Student : NASSER Guillaume
Advisors : GODET Olivier
Start : Novembre 2011
Group : GAHEC
Les sursauts gamma, se caractérisent par de brèves et intenses bouffées de photons X et gamma. Ils sont associés à la formation cataclysmique des trous noirs, soit par fusion de deux astres compacts (étoile à neutrons ou trou noir), soit par l’explosion soudaine d’une étoile massive, (>10 x la masse du Soleil). La naissance du trou noir s’accompagne de la formation de jets relativistes, dans lesquels les vitesses atteintes sont proches de la vitesse de la lumière. Les sursauts gamma sont observables aux confins de l’Univers, agissant comme de véritables phares éclairant l’âge sombre de sa création. Bien que très étudiés ces dix dernières années, les sursauts gamma sont des phénomènes encore mal compris. Pour mieux les comprendre, la Chine et la France ont unis leurs efforts, et proposent de lancer à l’horizon 2017, un satellite, appelé SVOM (Space based multi-band Variable Object Monitor), spécialement dédié à l’étude des sursauts gamma. Ce satellite embarquera une palette d’instruments travaillant du domaine visible aux rayons gamma. L’Institut de Recherche en Astrophysique & Planétologie (IRAP) avec le Centre National d’Etudes Spatiales, l’APC et le Commissariat de l’énergie atomique vont réaliser le télescope ECLAIRs, une caméra à masque codé X/gamma capable de détecter et localiser avec une précision d’une dizaine de minutes d’arc (90% de confiance), environ deux cents sursauts gamma pendant les trois années de vie de la mission. L’IRAP est responsable de la fourniture du plan de détection DPIX, un ensemble de 6400 détecteurs CdTe Schottky pixélisés, permettant la détection des sursauts gamma entre 4 keV et 200 keV. L’IRAP fournira le DPIX avec son électronique de lecture et de contrôle.
Malgré le gel de la mission sino-française SVOM début 2012, un prototype de la caméra est déjà en cours d’élaboration pour l’année 2013. Cette réalisation nécessite la mise en œuvre de moyens de recette fonctionnelle mais aussi de moyens d’essais et d’expérience scientifiques innovantes permettant de bien caractériser les performances scientifiques de l’instrument, du cristal de CdTe (semi-conducteur), à l’ensemble des 2 secteurs de la camera de 800 détecteurs chacun avec une électronique de lecture embarquée. Ces moyens de test, mis en place durant ma thèse, sont le fruit d’une étroite collaboration entre le CNES (cuve vide thermique, AIV-AIT), l’IRAP (salle blanche & bancs de test) et le CEA (faisceaux X monochromatique SOLEX & accélérateur de particule Tandem à l’IPN d’Orsay).
Pendant le début de ma première année de thèse, mes travaux de recherche se sont principalement concentrés sur la physique des détecteurs CdTe de plus en plus utilisés dans des applications spatiales de hautes énergies (ISGRI-Integral, BAT-Swift etc.) et médicales. Le choix des détecteurs utilisés comme des diodes montées en inverses permet de réduire considérablement le courant de fuite (bruit) pour la détection de sursauts gamma de faibles énergies (~4keV) i.e. produits à de grandes distances cosmologiques. Ce type de configuration (appelée diode Schottky) a tout de même quelques inconvénients comme la dégradation des performances spectrales au delà d’un certain temps de polarisation. Pour limiter cet effet les détecteurs sont refroidis aux alentours de -20°C. L’étude du comportement du CdTe et surtout de la configuration Schottky (Platine/CdTe/Indium) sur une statistique inégalée de 12200 échantillons fabriqués par la société ACRORAD Co. LTD. au Japon est une opportunité de maitriser la réponse de la caméra en proposant une stratégie de sélection des détecteurs basée sur une étude statistique (12200 détecteurs testés).
Une autre partie de mon travail consiste à caractériser la réponse d’un XRDPIX i.e. un module de 32 pixels hybridé avec son électronique de lecture bas bruit (ASIC) par 2 céramiques contre collées. Cette matrice est constitué de deux sous ensembles : Une mosaïque de 32 détecteurs collés sur une céramique de faible capacité. L’influence des capacités parasites et l’influence du collage sur les performances des détecteurs feront l’objet d’un chapitre de ma thèse. S’ajoute à cela, l’étude de l’autre sous ensemble constitué d’une céramique de routage des signaux vers une puce ASIC (électronique front-end) développée par le CEA. Ces deux sous ensembles sont ensuite contres-collés pour former un XRDPIX. La réponse d’un XRDPIX associée à une chaine électronique de lecture commune à plusieurs modules constitue le cœur de mes recherches. La caractérisation des performances de ces modules (en cours de fabrication) ainsi que l’optimisation de leurs paramètres de fonctionnement permettront une bonne préparation des phases de calibration et d’utilisation en vol de l’instrument ECLAIRs.