Donatella Fiorucci "Etude de faisabilité d’un résonateur optique pour des applications aux systèmes d’injection de neutres pour la prochaine génération de réacteurs à fusion nucléaire." 2015 Thèse soutenue le vendredi 12 juin 2015 à 10h00 à la NEF de l’OCA, Directrice de thèse : Mme Catherine MAN.
Résumé :
Cette étude fait partie d’un projet plus large appelé SIPHORE (SIngle gap PHOtoneutralizer energy REcovery injector), visant à améliorer l’efficacité globale de l’un des mécanismes par lesquels le plasma est chauffé, dans un réacteur de fusion nucléaire, à savoir le système d’injection de neutres (IDN). Une composante importante d’un système IDN est le neutraliseur de faisceaux d’ions de haute énergie. SIPHORE propose de substituer le neutraliseur à cellule à gaz, utilisé dans les systèmes IDN actuels, par un photo-neutraliseur exploitant le processus de photo-détachement dans des cavités Fabry Perot. Ce mécanisme devrait permettre une efficacité globale η> 60% du système IDN, nettement plus élevée que celle actuellement possible (η <25% pour ITER). Le travail de thèse porte sur l’étude de faisabilité d’une cavité optique avec des propriétés adaptées aux systèmes IDN. Dans ce contexte, le problème de la détermination d’une conception de la cavité optique appropriée a été tout d’abord pris en considération et l’analyse théorique ainsi qu’expérimentale d’un résonateur optique ont été effectuées. Les problèmes liés aux niveaux élevés de puissance optique intracavité ( 3 MW) nécessaire pour un taux de photo-neutralisation adéquat ont ensuite été prises en compte. A cet égard, nous avons traité à la fois le problème des effets thermiques sur les miroirs de la cavité en raison de leur absorption de la puissance optique intra-cavité ( 1 W) et celui associé à la nécessité d’un faisceau laser d’entrée de puissance élevée ( 1 kW) pour alimenter le résonateur optique.
Hüsne Dereli "Découverte et étude d’une population de sursauts gamma cosmiques à décroissance de faible luminosité." 2015
Thèse soutenue le mardi 16 décembre 2014 à 10h30 à la NEF de l’OCA, Directeur de thèse : M. Michel BOER.
Résumé
Les explosions gamma (GRB) sont des évènements extrêmement violents. Ils sont sommairement classifiés en deux groupes par leur durée : les courts et les longs. Cette classification a permis de déterminer l’origine des GRBs : une collision entre deux objets compacts pour les courts ou l’explosion d’une étoile très massive pour les longs. Une meilleure classification des GRBs longs pourrait mieux contraindre leurs propriétés. Dans ma thèse, je présente des évidences de l’existence d’une sous-classification des GRBs basés sur la faible luminosité de leurs derniers reflets. Ces explosions sont appelées Low-Luminosity Afterflow (LLA). Je présente la technique de réduction des données, la méthode de sélection de ces GRBs ainsi que leurs principales propriétés. Leur lien avec les supernovæ (SN) est mis en évidence car 64 % de tous les GRBs associés à des Sns sont des LLA GRBs. Finalement, je présente d’autres propriétés comme leur fréquence, qui semble indiquer une nouvelle distincte classe, les propriétés de leurs galaxies hôte qui montrent que ces explosions ont pour origines des galaxies formant beaucoup d’étoiles. De plus, je montre qu’il est difficile de réconcilier les différences entre les GRBs normaux et les LLA GRBs en ne considérant que des effets instrumentaux et environnementaux, ou bien une géométrie différente. Donc je conclue que les deux classes de GRBs ont des propriétés différentes. En basant l’argumentation sur la fonction de masse initiale, sur la fréquence des LLA GRBs et sur le type de SNs qui les accompagnent, j’indique qu’un système binaire est favorisé pour leur origine.
Sibilla Di Pace "Vers l’observation du bruit quantique de pression de radiation dans un interféromètre suspendu : l’expérience QuraG." 2015
Thèse soutenue le lundi 15 décembre 2014 à 14h00 à la NEF de l’OCA, Directrice de thèse : Mme Catherine MAN.
