « Petits frissons » qui agitent en permanence lUnivers et se propagent à la vitesse de la lumière: des rides de lespace-temps

7 Détecter lOG en mesurant une variation de longueur instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser. sensible aux variations de distances inférieures à la longueur donde de la lumière. Utiliser un interféromètre: instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser. sensible aux variations de distances inférieures à la longueur donde de la lumière.

8 Mesure de variation de phase pour atteindre objectif

9 Projet 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 lextrême, meilleurs miroirs du monde, lasers de puissance ultra-stables, 2.7 ha dinox avec taux dégazage < 10-16, isolation sismique de presque 10 ordres de grandeur, acquisition de données de 10Mb/seconde…. Détection des ondes de gravitation sur Terre : Virgo

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 Miroirs: 21 kg de haute technologie Suspendus par des 4 fils dacier de 0.6 mm

13 Fonctionnement Artemis dans Virgo Participation: 6 ch, 4 IT, 2 doct (9 ETP) K par an, pour missions régulières sur site, réunions mensuelles, participation avec présentation aux conférences sur gravitation CDD ingénieur depuis 3 ans Bourse doctorant: puis k / an déquipement pour le site 10 k de contrat R&D pour les futures améliorations

14 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 Artemis dans Virgo Physique des ondes de gravitation Analyse des bruits, analyse des sources stochastiques…. Théories alternatives de la gravitation

15 Sensibilités de Virgo m

16 Projet 2 Détection des ondes de gravitation dans lespace: 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 linterférométrie Mise au point dun programme de simulation généraliste de la mission LISA pour la communauté (en collaboration avec APC)

18 Mesure de distance D = vitesse lumière x temps de propagation m/s Horloge + dateur (picoseconde) sec = 0.3 mm

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

20 Projet 3: Télémétrie -Iliade 20 mesure de la phase interférométrique 2 L FP( N ) laser à Impulsions courtes FP( N+1 ) cadence f rep train d' impulsions f rep temps de vol L/c dateur (horloge) phase de modulation 2 L f rep /c) Phasemètre bras de mesure bras de référence Contrats CNES et ANR 3 3 ch, 2 IT (3,5 ETP)

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 Notre perception de lUnivers aujourdhui : le Voir avec les Ondes électromagnétiques -> Astronomie optique: ….loi dexpansion de lUnivers 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 ØLastronomie Photonique Photon (i.e. onde électromagnétique) => transporte la force entre les charges électriques (en général les électrons) e- Charges en mouvement dans lobjet observé Colimateur e- Charges en mouvement dans le détecteur Photon DI: Courant électrique DT: Chauffage par effet Joule

24 ØLastronomie des Ondes de Gravitation Graviton (i.e. onde de gravitation) => transporte la force entre les masses (la matière !) m Masses en mouvement dans lobjet observé graviton Mise en mouvement de masses tests m1m1 m2m2 Mesure de leur distance par interférométrie laser

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

26 Merci de votre attention


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