LISA est une mission spatiale menée par l'ESA dédiée à la détection des ondes gravitationnelles à basse fréquence, dont le lancement est prévu en 2035.
La France a joué un rôle de premier plan dans les tests et la validation des performances du cœur métrologique de l'instrument. Dans le cadre de la collaboration française, le laboratoire APC est plus précisément chargé de fournir le simulateur de faisceau (BSIM), un banc interférométrique ultra-stable visant à stimuler et à simuler les interfaces en espace libre et en fibre du banc optique LISA.
Le sujet de thèse proposé couvre les dernières étapes de l'intégration et des tests du BSIM, la préparation et la participation à la campagne d'essais au CNES et l'exploitation scientifique des résultats. Les principaux objectifs finaux sont d'effectuer une analyse approfondie des données d'essai et de les utiliser pour construire un modèle de prédiction aussi précis que possible des performances métrologiques en vol. Cela doit également conduire à la définition des mesures à effectuer pendant la phase de mise en service en orbite afin de compléter les résultats obtenus au sol. Ces travaux s'inscrivent dans la stratégie générale de validation du modèle d'instrument LISA. Ce travail s'inscrit donc dans la stratégie générale de validation du modèle d'instrument LISA.
Pour ces tâches expérimentales et leur interprétation en termes de performances instrumentales, l'étudiant(e) s'appuiera sur les équipes scientifiques et techniques du groupe LISA du laboratoire APC (y compris le soutien technique en optique, mécanique, électronique, ingénierie des systèmes, analyse des données, assurance qualité, etc.). Ce travail sera également mené en étroite collaboration avec les autres laboratoires français, le CNES et les instituts internationaux impliqués dans le développement de l'instrument LISA.
Les différentes activités du/ de la doctorant(e) seront :
- Examen des conceptions BSIM et IDS existantes, de leurs capacités de mesure associées et des modèles de performance existants
- Contribuer au réglage expérimental, à la caractérisation et à la validation du banc optique BSIM et de ses sous-systèmes.
- Étudier les procédures de test existantes conçues pour valider l'IDS dans les locaux du CNES, évaluer leur pertinence pour la modélisation et les vérifications approfondies des performances
- Proposer des expériences complémentaires, construire les modèles numériques associés justifiant la nécessité (éventuelle) de tests spécifiques
- Concevoir les pipelines d'analyse pour une estimation des performances la plus précise possible.
- Participer à la campagne d'essais du modèle d'ingénierie dans les locaux du CNES, effectuer des analyses en temps réel pour obtenir un aperçu préliminaire des performances de l'instrument et proposer une adaptation des procédures d'essai si nécessaire.
- Effectuer une analyse approfondie hors ligne des résultats des tests et en déduire, aussi précisément que possible, leur impact sur les performances prévues de l'IDS.
- Formuler des recommandations pour la campagne d'essais du modèle de qualification et la phase de mise en service en vol.
Contexte de travail
Le projet LISA de détection des ondes gravitationnelles a été sélectionné en janvier 2024 par l'Agence spatiale européenne comme troisième mission « majeure » du programme « Cosmic Vision », avec une date de lancement prévue en 2035. Cette mission repose sur la capacité à mesurer, à l'aide de l'interférométrie laser, les fluctuations de distance entre des satellites distants de 2,5 millions de kilomètres, avec une précision de l'ordre du picomètre sur des échelles de temps allant de quelques secondes à plusieurs heures.
LISA est le fruit d'un effort de développement international, la France participant à la collaboration européenne en fournissant l'instrument. Dans ce contexte, le CNES et une quinzaine de laboratoires français contribuent à la validation des performances scientifiques de l'instrument avant son lancement et développent actuellement les bancs de métrologie optique et les systèmes de mesure de haute précision nécessaires.
Les performances du « cœur » métrologique de l'instrument LISA (appelé IDS : Interferometric Detection System) seront testées et validées dans les locaux du CNES à l'aide du modèle d'ingénierie IDS (de mi-2027 à fin 2028), puis du modèle de qualification IDS (de mi-2029 à mi-2030).
Contraintes et risques
Pas de risque particulier.
Des déplacements en France et à l'étranger sont à prévoir.
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