Un laboratoire spatial majeur
Le Département d’Astrophysique, UMR AIM au sein de l’IRFU, figure parmi les laboratoires spatiaux majeurs en France, au niveau européen et international. En collaboration directe avec le CNES qui a la responsabilité des activités spatiales des laboratoires français, il est fortement impliqué dans les missions spatiales du programme scientifique Cosmic Vision de l’ESA, ainsi que sur des missions bilatérales portées par le CNES.
Le développement de l’astrophysique au CEA a débuté en partenariat avec le CNES dès sa création au début des années 1960. L’astrophysique est une science en plein essor grâce au fort potentiel de découvertes qu’elle amène. Des instruments de plus en plus nombreux et puissants, au sol ou sur satellite, permettent de sonder l’univers avec une résolution angulaire et une sensibilité accrue, et ceci dans toute la gamme du spectre électromagnétique. Parallèlement, la modélisation, notamment à partir de simulations numériques, prend une place grandissante en astrophysique ; les problèmes astrophysiques sont la plupart du temps des problèmes complexes qui font appel à d’autres disciplines de la physique. L’astrophysique et les autres domaines de la physique s’enrichissent mutuellement.
Le Département d’Astrophysique
Le Département d’Astrophysique (DAp) est l’un des départements de l’Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l’Univers (Irfu) de la Direction de la Recherche Fondamentale (DRF) du CEA. Il est situé sur le site de Paris-Saclay, à l’Orme des Merisiers, à 20 km au sud de Paris, et à proximité de plusieurs universités et autres centres de recherche du plateau de Saclay.
Le DAp couvre principalement l’Unité Mixte de Recherche (UMR) AIM (Astrophysique, Instrumentation, Modélisation), sous la cotutelle du CEA, du CNRS, de l’Université Paris-Cité et de l’Université Paris-Saclay. Les recherches menées à l’AIM reposent sur trois piliers : l’instrumentation spatiale (avec une R&D en amont), les observations (avec des techniques innovantes d’analyse des données) et la modélisation (basée notamment sur des simulations numériques multi-échelles). Ces trois activités se renforcent mutuellement dans un cercle vertueux et permettent d’avoir un profil de haute visibilité, faisant de l’AIM un environnement de recherche dynamique et très actif, répondant aux normes internationales les plus élevées.
L’UMR AIM est composée d’environ 190 personnes. Il se divise en 110 permanents et 80 non-permanents (cf. Chiffres clés). L’unité comprend :
- Des ingénieurs-chercheurs et techniciens du DAp et du DEDIP (Département d’Électronique des Détecteurs et d’Informatique pour la Physique) de l’IRFU du CEA
- Des professeurs et maîtres de conférences du département de Physique de l’Université Paris-Cité
- Des chercheurs et ITA de l’INSU (Institut National des Sciences de l’Univers) du CNRS
- Des astronomes du CNAP (Conseil National des Astronomes et Physiciens)
- Des professeurs de l’Université Paris-Saclay
- Du personnel de soutien
Structure de l’AIM
L’AIM a deux principaux objectifs :
- Développer des programmes de recherche en astrophysique au meilleur niveau international ;
- Développer des instruments de pointe nécessaires à cette recherche, ainsi que les segments sol associés.
Pour atteindre ces objectifs, L’AIM est composée d’une équipe de direction, de six équipes organisées en thèmes scientifiques pour développer des programmes de recherche en astrophysique au meilleur niveau international et de cinq équipes organisées en compétences métiers pour le développement des instruments de pointe nécessaires pour cette recherche, ainsi que les segments sol associés.
Organigramme de l’AIM
Équipe de direction
Compte tenu des objectifs et des trois institutions de tutelle de l’AIM, l’équipe de direction est composée :
- d’un directeur ;
- d’un directeur adjoint chargé plus spécialement de la recherche en astrophysique ;
- d’un directeur technique, également directeur adjoint pour le CEA ;
- d’un directeur adjoint en charge des aspects liés à l’Université Paris Cité
- d’un directeur adjoint en charge des aspects liés au CNRS.