Résumé
L’existence des ondes gravitationnelles (OG) est l’une des prédictions les plus intéressantes de la théorie de la Relativité Générale d’Einstein. La découverte expérimentale des OG serait donc un test important de la théorie elle-même et permettra d’ouvrir une nouvelle fenêtre d’observation en particulier dans les régions de l’Univers inaccessible à l’observation électromagnétique. Les détecteurs interférométriques, comme Virgo, sont les dispositifs les plus prometteurs pour la détection d’OG. Actuellement, leur sensibilité n’est pas encore suffisante pour avoir un taux d’observation de quelques événements/an. Un intense programme expérimental pour l’améliorer est en cours. Particulièrement, les prochaines générations de détecteurs d’OG, aux basses fréquences, seront limitées par l’effet de la pression de radiation (PR) sur les miroirs suspendus. Ce phénomène, pas encore observé expérimentalement, est l’objet d’un champ de recherche très actif. Mon travail ici présenté vise à la construction d’un détecteur pour l’étude des effets quantiques de la PR dans les détecteurs d’OG : QuRaG. Il sera constitué d’un interféromètre de Michelson suspendu dont chaque bras sera une cavité Fabry-Pérot de très haute finesse, dans laquelle seulement le miroir de fond sera suspendu et sensible au bruit quantique de la PR. Durant ma thèse j’ai participé activement au R&D de tous les sous-systèmes de QuRaG. Par conséquent, le travail que j’ai fait porte sur divers aspects du projet dont les problématiques appartiennent à différents domaines de la physique. Mon travail présenté ici démontre que QuRaG sera réalisable et qu’il observera le bruit de la PR dans la bande de fréquences attendue.
Duy-Hà Phung : "Conception et mise en oeuvre d’un télémètre à très haute exactitude pour application aux missions spatiales de vol en formation et de la caractérisation des grandes installations" (2013) Thèse soutenue le 25/06/2013 à la Nef de l’Observatoire de la Côte d’Azur à NICE. Directeur de thèse : Michel LINTZ
Résumé :
Au-delà de son utilisation en géophysique ou en métrologie à grande échelle, la télémétrie laser des longues distances devrait trouver de nombreuses applications pour les missions spatiales. Les instruments d’observation par synthèse ouverture en vols en formation demandent que la géométrie de la constellation soit connue et contrôlée à bien mieux que la longueur d’onde de la fenêtre d’observation.
Pour répondre à ces besoins, nous avons étudié un nouveau schéma de mesure qui combine une mesure interférométrique, réalisée sur un faisceau à deux modes et une mesure de temps de vols. Mon travail de thèse a porté sur la conception, mise en œuvre et la caractérisation de la mesure interférométrique. Pour qu’elles ne soient pas affectées par les dérives lentes de l’instrumentation microonde, les deux mesures de phase de longueur d’onde optique (1.55 μm) et de longueur d’onde synthétique (15 mm) sont extraites d’un même signal d’interférence à deux modes en utilisant une procédure de mesure dédiée : on réalise des mesures du signal d’interférence à trois valeurs de la fréquence optique de la source, calculées d’après le résultat de la mesure de temps de vol. Le télémètre met à profit les propriétés du signal d’interférence à deux modes et exploite la phase et l’amplitude du signal à 20 GHz de façon à éliminer les dérives de phase à long terme du signal microonde dans les chaînes de mesure. On peut en attendre, en moins de 0.1 s, une mesure de résolution et d’exactitude inférieures au nanomètre. Le montage expérimental a permis de montrer que le principe de mesure est correct. Sur la mesure d’un chemin optique dans l’air, nous avons obtenu une résolution de 100 pm à 100 μs, qui nous permet d’observer le bruit acoustique.
Le bruit sur la mesure des signaux permet d’espérer une résolution de à 10 pm à 43 ms. Les imperfections optiques du montage ont été mises en évidence : elles ont été décrites par une expression analytique, puis à l’aide d’optiques dédiées réduites au niveau nécessaire pour le fonctionnement de l’instrument. La phase des signaux de battement à 20 GHz est affectée d’erreurs de plusieurs 10-3cycles qui, si elles ne sont pas corrigées, provoquent des erreurs de la mesure de longueur par une ou plusieurs fois la longueur d’onde optique. Nous avons réalisé une étude spécifique du couplage amplitude-phase à l’origine de cette déformation, et montré qu’il est en partie d’origine thermique, lié à la puissance de plusieurs kW/cm² dissipée dans les photodiodes à 20GHz. Cet effet, voisin de ce qui est connu depuis quelques années en instrumentation microonde sous le nom d’ "effet mémoire", est difficile à prendre en compte et la correction qui est faite sur les données ne parvient pas totalement à éviter que le télémètre délivre des valeurs erronées de la distance. En conclusion de ce mémoire deux options sont présentées afin de remédier à cette déformation du signal et d’aboutir à un instrument de haute exactitude.
