Projets de l’équipe Cristal

Thèmes de l’équipe

Recherche et Technologie
La R&T s’effectue en général en lien avec d’autres laboratoire ou partenaires industriels afin de caractériser, maitriser et optimiser des composants issus de nouvelles technologies pour démontrer la possibilité de les utiliser pour de nouveaux instruments. Quelques exemples concernent l’optique intégrée, les détecteurs, ou les micro-miroirs,...

Définition et qualification de nouveaux "concepts" instrumentaux
Les travaux à la fois théoriques et expérimentaux peuvent démontrer l’intérêt de nouvelles idées pour des systèmes complets (incluant aussi la calibration, les traitements de données...) aux performances accrues. Quelques exemples de nouveaux concepts concernent la combinaison de l’optique intégrée sur des détecteurs pour de nouveaux spectromètres à haut résolution moins chers et plus compacts, la possibilité de porter dans l’espace des cavités de mesure de spectrométrie de masse, la comparaison de différentes méthodes de mesures très précises de front d’onde...

Réalisation d’instruments pour les grands observatoires
Les instruments pour les grands observatoires sont totalement opérationnels et utilisés par une large communauté astronomique avec par exemple la réalisation d’instruments d’optique adaptative ou d’interférométrie pour les télescope de 8-m du Chili, l’instrument radar sur la sonde ROSETTA s’approchant d’une comète en 2014, ou encore de logiciels de préparation d’observation et de traitement de données utilisés internationalement...

Mesures de laboratoire
Les mesures en laboratoire sont effectuées en particulier pour comprendre la nature de la matière du système solaire, dans les conditions appropriées d’isolement, de température et de pression.

Activités

La liste non exhaustive des projets instrumentaux et des différents axes de recherche de l’équipe Cristal est proposée dans le tableau suivant et dans les descriptions résumées ci-dessous.

Instruments en opération Instrument en cours de développement Études R&D
Optique adaptative et grand contraste NAOS/VLT SPHERE/VLT EPICS/ELT FFREE
Interférométrie AMBER/VLTI, PIONIER/VLTI Gravity/VLTI, PIONIER/VLTI POPS/2GFT-VLTI RALIS, SMARTLASIR
Détecteurs WIRCAM/CFHT RAPID, OCAM FOCUS
Spectroscopie SPIROU/CFHT SWIFTS
Exploration planétaire CONSERT/Rosetta Orbitrap spatial
ASSERT
Traitement du signal, Algorithmes JMMC SPHERE
Projets qui ne sont plus en opération : IONIC/IOTA, ADONIS/3,60m de l’ESO, GrAF/CFHT.

Start-up issues de l’IPAG : Alp’AO, Resolution Spectra System, First Light Imaging

Optique adaptative et grand contraste

SPHERE est un instrument qui combine une optique adaptative extrême et une série de détecteurs spectroscopique, polarimétrique et coronographique en vue de détecter et de caractériser les exoplanètes dans les régions externes des systèmes planétaires. Cet instrument sera installé au VLT.
Première lumière attendue en principe fin 2013
Consortium : IPAG (Grenoble), MPIfR (Heidelberg), LAM (Marseille), LESIA (Meudon), Laboratoire Fizeau (Nice), INAF-OAP (Padova), ETHZ (Zurich), Obs. de Genève, univ. d’Amsterdam, ONERA (Chatillon), ASTRON (Dwingeloo).
Site Internet de l’ESO : http://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/sphere

NAOS est le système d’optique adaptative de l’ESO qui équipe l’instrument NACO du télescope UT4 du VLT.
Première lumière : novembre 2001
Consortium : LESIA, ONERA, IPAG (ex-LAOG)
Site Internet de l’ESO : http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/naco

.... et aussi le projet EPICS d’instrument à très grand contraste sur le télescope européen géant (E-ELT) et la R&D associée FFREE.

Interférométrie longue base

Gravity fonctionne avec un système d’optique adaptative dans le proche infrarouge, et est un imageur à haute précision astrométrique (10 micro-arcsecondes). La contribution de l’IPAG concerne la réalisation des composants d’optique intégrée, qui assurent la recombinaison de 4 faisceaux du VLTI au sein de l’instrument scientifique et du suiveur de franges, ainsi que la caractérisation des lignes à retard fibrées et des contrôleurs de polarisation fibrés.
Première lumière prévue en principe en 2014-2015
Consortium : MPE (Garching), LESIA-GIS PHASE (Meudon), MPIA (Heidelberg), UoC (Cologne), IPAG (Grenoble), SIM (Lisbon).
Site Internet du consortium : http://www.mpe.mpg.de/ir/gravity
Site Internet de l’ESO : http://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/gravity

PIONIER est un instrument visiteur de l’ESO qui permet de mélanger de manière interférométrique la lumière provenant simultanément de 4 télescopes du VLT. Cet instrument est basé sur un composant d’optique intégré en silice sur silicium réalisé par le CEA/LETI. Opérant en H, PIONIER possède jusqu’à 7 canaux spectraux. Une version permettant d’accéder dans la bande K a été installée en avril 2012 et une mise à jour avec un détecteur à faible bruit de lecture de type RAPID est envisagée pour fin 2013.
Première lumière : novembre 2010
Consortium : Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Site Internet : http://ipag.osug.fr/twiki/bin/view/Ipag/Projets/Pionier/WebHome

