Service Techniques Expérimentales

Organigramme du service

 

Les expériences spatiales, terrestres ou sous-marines du laboratoire demandent de couvrir l'ensemble des techniques d'instrumentation : définition, conception, réalisation, tests et mise au point, calibration, analyse de données scientifiques et techniques de sous-ensembles ou d'instruments complexes.

Le service Techniques Expérimentales du laboratoire APC regroupe différents métiers :

Le service est composé d'une douzaine d’ingénieur·e·s. Nos travaux comprennent toutes les phases du développement de l’instrument : de la définition, la conception,  la réalisation, l’intégration, la vérification et son étalonnage jusqu’au management de projet et l’ingénierie système. Chaque membre du service est affecté à un ou plusieurs projets du laboratoire et  selon une organisation matricielle, après analyse et accord de la Cellule de Suivi de Projets.

 

Moyens Techniques

Afin de mener à bien les développements et tests associés aux projets, les membres du service ont accès à des suites logicielles et des matériels standards ou spécifiques :

  • Les logiciels

Les logiciels utilisés en optique à l'APC sont Zemax (simulation, design de systèmes optiques, calcul de performances...) et optocad (propagation de faisceaux gaussiens, simulation...). Les composants supraconducteurs RF sont simulés avec CST Microwave Studio et les ASIC fonctionnants à des températures cryogéniques sont dessinés en full custom avec CADENCE.

  • La salle blanche

L'APC dispose d'une salle blanche de 128m2 en classe ISO8. Cette salle accueille le micro-satellite TARANIS ainsi que les expériences d'optique liées aux projets LISA et VIRGO. Une partie dédiée aux projets communs de l'APC héberge le simulateur spatial.

  • Le peigne de fréquences

Le laboratoire dispose d’un peigne de fréquences de marque MenloSystems. C’est un laser qui émet un ensemble de fréquences espacées de 250 MHz, sur une large bande spectrale (entre 1 et 2 micromètres). Chaque mode (ou fréquence) est verrouillé en phase, ce qui implique que l’émission de ce laser est pulsé, avec une fréquence de répétition de 250MHz. Chaque pulse dure quelques femtosecondes. Un peigne de fréquences a de nombreuses applications. Il peut permettre par exemple, une fois stabilisé sur une référence externe, de servir de référence de fréquence à n’importe quelle longueur d’onde (entre 1 et 2 micromètres). Il sert également de lien entre les radiofréquences et les fréquences optiques : si le peigne est stabilisé à 1,5micromètre, cette stabilité peut être récupérée sur sa sortie à 250MHz, puis convertie à 1GHz ou 10MHz et utilisée comme référence pour des appareils électroniques.

  • Le cryostat à dilution 100mK à tube pulse

Ce cryostat à un tube pulsé de chez Oxford Instrument, d'une puissance de 160 microW@100mK, fonctionne en continu sans apport de fluide cryogénique. Situé au laboratoire millimétrique, l'équipement est dédié au développement de nouvelles architectures de détections pour la Cosmologie Observationnelle.

  • L'analyseur vectoriel de réseau

L'analyseur vectoriel de réseau de marque ABmm couvre les fréquences de 70 à 220 GHz. Les dispositifs tels que les filtres ou les antennes peuvent être caractérisés à température ambiante, en mode quasi optique, ou à des températures cryogéniques, en mode guidé.

  • Salle bas-bruit

Ce laboratoire (8.3 x 4.5 soit 37.5 m2) est dédié aux tests bas bruit à basse fréquence (0.1mHz-1Hz). Afin de minimiser les vibrations extérieures, la salle est située dans les sous-sols du bâtiment Condorcet de l'Université Paris-Diderot.

  • Laboratoire de photodétection

Ce laboratoire d'une centaine de mètres carrés est dédié aux mesures de lumière, principalement visible et ultra-violette. Il est équipé de plusieurs boites noires contenant des sphères intégrantes, des photodiodes calibrées du NIST, des capteurs, fibres optiques, LED, spectro-imageurs, laser, unités de calibration, électronique spécifique (notamment ASIC), etc.

  • Le hall de montage

Attenant à l'atelier mécanique, il est équipé d'un pont roulant.

  • Sources radioactives

Afin de calibrer certains instruments (principalement les spectro-mètres X/Gammas développés au laboratoire), une vingtaine de sources radioactives Beta, X, Gamma, électron sont présentes au laboratoire.