Clément Courde : "Développement de télémètres laser de haute exactitude et de haute résolution pour applications spatiales" (2011) Thèse soutenue le 01/02/2011.
Résumé :
Si les performances des instruments d’exploration de l’Univers continuent de s’améliorer, c’est souvent au prix d’une augmentation de leurs dimensions. Pour le développement de nouveaux télescopes spatiaux, le vol en formation de satellites est une solution technique de plus en plus envisagée. La mesure absolue des distances entre satellites avec une exactitude de l’ordre de quelques dizaines de microns est alors une nécessité pour l’exploitation des données obtenues avec de tels systèmes. Elle est aussi au cœur d’expériences de physique fondamentale.
Mon travail de thèse a porté sur le développement de deux télémètres, T2M et Iliade pouvant répondre à ces besoins. La difficulté dans le développement de ces deux systèmes est de concilier un grand intervalle de mesure de distances avec une grande sensibilité tout en gardant une certaine simplicité et ainsi permettre que ces instruments puissent être embarqués. La performance visée est une mesure de distance de l’ordre du kilomètre exacte à mieux d’un micron. La différence entre T2M et Iliade réside dans leurs conceptions mais aussi dans leurs complexités et les performances visées en termes de résolution. Le télémètre T2M exploite la différence de phase d’une onde modulée en amplitude séparée entre une voie de mesure et une voie de référence.
La résolution visée avec ce système est la dizaine de nanomètres. Ce système est capable d’atteindre une grande exactitude du fait que la mesure de distance est déduite d’une mesure de fréquence. Les problèmes d’erreurs cycliques inhérentes à l’utilisation de ce type de techniques sont éliminés par un système d’aiguillage optique permettant d’échanger les faisceaux propres aux deux voies de télémétrie en regard des deux voies de détection. Après la stabilisation du battement de fréquences des deux lasers, mon travail a porté sur l’amélioration de la résolution et sur l’élimination des diverses sources d’erreurs affectant l’exactitude. Les objectifs fixés semblent être atteints et les résultats obtenus sont très encourageants pour les futurs tests et développements à réaliser. Le télémètre Iliade combine une mesure de temps de vol d’impulsions laser et une mesure interférométrique à deux longueurs d’onde. Au prix d’une sophistication un peu plus importante que T2M, la résolution visée est inférieure au nanomètre. La caractérisation de la source d’impulsions d’Iliade présentant un taux de répétition de 20 GHz, a permis de montrer que la gigue temporelle de 65 fs à sa sortie est principalement due au bruit de phase du battement initial de deux lasers monomodes. J’ai travaillé sur une cavité Fabry Perot fibrée pour pré-stabiliser le rayonnement d’un laser monomode.
J’ai démontré une technique permettant d’obtenir un signal d’erreur de type dispersif, sans recourir à une modulation.
Nicolas Douillet : "Analyse des données LISA : une méthode pour l’estimation des paramètres des binaires galactiques" (2011) Thèse soutenue en 2011 à Nice. Directeur de thèse : Jean-Yves VINET
Résumé :
Dans le cadre de la détection des ondes gravitationnelles, LISA est un ambitieux projet de détecteur interférométrique spatial basse fréquence ciblant les binaires coalescentes. L’analyse de ses données est un enjeu majeur du projet, et, restreinte aux binaires galactiques elle l’objet de cette thèse. L’intérêt de ce type d’ondes est qu’elles constituent le meilleur compromis entre un modèle assez général pour être représentatif et une simplicité relative nous permettant d’élaborer une méthode d’analyse originale pour l’estimation des paramètres. Cette méthode est axée sur la compréhension du modèle d’onde, la géométrie de LISA et de l’espace des paramètres. Notre méthode consiste en six étapes de calcul successives, partant des paramètres les plus apparents et les plus importants (latitude et longitude sur l’écliptique, polarisation) vers les plus implicites (inclinaison orbitale, amplitude). Ces six étapes sont : la détection hétérodyne basse fréquence de la porteuse du signal, l’extraction de l’enveloppe (modulation d’amplitude encodant les paramètres de la source) du signal après filtrage passe-bas, le balayage de l’espace des moindres carrés par maillage triangulaire dynamique, la résolution de l’ambigüité fondamentale de LISA par effet Doppler, l’optimisation et la convergence, et enfin l’estimation de l’amplitude. Les études statistiques que nous avons ensuite menées ont d’abord visé à vérifier la robustesse au bruit de notre méthode, puis à quantifier la précision atteinte sur les paramètres de localisation angulaire. Nous avons aussi vérifié certaines symétries du système, l’isotropie de la sensibilité de LISA, ainsi que la non-corrélation des paramètres.