AMBER est un instrument opéré par l’ESO qui permet de mélanger de manière interférométrique la lumière des astres collectée simultanément par trois télescopes du VLT . Le signal obtenu dans les bandes H et K du proche infrarouge peut être dispersé avec une résolution spectrale de 30, 1500 ou 12000.
Première lumière : mai 2004.
Consortium : Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (ex-LAOG, maintenant IPAG), Laboratoire Fizeau à Nice (ex-UNSA et Fresnel), Institut Max-Planck de Bonn (MPIfR), Observatoire d’Arcetri (OAA-INAF).
Site Internet du consortium : http://amber.ujf-grenoble.fr
Site Internet de l’ESO : http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/amber

POPS est une étude rendue à l’ESO sur la possibilité de faire du suivi de franges pour les instruments du VLTI de seconde génération (2GFT).
Date de l’étude : 2009-2010
Consortium : Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG), Laboratoire Fizeau à Nice, Université de Liège (ULg) et GIPSA-lab à Grenoble.
publication : Blind et al. 2010, SPIE 7734, 24

... et aussi les projets de R&D financés par l’ANR : RALIS et SMART-lasir.

Détecteurs

WIRCAM est la caméra grand champ du télescope de 3,60m du CFHT pour le proche infrarouge. Cette caméra contient quatre détecteurs infrarouges HAWAI de 2048x2048 pixels permettant d’accéder à un champ de 20x20 minutes d’angle.
Première lumière : 2005
Consortium : ex-LAOG (IPAG, Grenoble), université de Montréal, KAO (Korea), CosPA (Taiwan) et CFHT.
Site Internet du CFHT : http://www.cfht.hawaii.edu/Instruments/Imaging/WIRCam

RAPID est un développement de détecteur très faible bruit à très haute cadence (2kHz) pour des applications en optique adaptative et en interférométrie proche infrarouge avec des applications médicales. Ce type de détecteur a été identifié comme critique dans l’étude POPS. Un banc de test interférométrique est à l’étude à l’IPAG.
Consortium : IPAG, LETI, SOFRADIR, LAM, ONERA, Biospace
Financement : Fond Unique Interministériel (FUI)
Dates : 2009-2013

FOCUS est un labex (laboratoire d’excellence) pour le développement de détecteurs en astronomie dans le domaine des ondes millimétriques, infrarouges et sur des concepts innovants entre Grenoble et Paris.
Consortium : IPAG, SAP-IRFU, LETI, IRAM, LPSC, Institut Néel, LAM, ONERA, IMEP-LAHC
Actions : voir le site web FOCUS

... et aussi le projet de détecteur proche infrarouge à faible bruit et forte vitesse RAPID, ou la valorisation de la caméra OCAM avec First Light Imaging.

Exploration planétaire

CONSERT est un sondeur radiofréquence conçu pour l’étude de la structure interne du noyau de la comète Tchourioumov-Guerassimenko lors de la rencontre avec la sonde Rosetta de l’ESA. Lorsque l’atterrisseur Philaé sera posé sur le noyau et que Rosetta orbitera autour, CONSERT mesurera la propagation d’ondes électromagnétiques métrique (90MHz) à travers le noyau entre Rosetta et Philae. L’étude du signal mesuré permettra de récupérer des informations inédites sur la structure interne et la composition du noyau : densité, hétérogénéité, présence de vides ou de zones plus denses et aidera à une meilleure compréhension des processus de formation de la comète22.
Début de mission : 2 mars 2004, fin de mission pour 2015
Consortium : IPAG (Grenoble), le LATMOS (Verrière-le-Buisson) et le MPS (Lindau) sous financement CNES et DLR.
Site Internet de l’ESA : http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta

Spectroscopie

SWIFTS est un projet de spectromètre miniature. Avec des dimensions de 750 par 22 et 500 micromètres, c’est le plus petit spectromètre jamais conçu. Il laisse entrevoir de nombreuses applications en médecine, astronomie, télécommunication, détection de gaz dangereux... SWIFTS est composé d’une fibre optique dans laquelle une onde vient interférer avec elle-même selon deux configurations possibles : soit en disposant un miroir en bout de fibre, il s’agit alors de l’effet Lippmann, soit en séparant la lumière incidente en deux ondes qui sont alors injectées dans la fibre dans les deux sens de propagation. L’interférogramme ainsi obtenu doit être mesuré par des nanodétecteurs pour ensuite être traité afin d’en déduire l’intensité en fonction des longueurs d’onde qui composent le rayonnement incident.
Consortium : IPAG (Grenoble), LNIO (Troyes), IMEP (Grenoble)
Partenaires industriels : Teem Photonics (Grenoble), Floralis (Grenoble), e2v (Grenoble), EADS (Toulouse)
Financement : CNES, ESA, DGE, Rhönes-Alpes, Minalogic
Start-up : Resolution Spectra Systems

Traitement du signal, Algorithmes

JMMC. Le Centre Jean-Marie Mariotti (JMMC en anglais) est le centre français de soutien à l’interférométrie optique et infrarouge, notamment vis à vis des utilisateurs des interféromètres en astronomie qui sont actuellement en opération dans le monde. Le JMMC travaille à développer des outils logiciels utiles aux observations interférométriques allant de la préparation des observations, de la fourniture de catalogue de sources de calibration, aux outils de réduction des données et aux outils d’analyse (ajustement de modèles et reconstruction d’images). Le centre regroupe 6 laboratoires. Le support technique ainsi que la coordination est peffectué ar l’IPAG. Le partenaire naturel du JMMC est l’ESO avec l’interféromètre VLTI, mais il n’est pas le seul (ESA, CDS, CHARA,...).
Démarrage du JMMC : 2003
Laboratoires partenaires : CRAL (Lyon), Fizeau (Nice), IAS (Orsay), IPAG (Grenoble), LESIA (Meudon), ONERA (Châtillon)
Site internet du JMMC : http://www.jmmc.fr