 

Expériences

  • R&D Bolomètres : L'objectif de R&D bolomètres est de développer un détecteur constitué de quelques dizaines voire de quelques centaines de bolomètres supraconducteurs dans le cadre des projets nationaux "Développements Concertés de Matrices de Bolomètres" (DCMB) et "B-Mode Superconducting Detectors" (BSD). Le projet BSD est une R&D destinée à développer une nouvelle génération d'architectures de détection à partir de composants planaires supraconducteurs pour les missions spatiales ou observatoires au sol post-Planck dédiées à la détection des anisotropies polarisées du fond diffus cosmologique.
  • R&D SiPM : L'APC est impliqué dans un travail de R&D sur les technologies SiPM, pour (a) l'utilisation de la technologie SiPM, (b) la caractérisation de SiPM pour des applications cryogéniques (TPC - DarkSide), (c) le développement de technologies spécifiques (ASIC CMOS) pour le design de matrices de SPAD.
  • Microélectronique Cryogénique : L’APC développe des dispositifs électroniques refroidis aux très basses températures (77 K, 4,2 K et 300 mK) pour la lecture et la mise en œuvre de capteurs supraconducteurs. 
  • QUBIC : Le projet QUBIC (Q-U bolometric Interferometer for Cosmology) a pour but de détecter les modes B du fond diffus cosmologique.
  • TARANIS : Taranis est un microsatellite du CNES destiné à l’étude des phénomènes atmosphériques transitoires liés à l’activité orageuse : « Terrestrial Gamma-ray Flashes » (TGFs), « sprites », « blue jets », « red giants », « elves » et des relations entre eux. Il est composé de plusieurs expériences d’imagerie visible, de mesure des champs électrique et magnétique, de détection des électrons et de mesure des photons X et gamma. 
  • eLISA : LISA est un projet de détection d'ondes gravitationnelles dans l'espace. L'APC mène des activités de R&D sur ce projet, en travaillant sur des parties optiques telles que l'interférométrie, la simulation et la stabilisation en fréquence de laser.
  • AdVIRGO : Le détecteur Virgo est un interféromètre de Michelson destiné à détecter des ondes gravitationnelles, solutions radiatives aux équations qui gouvernent la dynamique de l'espace-temps. Un détecteur avancé de deuxième génération (Advanced Virgo) est actuellement en préparation afin d'améliorer les performances et la sensibilité de détection. 
  • Euclid : L'Agence Spatiale Européenne (ESA) a sélectionné les missions M1 et M2 du programme Cosmic Vision: M2 est la mission Euclid (lancement prévu en 2020) dans laquelle l'APC est impliqué avec le FACe pour le traitement des données.
  • ATHENA : Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics (ATHENA) est la deuxième mission spatiale de type Large (L2) du programme à long terme Cosmic Vision de l’ESA. Cette mission est dédiée au thème scientifique The hot and violent Universe qu’elle prévoie d’explorer avec la mise en orbite à l’horizon 2028 d’un grand observatoire d’astronomie X conçu par un consortium de instituts européens, en particulier de France, d’Allemagne et d’Italie, et avec une participation US et japonaise.
  • ANTARES/KM3NeT/ORCA : La Collaboration ANTARES construit un détecteur Cherenkov à 2500 m au fond de la mer Méditerranée, optimisé pour détecter les muons en provenance de neutrinos astrophysiques de haute énergie. La Collaboration KM3NeT développe un futur télescope d’un km3. Le détecteur ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) est un détecteur Cherenkov subaquatique de neutrinos, prévu de faire partie de l'infrastructure KM3NeT distribuée.
  • JEM-EUSO (et les prototypes associés EUSO-ballon, EUSO-SPB, mini-EUSO, K-EUSO, etc.): l'équipe EUSO est engagé dans une série de prototypes du futur télescope UV pour la détection de rayons cosmiques d’ultra-haute énergie à bord de la station spatiale internationale (ISS) (dans le cadre de KLYPVE / K-EUSO) ou sur un satellite dédié (dans le cadre de POEMMA). En 2014, le premier prototype EUSO-Ballon a volé une nuit avec succès. En 2017, son successeur EUSO-SPB a pris des données au-dessus de l'océan Pacifique plusieurs semaines. En 2019, le prototype mini-EUSO acquerra lui des données depuis la station spatiale internationale ISS.