Caroline Greverie : "Modélisation et stabilisation de système laser fibré de forte puissance pour l’interférométrie" (2011)
Résumé :
"Pour la seconde génération de détecteurs d’onde gravitationnelle (Advanced Virgo) qui devrait commencer en 2014, nous avons étudié la possibilité de remplacer l’amplificateur laser solide (Nd-YVO4), qui fait office de référence, par un amplificateur fibré Ytterbium à 1064nm. Les lasers fibrés présentent de réels avantages (simplicité, efficacité, qualité de faisceau, maintenance, coût) mais nous devons nous assurés qu’ils peuvent atteindre les exigences nécessaire pour Advanced Virgo :
une puissance supérieur à 165W, une densité spectrale de fréquence de l’ordre de 10-6 Hz.Hz(-1/2), une polarisation de sortie stable, une densité spectral d’intensité de l’ordre de 10-8 Hz(-1/2) et une bonne qualité de faisceau (mode TEMoo > à 95%). Dans ce manuscrit, je décris le travail que j’ai réalisé pour l’élaboration d’un système laser de forte puissance. C’est dans ce cadre que je présente les travaux de simulation que j’ai réalisés sur les amplificateurs fibrés mettant en scène l’effet Brillouin, qui est l’effet le plus important dans ce type de système laser. Ensuite, je présente mes résultats concernant les points importants et nécessaires pour répondre aux exigences d’Advanced Virgo." Thèse soutenue à l’OCA le 28/03/11. Directeur de thèse Alain Brillet
Olivier Minazzoli : "Etude relativiste du transfert de temps dans le système solaire" (2009)
Résumé :
Notre vision relativiste du temps est testée depuis des décennies. Cependant, des remarques de nature théorique, provenant essentiellement de la volonté d’unification des théories fondamentales de la physique, laissent à penser que notre théorie de l’espace et du temps, la Relativité Générale, ne sera plus suffisamment adéquate pour décrire l’écoulement du temps dans nos expériences futures, en particulier dans les expériences de transfert de temps pour lesquelles les temps mesurés par deux horloges distantes sont comparés grâce à l’utilisation d’un lien laser. Le but de ce type d’expériences peut être la synchronisation d’horloges distantes aussi bien que le test de la Relativité Générale par rapport aux théories alternatives. Cette thèse traite de l’étude théorique du transfert de temps et de ses applications aux expériences spatiales en cours et à venir. Université de Nice-Sophia Antipolis, soutenue le 08/12/2009. Directeur : Bertrand Chauvineau
François Bondu (HDR) : "L’interféromètre Virgo : propriétés optiques, stabilisation en fréquence du laser" (2008)
Résumé :
Un interféromètre à miroirs suspendus convertit les ondes gravitationnelles, perturbations de la géométrie de l’espace temps, en une variation de temps de vol d’aller-retour de photons entre deux masses inertielles au repos.
J’ai réalisé l’asservissement en fréquence du laser pour mesurer ces variations de temps de vol. La stabilité relative de fréquence en boucle du laser est de 1e-21 sur 100 ms ; je montre que le système obtenu respecte les spécifications. J’étudie dans le mémoire les propriétés d’un système où les boucles d’asservissements sont imbriquées.
