Intrapix - Un dispositif de caractérisation unique au monde
Publié par Redbran le 07/09/2019 à 14:00
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Des chercheurs du Département des Systèmes Basses Températures de l'lnstitut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (lRlG) ont mis au point un banc d'essai unique au monde qui permettra la caractérisation intra-pixel de détecteurs matriciels, pour le visible ou l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés...).

Dans le but d'observer toujours plus loin et avec une résolution toujours meilleure les étoiles et les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...), des dispositifs de plus en plus sophistiqués sont imaginés et créés. Ainsi, la résolution des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…....) et leur sensibilité aux plus petits flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) s'améliorent au fil des avancées. Parmi eux, le bolomètre (Un bolomètre est un détecteur élémentaire de rayonnement électromagnétique. Son principe est simple : il transforme l'énergie du rayonnement électromagnétique incident en...), un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement...) dont le principe général est de convertir l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) incident en chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) pour élever la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) d'un corps muni d'un thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.). Chaque bolomètre comporte quelques milliers de pixels, chacun représentant un carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est à...) d'une dizaine de µm de côté. Or, lorsqu'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un...) atteint un pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie « élément...), il semblerait qu'il donne un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes...) différent en fonction du point (Graphie) d'impact, bord ou centre du pixel. D'où le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) Intrapix, un cryostat destiné à caractériser finement ces bolomètres.

Le Département des Systèmes Basses Températures (DSBT) de l'irig s'est imposé au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) comme une référence au sein de la communauté de la cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. Elle possède de très nombreuses...) spatiale. Dans le cadre de la mission Herschel, le plus grand télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la...) jamais mis sur orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.), le DSBT a conçu les cryo-réfrigérateurs destinés à refroidir à 270mK les détecteurs d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) de deux instruments. ArTeMis, une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision...) photonique sub-millimétrique exploitée par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) sur les lois fondamentales de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) (Irfu) du CEA-Saclay, a bénéficié de l'héritage Herschel. En effet, cette caméra composée de bolomètres fonctionnant à 300 mK et installée au foyer du grand télescope Apex (Chili) est refroidie par une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) cryogénique et un cryostat tous deux entièrement conçus au DSBT.

C'est donc naturellement que le DSBT intègre le projet Intrapix, porté par l'Irfu, avec comme double objectif de concevoir un banc d'essais optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) destiné à caractériser les bolomètres et de mettre au point un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) nouveau cryostat afin de maintenir ce banc à basse température. Ce cryostat comporte une partie cryogénique composée d'un réservoir d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) et d'un tube à gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) pulsé destiné au refroidissement du banc et des détecteurs. En phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de conception, des calculs de pré-dimensionnement (sans optique) réalisés par le DSBT ont montré qu'aucune contrainte thermomécanique ne pouvait engendrer de déformations notables pouvant affecter le trajet du faisceau lumineux (Figure). Un traitement thermique (Le traitement thermique d'une pièce consiste à lui faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage...) cryogénique particulier du banc sera effectué pour lui garantir une stabilité dimensionnelle dans le temps.

L'intégration du banc optique dans le cryostat (Figure), avec ces différents composants optiques, permettra au projet Intrapix de servir les plus grands projets d'astrophysique européens tels que Euclid-VIS, JWST-Miri, PLATO. Intrapix est unique au monde (Le mot monde peut désigner :) et permettra la caractérisation intra-pixel de détecteurs matriciel pour le visible ou l'infrarouge dans le domaine de l'astrophysique.


Schéma de fonctionnement d'Intrapix.
Une coupe est réalisée montrant l'intérieur du cryostat conçu et réalisé par le DSBT où se trouve le banc d'essais optique sur lequel sont montés les différents composants (miroirs, roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.), collimateurs, mire (Une mire est un dispositif permettant la mesure des paramètres d'un système de reproduction d'images.) à motifs, etc.) conçus par le Département d'Astrophysique de l'Irfu et réalisée par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Durham.
En jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :): parcours du faisceau lumineux.
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