Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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126 Des outils pour sonder l’Univers Essais vibratoires au Centre spatial de Liège. Installation d’un modèle de vol sur la table vibrante. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Décollage et résistance mécanique Enfin, parmi les ultimes contraintes liées à l’envoi d’instruments dans l’espace, mais non des moindres, figurent encore l’isolation thermique nécessaire à l’obtention des très basses températures et la tenue mécanique requise pour résister à un décollage de fusée, celui d’Ariane 5 par exemple. Pour les résoudre, les chercheurs utilisent des suspentes en Kevlar. Ce matériau présente le double avantage d’une faible conductivité thermique et d’une très forte résistance mécanique (deux fois la résistance d’un fil en acier de même diamètre). Que la durée de vie de ce type de cryoréfrigérateur ne soit pas limitée, a priori, découle directement de l’absence de pièce mobile. La preuve en est que plusieurs systèmes fonctionnent en laboratoire, depuis plus de vingt ans, sans que leurs Après le décollage, le satellite se retrouve dans le vide de l’espace, livré à la chaleur du Soleil. Ces conditions peuvent être testées, en salle blanche, sur des modèles d’essais. CEA performances s’en trouvent altérées. En effet, bien qu’utilisant de l’hélium liquide pour leur fonctionnement à basse température, ces systèmes demeurant scellés peuvent se recycler indéfiniment après l’évaporation de la dernière goutte de liquide. La limite vient seulement de la disponibilité de l’étage supérieur. Ainsi, dans le cas de Herschel, le réservoir principal devrait s’assécher après trois ans et demi de fonctionnement. Les futures missions SPICA (pour Space Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics) et IXO (pour International X Ray Observatory) appelleront des moyens de refroidissement visant des températures plus basses encore (50 mK). Le savoir-faire acquis dans le domaine des systèmes 300 mK à évaporation d’hélium, enrichit le développement en cours d’une architecture originale, associant un système du type d’Herschel avec un ou plusieurs étages de désaimantation adiabatique (refroidissement magnétique). Cette combinaison devrait diminuer, de manière significative, la masse du cryoréfrigérateur et donc augmenter la part de « science » embarquée. Pour ces deux futures missions, la chaîne cryogénique se composera uniquement de cryoréfrigérateurs mécaniques : d’où l’allongement possible de la durée des missions ainsi que l’optimisation de la masse « utile » embarquée. Ces avancées acquises, les chercheurs doivent encore relever plusieurs défis technologiques. Le premier d’entre eux concerne l’association d’un système de type Herschel, qui génère des pics de puissance lors des phases de recyclage, avec les étages supérieurs mécaniques qui, eux, acceptent mal ces pics. L’objectif sera donc d’imaginer et de concevoir une architecture thermique permettant de distribuer aux mieux les rejets thermiques. > Lionel Duband Service des basses températures (SBT) Institut nanosciences et cryogénie (Inac) Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de GrenobleL. Duband/CEA
Dans l’Univers extrême et violent Il est une part encore secrète de l’Univers, celle où se manifestent les trous noirs et les sites d’accélération de particules du rayonnement cosmique. La connaissance de ces phénomènes, parmi les plus énergétiques de l’Univers, suppose d’explorer un domaine particulier du rayonnement cosmique : celui des rayons X durs et des rayons gamma (entre 1 keV et 1 MeV). D ans le spectre des rayons X durs et gamma, l’exploration du ciel ne fait que commencer ! Une certitude pourtant : dans cette gamme d’énergie, l’atmosphère oppose une véritable barrière à la progression des photons. L’idée sera donc de lancer un télescope spatial pour observer au-delà de cette frontière et qu’il soit doté d’un spectro-imageur. Cet instrument devra détecter les photons gamma, en mesurer la direction d’origine et l’énergie, en déterminer la date d’arrivée (avec une précision d’un millionième de seconde) et si possible encore la polarisation. Souvent faibles, parfois lointaines et furtives, les sources recherchées exigent pour leur étude le recensement du plus grand nombre de photons possible. Aussi, les quelques grains de lumière que ces sources émettent, noyés au milieu d’un intense bruit de fond, exigent-ils des instruments d’une très grande sensibilité et de la plus haute efficacité de détection possible pour être observés. Bien que la combinaison de détecteurs performants et innovants avec des technologies spatiales ait permis des avancées spectaculaires, il n’en demeure pas moins que la détection – un par un – des photons gamma dans l’espace figure comme l’un des grands défis lancés aux astrophysiciens. Révolution dans l’astronomie des hautes énergies Voilà déjà une vingtaine d’années que les astrophysiciens observant dans la gamme des rayons X durs et gamma, ont troqué leurs scintillateurs pour des détecteurs plus sensibles et plus complexes à base de semi-conducteurs en silicium et en germanium, puis surtout en tellurure de cadmium (CdTe), excellent matériau pour la détection des photons gamma. Pour l’astronomie des hautes énergies, ce fut une révolution. En effet, grâce à leur pixellisation, ces instruments, véritables appareils photo numériques à rayons gamma embarqués sur des satellites, apportent une finesse d’image, une précision de datation, une sensibilité et une mesure de l’énergie de chaque photon encore jamais atteintes auparavant. Le CEA a joué un rôle majeur dans la conception de cette nouvelle génération de spectro-imageurs semi-conducteurs et dans l’optimisation de leurs performances. Le degré de précision acquis résulte de la détermination des chercheurs à protéger leurs détecteurs, de plus en plus miniaturisés et pixellisés, contre le bruit tant physique (dû aux rayons cosmiques) qu’électronique. La première grande caméra à bénéficier des performances technologiques apportées par l’usage de détecteurs à base de tellurure de cadmium (CdTe) fut ISGRI (pour Integral Soft Gamma-Ray Imager) dont la surface de détection atteint un quart de mètre carré. Installée à bord du satellite INTEGRAL (pour Vue d’artiste d’un trou noir accrétant la matière de son étoile compagnon dans un système binaire. International Gamma Ray Astrophysics Laboratory), il s’agit d’une mission de l’Agence spatiale européenne (ESA) lancée en 2002. Le CdTe figure parmi les matériaux les plus efficaces pour la détection des photons gamma. Cette réussite du CEA a impulsé le développement de nouveaux petits « bijoux technologiques » toujours plus performants. Ainsi, les efforts conjoints de R&D conduits par le CEA et le Cnes depuis ISGRI (pour Integral Soft Gamma-Ray Imager), garantissent aujourd’hui les performances scientifiques du futur télescope spatial ECLAIRs, dédié à la détection des sursauts gamma ou d’un télescope haute énergie de nouvelle génération du type de SIMBOL-X. De nouveaux instruments pleins d’esprit Pour filer la métaphore, le portrait des détecteurs de la nouvelle génération dédiés à l’astronomie X dur et gamma spatiale peut se dessiner en quatre traits : • L’esprit leur vient d’un système de détection composé d’un senseur en CdTe et de son électronique associée placés au sein d’un module de détection miniature complexe, « spatialisable » et optimisé scientifiquement (une caméra gamma se compose d’une mosaïque de ces modules). Les progrès en détection gamma spatiale reposent donc sur des efforts simultanés consentis sur les senseurs (CdTe à électrode Schottky (1) fortement segmentée), leur (1) L’électrode Schottky est réalisée avec un contact métal semi-conducteur formant une diode polarisée en inverse. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 127 CEA



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