4 sujets IRFU/DEDIP

Dernière mise à jour : 21-09-2020


• Astrophysique

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

• Physique des particules

 

Euclid : Construction du catalogue d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle faible

SL-DRF-20-0566

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire de cosmologie et statistiques (LCS)

Saclay

Contact :

Sandrine Pires

Gabriel Pratt

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2010

Contact :

Sandrine Pires
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LCS

01 69 08 92 63

Directeur de thèse :

Gabriel Pratt
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169084706

Page perso : http://www.cosmostat.org/people/sandrine-pires

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/

Voir aussi : https://www.euclid-ec.org

Euclid est une mission de l’ESA de référence internationale en cosmologie qui doit être lancée en 2022. Dans ce cadre, le laboratoire AIM qui est à l’origine de la mission, a un certain nombre de responsabilités à des postes clés dans le management, le développement instrumental, le segment-sol et la science associée. La sensibilité d’Euclid devrait permettre une détection aveugle des amas de galaxies à partir de leurs effets de lentilles gravitationnelles i.e. étroitement liés à la masse totale projetée. Ce point combiné avec la taille du relevé (15 000 deg2) devrait permettre de construire un catalogue d’amas de galaxies unique de par sa taille et ses caractéristiques de sélection. Contrairement aux catalogues d’amas de galaxies construits jusqu’à maintenant qui sont détectés par leur contenu baryonique (e.g. via le contenu en gas de l’amas en X ou via l’effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) aux longueurs d’ondes millimétriques ou encore via les emissions dans le visible des galaxies), le catalogue d’amas détectés par effet de lentille gravitationnelle est directement lié à la masse totale des amas et de ce fait vraiment représentatif de la vraie population d’amas de galaxies. Cela devrait apporter de nouvelles contraintes sur l’abondance des amas de galaxies, et ainsi avoir des implications en cosmologie. Le laboratoire AIM est aussi fortement impliqué dans le relevé CFIS (PI : Jean-Charles Cuillandre) qui est en cours et qui doit fournir une partie des données sol nécessaires à la mission Euclid. Les données CFIS sont suffisantes pour tester la détection aveugle des amas de galaxies par leurs effets de lentilles gravitationnelles, pour les amas les plus massifs. Dans ce contexte, le laboratoire AIM est également fortement impliqué dans le projet XMM-Heritage (PI : Monique Arnaud) dont les observations sont en cours. Ce projet s’étale sur plusieurs années et prévoit d’observer avec le telescope XMM-Newton 118 amas de galaxies, sélectionnés entre 0.05 < z < 0.6 via leur effet SZ. Un des enjeux principaux de ce programme est d’obtenir pour la première fois des données X de qualité homogène, sur un aussi large échantillon d’amas de galaxies. Un point important est que la stratégie de sélection de ces objets a été faite en synergie avec les relevés Euclid et CFIS permettant une comparaison directe des objets et ainsi une bonne caractérisation des effets de sélection des amas de galaxies. C’est dans ce contexte très stimulant que se situe ce projet de recherche qui vise à mettre au point des méthodes innovantes pour la construction du catalogue d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle (d’abord CFIS puis Euclid) et de participer à son exploitation scientifique en le combinant avec les données XMM-Heritage.

Microcalorimètres à transition supraconductrice (TES) haute impédance pour la réalisation de spectro-imageurs X pour l’astrophysique spatiale, et développement d’une micro-électronique cryogénique de multiplexage associée

SL-DRF-20-0664

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire d’Intégration des Systèmes Electroniques de Traitement et d’Acquisition (LISETA)

Saclay

Contact :

Xavier de la BROÏSE

Jean-Luc SAUVAGEOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Xavier de la BROÏSE
CEA - DSM/IRFU/SEDI/LISETA

0169084093

Directeur de thèse :

Jean-Luc SAUVAGEOT
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

0169088052

Labo : irfu.cea.fr

La recherche en astrophysique requiert le développement de caméras de très hautes performances embarquées dans des observatoires spatiaux. L’observation de l’univers dans la gamme des rayons X (spectro-imagerie X) nécessite des détecteurs formés de matrices de microcalorimètres fonctionnant à très basse température (50 mK). L’absorption par le détecteur d’un photon X provenant de l’objet céleste observé provoque une micro-élévation de température du détecteur. La mesure de cette élévation de température, qui permet de déterminer l’énergie du photon, requiert des micro-thermomètres ultra-sensibles, et une électronique cryogénique à très bas bruit capable de les lire.

Deux technologies de thermomètres ont été utilisées jusqu’ici : les thermomètres à transition métal-isolant (MIS) en silicium dopé, de haute impédance, et les thermomètres à transition supraconductrice (TES), de très basse impédance. Chacune nécessite une électronique très spécifique, soit à base de transistors HEMT pour s’adapter aux hautes impédances, soit à base de SQUID pour s’adapter aux très basses impédances. Les hautes impédances ont l’avantage d’une dissipation thermique sur l’étage de détection extrêmement réduite, ce qui autorise un grand nombre de pixels, tandis que les TES très basse impédance, plus sensibles que les MIS, facilitent l’obtention d’excellentes résolutions spectrales.