Les cavités optiques résonnantes de l’interféromètre Virgo sont les éléments essentiels de la conversion d’une onde gravitationnelle. J’étudie l’ensemble des propriétés d’un oscillateur Fabry-Perot. Je montre comment elles peuvent être évaluées in situ à partir de mesures des fonctions de transfert utilisées pour leur verrouillage. Les cavités Fabry-Perot sont les oscillateurs de référence. Je fais un état des lieux de l’ensemble des perturbations susceptibles de perturber la stabilité de phase. Université Sophia-Antipolis, soutenue le 6/06/2008.Président de jury : Ch. Salomon
Salem Hebri : Etudes de la pression de radiation dans les interféromètres utilisés pour la détection des ondes gravitationnelles (2007)
Résumé :
Le détecteur Virgo est constitué d’un interféromètre de Michelson avec des cavités Fabry Perot de 3 km de long dans les bras et utilise la technique du recyclage de la puissance. Il a pour but la détection directe des ondes gravitationnelles émises par des sources astrophysiques. Le système d’injection Virgo est constitué essentiellement d’une cavité triangulaire de 144 m appelée le mode cleaner, son rôle est de filtrer et de contrôler le faisceau d’entrée. Le miroir suspendu de la cavité est très léger (360 g) ce qui peut le rendre sensible à la pression des photons. J’ai développé des programmes de simulations pour une cavité triangulaire avec tous les contrôles identiques au mode cleaner de Virgo réel. Ces programmes peuvent être utilisés pour d’autres études. Une partie de la thèse est consacrée à voir les effets de la pression de radiation sur le verrouillage longitudinal de la cavité, les effets du ressort optique angulaire etc. Dans une autre partie de la thèse j’observe les effets de la pression de radiation dans les bras de Virgo et l’existence des effets du ressort optique sur les degrés angulaires qui n’empêchent pas le bon fonctionnement de l’alignement. Enfin, je décris ma participation dans la recette de Virgo, qui consiste essentiellement à travailler sur les contrôles du système d’injection et leurs optimisations. Mots clés : Virgo, ondes gravitationnelles, interféromètre, Fabry Perot, pression de radiation, asservissement, système de contrôle.
Université de Nice Sophia-Antipolis, soutenue le 25/09/2007. Directeur : A.Brillet, Encadrement : F.Bondu.
Bénédicte Dujardin : "Approximants rationnels en traitement de données"
Université de Nice Sophia-Antipolis, soutenue le 20/12/2005. Directeur : J.-D. Fournier
Résumé :
Linda Mondin : "Stabilisations à long terme de lasers pour application à la détection des ondes de gravitation dans l’espace" (2005)
Résumé :
Les lasers stabilisés à long terme sont utilisés dans de nombreux domaines en métrologie, leur incursion dans les applications spatiales se précise depuis quelques années, missions de physique fondamentale, géodésie... Ce travail concerne les lasers stables pour le projet LISA (détection spatiale des ondes de gravitation, mission prévue dans 10 ans) ; en vue de cette application spatiale, les montages doivent satisfaire plusieurs critères : compacité, stabilité mécanique, robustesse et fiabilité. Les références utilisables pour l’asservissement long terme (iode, chapitre 3) et court terme (cavité de Fabry-Pérot, chapitre 4) sont décrites, ainsi que leurs limitations principales. L’analyse et le choix de ces références de stabilisation seront couplés avec le choix des techniques de stabilisation (PDH, Tilt-Locking, Modulation Transfer). Dans les techniques de stabilisation, celle de Pound-Drever-Hall (PDH), un classique en matière de configuration, est comparée au Tilt-Locking, une technique continu et peu consommatrice en énergie, dans le cas d’une référence Fabry-Perot monolithique. Les calcules théorique pour chaque technique et chaque type de référence ammeneront à une description des sources de bruit et à une simulation des signaux d’erreur attendus. Les performances théoriques sur le long terme et les efficacités quantiques sont intercomparées. La deuxième partie, présentera les montages expérimentaux et les résultats obtenus, pour des lasers stabilisés sur Fabry-Perot et sur l’Iode moléculaire. Pour calibrer les dérives de fréquence du Fabry-Perot, sa fréquence de résonance sera mesurée par rapport à celle de la molécule, ce qui permettra de présenter des solutions obtenues analytiquement et numériquement pour l’asservissement en longueur de cette référence mécanique. En appendices, les détails de dimensionnement des bruits de LISA conduisant aux spécifications des lasers, le rappel théorique des ondes de gravitation ainsi que divers simulations de calculs effectués.
