Mesure du rayonnement cosmologique : Préparation et étalonnage des instruments Archeops et Planck
Résumé
The measurement of the cosmological background (CMB for Cosmic Microwave Back-ground) is at a crucial point. The experiments that measure this radiation are more and more sensitive and precise. Two different instruments are presented in this thesis : Archeops and Planck. They are aiming at measuring the temperature anisotropies of the CMB. In the first section of this manuscript we present our work on the optimisation of the cooling of the detectors by means of an open cycle dilution refrigerator for the Planck/HFI instrument. Three different types of supports are studied in order to reach 100 mK with 100 nW of cooling power. During the different tests we concentrated on having a better understanding of the physical processes which take place in an open cycle dilution. In a second section we present an original way to filter temperature fluctuations at 100 mK using a high specific heat material. The HoY alloy has been qualified for space applications in order to be used for the Planck experiement. The third section of this manuscript concentrates on Archeops, a balloon-borne, experiment. We present different aspects of the instrumentation needed in order to measure the CMB. The cryogenics, especially designed for a balloon experiment is detailed as well as the bolometric detectors and the associated electronics. This last section finishes with the current results of the Archeops team. The data obtained during the last ight (Febuary 2002) is very promising and should allow to constrain the cosmological parameters in a significant way.
La mesure du rayonnement cosmologique (CMB pour Cosmic Microwave Background) en est à un point crucial. Les expériences qui le mesurent sont de plus en plus sensibles et précises. Ce manuscrit présente deux instruments dont l'objectif est de mesurer les anisotropies de température de ce rayonnement. Dans une première partie nous présentons le travail effectué sur l'optimisation du refroidissement des détecteurs grâce a une dilution en cycle ouvert de l'3He dans l'4He dans le cadre de l'expérience satellite Planck. Trois types de supports pour l'échangeur à contre-courant permettant d'atteindre 100 mK avec une puissance disponible de 100 nW sont étudiés. Lors des essais, nous avons approfondi la compréhension de phénomènes physiques présents dans une dilution à cycle ouvert. La deuxième partie présente un filtrage original pour atteindre une grande stabilité de température à 100 mK. En réalisant différentes expériences nous démontrons l'efficacité d'un filtre continu à forte capacité calorifique. Ce filtre, en HoY, a été qualifié d'un point de vue spatial afin d'être utilisé pour le satellite Planck. La troisième partie de ce manuscrit est entièrement consacrée à l'expérience Archeops. Dans ce cadre nous avons développé un cryostat spécifique pour la mesure en ballon stratosphérique. Cette expérience nous a permis d'approfondir plusieurs domaines de la mesure du CMB telles que la bolométrie, l'électronique et l'analyse d'un signal complexe. Les données prometteuses du dernier vol devraient contraindre les paramètres cosmologiques.