Etalonnage d'un nouveau type de détecteur bolométrique pour l'instrument PACS de l'Observatoire Spatial Herschel - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Etalonnage d'un nouveau type de détecteur bolométrique pour l'instrument PACS de l'Observatoire Spatial Herschel

Nicolas Billot
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 850036

Résumé

The Herschel mission is a major project at the core of the European Space Agency (ESA) scientific program. The space telescope will perform observations of the Universe in the far-infrared regime of the electromagnetic spectrum, which still remains little-known today. With its spatial resolution, sensitivity and spectral range (60 to 670 µm) Herschel will provide astronomers with unique opportunities to decipher many aspects of star formation mecanisms and galaxy evolution. Various fields in astrophysics such as active galatic nuclei, circumstellar disks or solar system objects will also benefit from Herschel observations.
Among the many research institutes involved in the development and exploitation of this challenging observatory, the CEA designed a novel type of bolometric detectors to equip the photometer of the PACS instrument on-board the Herschel satellite.
In this thesis, I will report on the work I produced during my doctorate at the Service d'Astrophysique du CEA. My task was twofold, I developed a characterisation procedure that takes advantage of unique features of CEA filled bolometer arrays and I applied it to calibrate the PACS photometer and optimize its performances in the various observing modes open to the scientific community.
In this manuscript, I will present the basics of infrared astronomy from its very beginning in 1800 to the European Space Agency's Herschel Space Observatory. I will then describe past and present developments in cryogenic bolometers, emphasising new concepts introduced by CEA, that is to say the collective manufacturing of bolometer arrays, the high impedance thermometers, the cold multiplexing and the use of a resonant cavity to optimize absorption of electromagnetic radiation. I will follow with an explanation of the working principles of CEA bolometer arrays, a prerequisite to grasp the strategy of the characterisation procedure that we developed. I will then expose and analyse thoroughly the results that we obtained during the calibration campaign of the PACS photometer. Finally, I will express detector performances in terms of "observational" performances that future PACS users can comprehend.
La mission Herschel est un des projets phare du programme scientifique de l'agence spatiale européenne (ESA). Son objectif est d'explorer le ciel dans l'une des régions du spectre électromagnétique les moins connues à ce jour : l'infrarouge lointain. Sa résolution, sa sensibilité mais aussi son domaine spectral font de Herschel un observatoire unique et parfaitement adapté à l'étude des mécanismes de formation d'étoiles et d'évolution des galaxies. Parmi les autres thµemes scientifiques qui bénéficieront des observations Herschel se trouvent les noyaux actifs de galaxie, les disques circumstellaires ou encore les comµetes de notre systµeme solaire.
De nombreux instituts de recherche ont participé à l'élaboration de ce projet ambitieux, notamment le CEA qui a développé un nouveau type de détecteur bolométrique pour le photomµetre de l'instrument Herschel/PACS.
Ce manuscrit rend compte du travail de recherche que j'ai effectué au Service d'Astrophysique du CEA dans le cadre de ma thµese de doctorat. Ma tâche a consisté d'une part à développer une procédure de caractérisation adaptée aux nouvelles matrices de bolomµetres du CEA, et d'autre part à réaliser l'étalonnage du photomµetre PACS et à optimiser ses performances dans les différents modes d'observation ouverts à la communauté astronomique.
Dans ce manuscrit, je présenterai les grandes lignes de l'astronomie infrarouge de la découverte du rayonnement infrarouge par William Herschel à la réalisation de l'Observatoire Spatial Herschel. Je décrirai également les développements d'hier et d'aujourd'hui dans le domaine de la bolométrie refroidie afin de mettre en perspective les innovations apportées par le CEA, à savoir la fabrication collective de bolomµetres, la thermométrie haute impédance, le multiplexage à froid et l'absorption du rayonnement par cavité résonante. J'exposerai ensuite le principe de fonctionnement des matrices de bolomµetres, étape nécessaire pour comprendre la problématique de la procédure de caractérisation que nous avons mise au point. Puis je présenterai et analyserai en détail les résultats obtenus lors de la campagne d'étalonnage du Photomµetre PACS qui s'est achevée en Juin 2007. Enfin, je traduirai les mesures réalisées en laboratoire en terme de performances "observationnelles" du Photomµetre PACS.
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Dates et versions

tel-00292030 , version 1 (30-06-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00292030 , version 1

Citer

Nicolas Billot. Etalonnage d'un nouveau type de détecteur bolométrique pour l'instrument PACS de l'Observatoire Spatial Herschel. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00292030⟩
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