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Etude des algorithmes d’étalonnage et de correction sol des données de la mission spatiale PLATO

Description

La mission spatiale PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) a été adoptée par l'ESA comme mission M3 du programme Cosmic Vision (lancement prévu fin 2026). Elle a pour objectif principal de détecter et de caractériser un nombre important de planètes extra-solaires, en premier lieu des planètes de la taille de la Terre situées dans leur zone habitable. La détection des planètes reposera sur la méthode des transits tandis que leur caractérisation s'appuiera sur la sismologie des étoiles hôtes pour la mesure des masses et âges de ces étoiles et les données GAIA pour la mesure des rayons.

L’instrument PLATO est composé de 26 caméras aux plans focal desquels sont montés 4 détecteurs CCD (Charge Couple Device). La qualité des données reposera sur une photométrie de très grande précision et une très grande stabilité des caméras et des détecteurs. Les courbes de flux photométrique de la majeur partie des étoiles (environ 110 000 par caméra) seront produites à bord à l’aide de masques photométriques tandis qu’une autre partie (environ 15 000 étoiles) seront traitées au sol à partir des imagettes (6x6 pixels) qui seront descendues au sol à la cadence de 25s.

Bien que très performants, les détecteurs CCD sont sujets à un certain nombre de phénomènes physiques qui, couplés avec les mouvements lents des étoiles sur le plan focal, induisent des variations de flux qui perturbent les mesures scientifiques. Parmi ces phénomènes physiques, on s’intéresse d’une part aux phénomènes de capture temporaire de charges par des pièges présents dans le substrat et d’autre par aux phénomènes d’interactions électrostatiques entre les charges situées dans des pixels adjacents.

Le premier phénomène induit ce qu’on appelle une efficacité de transfert des charges (en anglais Charge Transfer Inefficiency, CTI, c.f. REF1) tandis que le deuxièmeinduit une variation de la tache image en fonction de l’intensité de l’étoile, c’est pourquoi on le désigne en anglais sous le terme de Brighter Fatter Effect (BFE, c.f. REF2),

Il existe des modèles analytiques permettant de corriger ces phénomènes. Ces derniers font appel à un certain nombre de paramètres libres qui peuvent être en principe étalonnés soit en utilisant des mesures effectuées expérimentalement au sol, soit en utilisant des mesures qui seront acquises en vol durant les phases d’étalonnages, ou par défaut en utilisant les images d’étoiles acquises durant les observations.

Cette thèse propose d'étudier en détail l'ensemble de ces problèmes et de développer les meilleurs algorithmes d’étalonnage et de correction des données (imagettes et courbes de lumières) afin d’optimiser le retour scientifique de la mission. Ces algorithmes seront développés en s’appuyant sur le retour d’expérience des missions spatiales CoRoT (2006-2012), Kepler (2009-2012) et TESS (2018-) toute en tenant compte des spécificités de la mission PLATO.

Le LESIA est fortement engagé sur PLATO, tant en ce qui concerne le logiciel embarqué, la spécification des algorithmes de traitement bord et sol que la préparation scientifique de la mission. Dans le cadre de la  phase de développement de la mission, une des tâches à mener concerne l'étude et la spécification de l'ensemble des algorithmes sols. Ces spécifications sont en effet essentielles pour entamer le développement des chaînes de traitement sol. Ce travail est conduit sous la responsabilité du LESIA (resp. R. Samadi) dans le cadre du WP 32 (composante du Plato Data Center, PDC). Il implique de nombreux collaborateurs français et étrangers en lien étroit avec l'équipe en charge du développement du logiciel sol au Max Planck Institut à Gottingen (Allemagne).

Dans ce contexte, le travail de thèse abordera les problèmes de fond liés au traitement des données brutes issues de l'instrument. Ce travail est important pour la spécification des logiciels sols mais aussi pour définir la procédure d'étalonnage à bord.

Pour effectuer son travail, le doctorant aura a sa disposition le simulateur PLATOSim (REF3) qui modélise chaque télescope ainsi que leur environnement spatial ainsi que des mesures expérimentales effectuées sur banc optique avec des CCDs réprésentatifs des CCDs vols.

Le travail s'effectuera au LESIA - Observatoire de Paris (site de Meudon). L'étudiant intégrera une équipe composée par plusieurs chercheurs et ingénieurs du LESIA impliqués dans la mission spatiale PLATO. Le doctorant bénéficiera également de l'expertise d'une équipe de chercheurs et ingénieurs de différents pays européens (France, Portugal, Allemagne, Royaume-Uni, Hollande) impliqués dans le projet.

Profil

Le candidat doit avoir suivi un master de physique, préférentiellement en instrumentation ou en astronomie/astrophysique.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : LESIA, Meudon
Directeur(rice) de thèse/recherche : SAMADI Réza
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : reza.samadi@obspm.fr
Responsable Cnes de l'offre : VISO Michel

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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