Il y a quelques années, un nouveau type de thermomètres a été mis au point par le CNRS/CSNSM : il s’agit de TES haute impédance, permettant potentiellement de concilier les avantages de l’un et l’autre types de détecteurs. Une première thèse a été réalisée dans notre laboratoire (2016 – 2019), avec pour objectif d’évaluer cette nouvelle voie en la mettant en œuvre pour la première fois, et en l’associant à une architecture électronique de lecture novatrice réalisant une contre-réaction électrothermique active. Cette thèse a mis en évidence le caractère extrêmement prometteur du dispositif par l’obtention de premières mesures expérimentales très intéressantes.

L’objectif de la nouvelle thèse proposée ici est de poursuivre ce travail exploratoire en lui faisant franchir une nouvelle étape majeure : valider la faisabilité d’une matrice de plusieurs milliers de pixels à partir de cette nouvelle technologie. Pour cela le travail s’orientera selon deux axes parallèles : d’une part mener à bien un travail complet d’amélioration et d’optimisation destiné à tirer du dispositif ses meilleures performances, et d’autre part concevoir et tester le système électronique intégré (ASIC) de multiplexage indispensable à la réalisation de futures grandes matrices.

La difficulté principale tient dans les conditions de mise en œuvre du système : le détecteur doit être placé dans un cryo-générateur pour être refroidi à très basse température (50 mK), et doté d’une électronique cryogénique, à concevoir, fonctionnant à 4 K. Celle-ci devra assurer non seulement le multiplexage et l’amplification du signal mais également, en dépit de ce multiplexage, le maintien d’une contre-réaction électrothermique active des détecteurs, et ceci tout en satisfaisant aux contraintes de bruit et de dissipation thermique extrêmement sévères qu’exige la cryogénie spatiale.
Démélange spectral parcimonieux par fusion de données spatiale et/ou temporelle pour la détection rapide d’événements radiologiques par spectrométrie gamma

SL-DRF-20-1012

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire de cosmologie et statistiques (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Page perso : http://jbobin.cosmostat.org

Labo : http://www.cosmostat.org

L’objectif général de la thèse proposée est le développement de nouveaux algorithmes pour l’analyse de données en spectrométrie gamma permettant le traitement conjoint de données multiples, en prenant en compte à la fois une information spatiale et une information temporelle.

A cette fin, la thèse se déroulera suivant les trois étapes suivantes :

· Analyse conjointe de données spectrométriques de mesures faites sur différentes stations de prélèvement d’aérosols réparties en France, en utilisant une modélisation de parcimonie jointe entre les spectres à analyser afin de prendre en compte les corrélations entre les mesures. Ces développements seront testés sur les mesures réalisées lors d’événements à l'échelle européenne de détection anormales de radionucléides dans l’air (I-131, Ru-106, Se-75…)

· Fusion temporelle : traitement conjoint de données spectrométriques successives permettant d’utiliser les connaissances a priori des décroissances des radionucléides. La méthode précédemment développée sera étendue au cas du démélange avec signatures en énergie et temps afin de permettre la détection précoce d’anomalie sur des mesures en continu. Cette approche sera testée sur des mesures en continu des filtres de prélèvements d’aérosols collectés à Orsay.

· Fusion spatiale et temporelle : traitement joint de données spectrométriques in situ en continu. Dans ce cas, une approche fondée sur l’apprentissage statistique, en particulier via l’utilisation de réseaux récurrents (reproduisant le processus d’inversion des algorithmes d'optimisation classiques afin d’apprendre le terme de régularisation à partir d'un training set de données) sera mise en œuvre pour capturer les dépendances temporelles du bruit de fond.
Techniques d'intelligence artificielle avancées pour le sélecteur d'événements du détecteur CMS

SL-DRF-20-1004

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN

Fabrice COUDERC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

01 69 08 14 67

Directeur de thèse :

Fabrice COUDERC
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS

01 69 08 86 83

Après une campagne de prise de données couronnée par la découverte du boson de Higgs, le Large Hadron Collider (LHC) du CERN sera l'objet d'une jouvence lui permettant d'atteindre des taux de collisions 10 fois supérieurs aux taux actuels. Le détecteur CMS sera en conséquence amélioré pour faire face à ces conditions de détections extrêmes et optimiser la reconstruction des événements, en particulier grâce à l'adjonction de calorimètres avant de haute granularité. Filtrer, enregistrer puis analyser les données issues de ces détecteurs constituera un défi d'envergure. Afin de tirer le meilleur parti des nouveaux détecteurs, les techniques modernes d'intelligence artificielle seront essentielles. Nous recherchons un étudiant enthousiaste qui étudiera les différentes approches possibles en matière d'apprentissage automatique pouvant être mises en oeuvre par l'intermédiaire de puces FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) et ainsi permettre une reconstruction et un filtrage ultra-rapide de cet immense flot de données.

 

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