Développement et exploitation d'un simulateur électro-optique pour le futur détecteur spatial à ondes gravitationnelles eLISA

• Auteur / Autrice : Pierre Grüning
• Direction : Hubert Halloin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trous noirs (astronomie)

Environnement spatial -- Simulateurs

Interféromètres laser

Interférométrie

Ondes gravitationnelles

Mots clés libres

Tdi

Projet eLISA

Résumé

Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Einstein il y a près d'un siècle. Ce sont des perturbations de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière et qui comportent des informations uniques sur leurs sources. Ces sources sont nombreuses allant du Big Bang aux objets massifs tels que les trous noirs. L'effet au passage d'une onde gravitationnelle est extrêmement faible, la variation de distance étant de l'ordre du picomètre pour une distance d'un million de km. De ce fait leur détection est très difficile et met en jeu des détecteurs très performants. Le projet eLISA est le premier projet spatial visant à faire de l'astronomie des ondes gravitationnelles et sera constitué d'un interféromètre laser ayant des bras longs de 1 million de km. Ce détecteur sera soumis à de multiples sources de bruits qu'il s'agit de comprendre et de réduire afin d'obtenir la sensibilité requise. Le bruit le plus important sera issu du laser lui-même. Dans un interféromètre classique à bras égaux, de type Michelson par exemple, le bruit de fréquence du laser s'annule du fait de la longueur identique des bras. Sur eLISA, en raison de l'orbitographie des satellites, les longueurs vont varier. Pour cela, un algorithme de réduction de bruit nommé TDI sera appliqué une fois les mesures réalisées afin de réduire le niveau de bruit. La technique TDI doit être testée en condition expérimentale et c'est le principal but de cette thèse qui a porté sur u simulateur électro-optique, le LOT, visant à simuler eLISA et les techniques de réductions de bruit tel que TDI. Elle présente donc le simulateur hardware ainsi que les expériences réalisées et les résultats qui ont été obtenus.

Gravitational waves have been predicted by Einstein near a century ago. They are disturbances of space-time traveling at the speed of light and are carrying unique informations about their sources. These sources are various, form the Big Bang to massive objects like black holes. The effect of a gravitational wave is very tiny, the distance variation is at the order of picometer for a 1 million km distance. Thus, their detection is very challenging and needs very performant detectors. Te eLISA project is the first space based detector which aims to do gravitational wave astronomy and which will be made of a laser interferometer with 1 million km arms. Many noises will disturb this detector, this noises must be well known and reduced in order to reach the required sensitivity. The most important noise will corne from the laser itself. In a classic equal arm Michelson type interferometer, the laser frequency noise cancels. On eLISA the arm lengths are not constant because of the orbitography of the satellites. Thus a noise reduction algorithm called TDI will be applied on the measured data to reduce the noise level. The TDI technic must be tested in experimental conditions and this is the goal of this thesis which describes an electro-optical simulator, the LOT, aiming to simulate eLISA and noise reduction technics such as TDI. This thesis presents the hardware simulator and the experiences realized as well as the results we obtained.