Thèse de Doctorat de l’Université de Nice Sophia-Antipolis soutenue le 10 janvier 2005. Directeur : C.N. Man
Thomas Cokelaer : "Détection d’ondes gravitationnelles émises par les coalescences de trous noirs"
Résumé :
Une nouvelle astronomie – l’astronomie gravitationnelle - va progressivement émerger dans les années qui viennent ? La construction de détecteurs terrestres tel que le projet Franco Italien Virgo, dans le quel s’inscrit cette thèse, s’achève en effet. Les premiers objets attendus par la communauté gravitationnelle sont constitués de systèmes binaires de trous noirs (BH), qui peuvent par radiations gravitationnelles, perdre leur énergie orbitale et s’effondrer l’un sur l’autre. Mon travail a consisté à étudier la détection de signal gravitationnel émis par ces systèmes binaires dans le cadre de la théorie de la détection. Le filtrage adapté est en effet envisageable grâce à la possibilité de modéliser le signal précisément. Toutefois en raison du caractère relativiste du système la modélisation de l’énergie et du flux gravitationnel n’est pas immédiate et nécessite l’utilisation de développements Post Newtoniens (PN). Nous utilisons dans cette thèse la méthode Effective One Body à l’ordre 3PN, récemment publiée. Le Hamiltionien du système fait alors intervenir 3 paramètres libres donnant lieu à plusieurs familles de modèles. Nous montrons que la corrélation entre ces dernières est proche de l’unité sur l’ensemble de l’espace des paramètres [...]
Thèse de Doctorat de l’Université de Nice Sophia-Antipolis soutenue le 27 février 2003. Direction : J.-Y. Vinet
Hervé Trinquet : "Caractérisation de la source laser du détecteur d’ondes gravitationnelles VIRGO"
Résumé :
La source laser pour le détecteur d’ondes gravitationnelles VIRGO a été conçue pour délivrer un faisceau stable, continu, mono mode de 20 W à 1.064 μm. Je rappelle dans un premier temps les principales contraintes auxquelles doit répondre la source laser. Je décris ensuite l’architecture du système et les techniques utilisées pour stabiliser le faisceau. Enfin je donne les principales performances obtenues jusqu’en juillet 2002 : puissance de 2.7W avec un niveau de stabilité en fréquence de 500 Hz rms pour un cycle utile de plus de 90%. Dans un second temps, j’étudie les principales sources de bruits et les processus de couplages pouvant expliquer le manque de stabilité du système. Je montre ainsi que le contrôle local utilisé contribue à augmenter le bruit de fréquence et de puissance jusqu’à 10 Hz. Des résonances mécaniques sont identifiées entre 10 Hz et 1 kHz. Ainsi la simplification de l’un des bancs devrait permettre au système de respecter les contraintes.Thèse de Doctorat de l’Université de Nice Sophia-Antipolis soutenue le 27 janvier 2003. Direction : C. N. Man
Tania Regimbau : "Etoiles à neutrons et ondes gravitationnelles" (2001)
Résumé :
Nous présentons des synthèses de populations permettant de retrouver les propriétés statistiques de la population réelle des pulsars radio galactiques à partir de l’échantillon observé biaisé par des effets de sélection. Nous confirmons que les étoiles à neutrons ne naissent pas en majorité comme des rotateurs rapides et que le champ magnétique ne subit pas de dissipation notable pendant la phase pulsar. La connaissance de la population totale nous permet d’une part d’étudier la sous-population des magnétars et d’autre part de modéliser la contribution des pulsars à l’émission gravitationnelle (galactique et extra-galactique) et d’en déduire sa détectabilité par les antennes interférométriques comme VIRGO. La connaissance des propriétés statistiques de la population détectable par VIRGO nous permet d’optimiser la recherche individuelle dans l’espace des paramètres (fréquences et directions du ciel). Quant au fond de rayonnement gravitationnel stochastique d’origine astrophysique, nous montrons qu’il pourrait être détecté dès la deuxième génération d’interféromètres en corrélant entre eux deux détecteurs. Université de Nice Sophia-Antipolis (06/09/2001), Jose Antonio de Freitas Pacheco (Dir.)
