Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Généralités
Thématique et contexte du projet

La détermination précise des paramètres cosmologiques a été rendue possible très récemment grâce notamment à la nouvelle génération de télescope micro-ondes, que ce soit au sol (VSA, CBI), en ballon (BooMeranG, Archéops) ou dans l'espace (WMAP). La prochaine grande expérience micro-onde est européenne : il s'agit de la mission ESA Planck Surveyor, dont le lancement par une fusée Ariane V est prévu courant 2008. Le but principal de la mission Planck est de mesurer avec une précision meilleure que 1% les paramètres du modèle standard, appelé aussi « modèle du Big Bang ». Le but est de détecter d'infimes variations dans les propriétés des fluctuations du fond à 3K par rapport aux prédictions de ce modèle. Ces petits écarts seront alors autant de manifestation que la physique à l'oeuvre dans l'univers primordial est différente que celle que nous connaissons aujourd'hui sur terre. La précision de la mesure et du traitement des données qui en résulte est la clé du succès de cette mission: c'est aujourd'hui la seule réelle opportunité de tester la validité du modèle standard, les accélérateurs de particules étant trop peu énergétiques pour explorer ces horizons réellement lointains.

Localisation

Le projet Planck est une mission ESA "Pierre Angulaire", à l'échelle européenne. Alcatel réalise la charge utile, le telescope est réalisé en Finlande, les bolomètres aux USA, la cryogénie en France, etc.

Collaboration

La collaboration Planck regroupe plus de 350 scientifique du monde entier. Le statut de "Planck Scientist" donne accès aux données, en échange de au moins 2 ans de travail équivalent sur la durée totale du projet (10 ans).

Approche scientifique

Moyens d'investigation La plupart des expériences de la génération actuelle, pour laquelle Planck sera le point d'orgue, mesure le signal à 3K à l'aide d'un détecteur bolométrique unique, refroidi à très basse température. Les matrices de bolomètres, ou bolo-caméras, seront les détecteurs de la génération suivante. Pour effectuer une cartographie complète du ciel, il faut donc le scanner avec une stratégie de balayage optimale. Les données brutes sont donc des mesures temporelles, effectuées le long d'une ligne dans le ciel. Les bolomètres ont la particularité d'être affecté par un bruit basse fréquence, appelé aussi « bruit en 1/f». Lorsqu'on projette naïvement ces données temporelles 1D sur une carte du ciel 2D, de longues rayures apparaissent immédiatement dans l'image et rendent toute analyse pratiquement impossible. Ce problème bien connu nécessite l'utilisation de méthodes plus sophistiquées. La méthode classique repose sur la résolution d'un problème de moindre carrés, pour lequel l'ingrédient essentiel est la matrice de covariance du bruit. Toute fabrication de cartes nécessite donc la résolution d'un problème linéaire auto-adjoint, par méthode de gradient conjugué, pour laquelle le vecteur solution comporte au moins 200 millions d'éléments, la carte, à partir de données temporelles qui dépassent largement la centaine de milliards d'échantillons. L'utilisation de cette méthode de moindre carrés, dite « méthode optimale », est une obligation pour l'expérience Planck, pour laquelle précision de la mesure et contrôle de l'erreur sont les deux piliers.

Instruments La mission Planck repose sur 2 instruments complémentaires: HFI (PI Jean-Loup Puget) pour des fréquences de 100 à 900 GHz et LFI (PI: Reno Mandolesi) de 30 à 100 GHz.

Contribution du Dapnia

Responsabilités scientifiques et techniques Le Dapnia a contribué à la mise en place de l'électronique bas bruit pendant la phase de construction de la charge utile, et coordonne les études de compatibilité électroMagnétique de l'instrument HFI. Le Dapnia participe à la préparation du pipeline de traitement de données. Le Dapnia participera au traitement de données et à l'exploitation scientifique de la mission.

Etats et perspectives
Perspectives:

Lancement courant 2008
Contact : Jean-Luc STARCK