Étude du fonctionnement d'un télescope de lumière de fluorescence dans le cadre du projet EUSO-Balloon / Camille Moretto ; sous la direction de Sylvie Dagoret-Campagne

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Catalogue Worldcat

Rayonnement cosmique

Détecteurs de photons

Appareils et instruments scientifiques

Dagoret-Campagne, Sylvie (Directeur de thèse / thesis advisor)

Stocchi, Achille (Président du jury de soutenance / praeses)

Bertaina, Mario Edoardo (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Patzak, Thomas (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Suomijärvi, Tiina (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Wiencke, Lawrence (Membre du jury / opponent)

Université Paris-Saclay (2015-2019) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Université Paris-Sud (1970-2019) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : L'instrument EUSO-Balloon est un prototype pour le télescope JEM-EUSO, destiné à observer pour la première fois depuis l’espace les gerbes atmosphériques induites par les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie. Le principe de détection repose sur la mesure des photons émis par la fluorescence de l’atmosphère terrestre lors du développement des gerbes. EUSO-Balloon, un télescope UV embarqué à bord d’un ballon stratosphérique, a pour but de prouver la pertinence des concepts instrumentaux développés dans le cadre du projet JEM-EUSO. Cette thèse est dédiée en grande partie à l’assemblage, l’intégration et les tests du module de photo-détection d’EUSO-Balloon. Il s’agit d’un ensemble de 36 tubes photomultiplicateurs multi-anodes, pour un total de 2304 pixels, et d’une électronique de lecture permettant d’imager le développement, s’effectuant à la vitesse de la lumière, des gerbes atmosphériques. Cette caméra permet ainsi de réaliser des images de 2,5 microsecondes avec une sensibilité au photo-électron unique. Il aura été démontré que la mesure de l’efficacité de photo-détection de la caméra est réalisable avec une précision inférieure à 5% pour la tension de polarisation adaptée. EUSO-Balloon a effectué son premier vol en août 2014 lors duquel il a été prouvé, grâce à l’utilisation d’événements simulés par tirs lasers, qu’il est possible d’imager le développement de gerbes atmosphériques depuis le proche espace. Les données enregistrées permettent de réaliser une étude sur le bruit de fond UV produit par l’atmosphère terrestre. L’ensemble du travail d’assemblage, d’intégration et de test permet d’envisager les développements pour les futures missions.

Résumé / Abstract : The EUSO-Balloon instrument is a prototype for the JEM-EUSO telescope, intended to observe for the first time from space the extensive air showers (EAS) induced by the ultra-high energy cosmic rays. The detection technique relies on the measurement of the photons produced by the fluorescence of the Earth’s atmosphere when EAS develop. EUSO-Balloon, a UV telescope payload of a stratospheric balloon, has the objective to prove the relevance of the concepts developed for the JEM-EUSO project. An important part of this thesis is devoted to the assembly, the integration and the test of the EUSO-Balloon’s photo-detection module. It is an array of 36 multi-anodes photo-multiplier tubes, for a total of 2,304 pixels, and of a readout electronics able to image the development at the speed of the light of the EAS. It has a framing time of 2.5 microseconds with a single photo-electron sensitivity. It has been proved that the photo-detection efficiency of this camera can be measured with an accuracy better than 5% for the proper polarization voltage. The first flight of EUSO-Balloon happened in August 2014 and proved, with the use of laser induced events, that air showers can be imaged for the near space. Data acquired during this flight allow to study the UV background originating from the Earth’s atmosphere. The assembly, integration and test work provided during this project leads the development of future missions.