Équipe de « Recherche en astrophysique »
Dans le but de développer des programmes de recherche en astrophysique au meilleur niveau international, le pôle recherche du Département d’Astrophysique est organisé en 6 équipes :
Cosmologie et Évolution des Galaxies : l’équipe se concentre sur l’étude de la formation, de l’évolution et des propriétés physiques des grandes structures cosmologiques, des amas de galaxies, des galaxies elles-mêmes, jusqu’aux grandes échelles de la formation des étoiles ;
Formation des Étoiles et Milieu Interstellaire : l’équipe mène une étude cohérente et auto-consistante du milieu interstellaire en tant que tissu hautement hétérogène, dynamique, magnétisé et multi-phase, à travers de multiples longueurs d’onde et à des échelles spatiales très différentes.
Dynamique des Étoiles, Exoplanètes et leur Environnement : l’équipe développe des recherches de pointe pour comprendre la structure interne et externe, la dynamique et l’évolution du Soleil, des étoiles et des planètes ainsi que les atmosphères des exoplanètes ;
Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie : l’équipe caractérise, classifie et étudie, du point de vue de la physique fondamentale, les phénomènes astrophysiques les plus énergétiques et violents ;
Cosmologie et Statistiques : l’équipe mène des recherches sur le contenu énergétique de l’Univers, principalement consacré aux questions de la matière noire, de l’énergie noire et de la gravité ;
Modélisation des Plasmas Astrophysiques : l’équipe vise à comprendre les processus astrophysiques induits par la gravité, l’hydrodynamique radiative et la MHD, et à caractériser leurs conséquences observables.
Équipe « développement instrumental »
Afin de développer des instruments de pointe nécessaires pour cette recherche, ainsi que les segments sol associés, le pôle instrumental est organisé en cinq équipes selon les compétences suivantes :
Interface Sciences et Instruments Spatiaux : l’équipe se situe à l’interface entre la science et les instruments spatiaux depuis les phases de conception jusqu’à la phase opérationnelle en vol.
Systèmes et Architectures Spatiales : l’équipe est responsable de la définition de l’architecture du système et de la responsabilité technique tout au long de la conception, de la réalisation et des tests des différents modèles de l’instrument ;
Spectro-Imageurs pour le Spatial : l’équipe mène des R&D sur les détecteurs allant de l’infrarouge lointain aux longueurs d’onde des rayons gamma, incluant des bolomètres, micro-calorimètres, et semi-conducteurs ;
Études et Développement des Systèmes Électroniques Spatiaux : l’équipe est chargée de définir, concevoir et développer des équipements électroniques embarqués ;
Assurance Qualité et Intégration Spatiale : l’équipe soutient les projets spatiaux en termes d’Assurance Produit et d’Assurance Qualité des activités AIT (Assemblage, Intégration et Test) tout au long des phases de développement et de mise en œuvre ;
Histoire
L’astrophysique au CEA a débuté dans les années 60 avec les travaux pionniers d’observation du ciel à haute énergie à l’aide de détecteurs installés dans des fusées (voir Figure 1). Une diversification cruciale vers l’étude du cosmos avec le rayonnement infrarouge a été opérée dans les années 80 sous la direction visionnaire de C. Cesarsky.
Un autre tournant important pour le laboratoire a été son intégration à l’Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l’Univers (IRFU) en 1992, devenant l’un des sept départements de l’IRFU. Cela a donné l’opportunité à l’AIM de développer des projets instrumentaux avec les départements techniques de l’IRFU, principalement le département de l’ingénierie des systèmes et le département de l’électronique, des détecteurs et de l’informatique, et de développer des projets scientifiques avec le département de physique des particules et le département de physique nucléaire.
L’UMR AIM a été créée le 1er janvier 2005 pour renforcer la longue collaboration entre les chercheurs du Département d’Astrophysique (DAp) du CEA/IRFU, les chercheurs du CNRS/INSU, présents depuis 1979 en tant qu’unité de recherche associée, et les professeurs et maîtres de conférences de Paris Cité, présents depuis 1997 en tant qu’équipe de recherche nommée : « γ-gravitation ».
En 2020, l’UMR AIM a rejoint l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Paris-Saclay (OSUPS).
Historique de l’instrumentation spatiale
