Plusieurs instituts français sont impliqués à différents niveaux dans la phase de conception et pré-construction de SKA. À côté de leur apport aux consortia techniques et aux groupes de travail scientifiques institués par l'Organisation SKA, nous illustrons ici les instruments démonstrateurs et éclaireurs ("pathfinders") de SKA en France, ainsi que la participation française aux principaux projets internationaux préparatoires à la mise en œuvre du plus grand projet de radioastronomie du XXIeme siècle.
Les consortia techniques de SKA
Quatre consortia techniques de SKA voient l'implication officielle d'instituts de recherche en France:
- Mid-Frequency Aperture Array (MFAA) : Observatoire de Paris et Station de Radioastronomie de Nançay (conception de la technologie ASIC pour les réseaux phasés denses de SKA), Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (conversion analogue-digital)
- Wideband Single Pixel Feed (WBSPF) : Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (conception de récepteurs à bande large 4.6-24 GHz pour SKA2)
- Low-Frequency Aperture Array (LFAA) : Observatoire de la Côte d’Azur (algorithmes de reconstruction d’image); Observatoire de Paris (réalisation de LND - Low Noise Delay)
- Science Data Processor (SDP) : Observatoire de Paris (développements d’algorithmes de mitigation des interférences radio terrestres ; algorithmes de calibration et d’imagerie)
Au cours des derniers mois, les implications du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux dans le consortium DISH (récepteurs SPF Band 5 pour SKA1-MID) et de la station de Radioastronomie de Nançay au consortium LFAA (beam-froming analogique) se sont concrétisées. Le consortium DISH étant en cours de reconduction de son mandat, une lettre de Phil Diamond (Directeur Général de SKA) a été adressée à la Coordination SKA-France pour officialiser le rôle du LAB.
Les groupes de travail scientifiques de SKA
La participation française au différents groupes de travail scientifiques est déjà assez fournie, avec au moins un représentant par groupe. À noter que les noms en gras correspondent aux chercheurs membre des « core teams » des groupes de travail:
- Epoque de la réionisation: Benoit Semelin (Obs. Paris) ; Dominique Aubert et Pierre Ocvirk (OAS)
- Cosmologie : Simon Prunet (IAP) ; Jean-Luc Starck (AIM)
- Physique fondamentale avec les pulsars : Gilles Theureau, Ismael Cognard, Jean-Mathias Griessmeier et Lucas Guillemot (Univ. Orléans) ; Antoine Petiteau (APC)
- L’Univers transitoire : Stéphane Corbel (AIM/USN) ; Susanna Vergani (Obs. Paris)
- Le continuum extra-galactique : Chiara Ferrari (OCA) ; Emanuele Daddi et Gabriel Pratt (AIM) ; Mamta Pandey-Pommier (CRAL)
- Le magnétisme cosmique : Marta Alves et Katia Ferrière (IRAP) ; Mathieu Langer (IAS)
- Le berceau de la vie : Philippe Zarka (Obs. Paris) ; Cecilia Ceccarelli (Univ. Grenoble)
- L’hydrogène neutre dans les galaxies : Albert Bosma et Samuel Boissier (LAM) ; Wim van Driel (Obs. Paris) ; Marc-Antoine Miville-Deschenes (IAS)
- Les raies spectrales extra-galactiques : Françoise Combes - Co-chair du groupe (Obs. Paris) ; Emanuele Daddi (AIM)
- Notre Galaxie : Francois Levrier (ENS-Paris) ; Marc-Antoine Miville-Deschenes (IAS)
- La physique solaire et héliosphérique : Nicole Vilmer (Obs. Paris)
La bonne implication française dans la préparation scientifique à SKA et démontrée par la participation importante au dernier ouvrage concernant la science avec SKA. Cinq chercheurs français ont été auteurs principaux et seize co-auteurs de 31 parmi les 135 chapitres publiés en 2015 suite à la conférence « Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array » de juin 2014.
Les instruments préparatoires à SKA
Parmi les différents instruments identifiés comme précurseurs ou éclaireurs de SKA, la France joue un rôle structurant sur deux projets en particuliers: EMBRACE et NenuFAR.
EMBRACE
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EMBRACE est l'acronyme de Electronic MultiBeam Radio Astronomy ConcEpt, un démonstrateur pour le futur instrument SKA Square Kilometre Array pour des fréquences entre 500 MHz et 1500 MHz. EMBRACE a été conçu durant le projet SKADS, financé par la commission européenne, dans une collaboration menée par ASTRON et ses partenaires: l'Observatoire de Paris, l'institut Max Planck pour la radioastronomie, et l'institut national italien pour la radioastronomie. Le prototype EMBRACE du site de Nançay est un réseau dense de 4608 antennes, permettant un échantillonage direct et complet de la surface collectrice. |
Cette technologie est proposée dans le cadre du Square Kilometre Array, elle permettrait de conserver un champ de vue très large ce qui en fait une technique idéale pour les relevés du ciel.
Un des composants clé d'EMBRACE est le circuit intégré analogique appelé “beamformer chip”, qui permet de combiner les signaux de plusieurs antennes afin de pointer le réseau phasé dans la direction voulue. Cette innovation a été conçue par l'équipe de microélectronique de la station de radioastronomie de Nançay.
Etant donnés les milliers d'antennes et leurs beamformer chips associés, le contrôle informatique d'EMBRACE est une fonction hautement complexe. L'équipe informatique de Nançay a mis en place des logiciels de contrôle sophistiqués permettant une manipulation aisée de l'instrument, et la conduction de plusieurs programmes d'observation à la manière des instruments plus importants.
L'utilisation d'EMBRACE se poursuit comme partie intégrante du groupe de travail MFAA au sein du consortium AAMID.
Pour plus d'informations, les résultats obtenus avec EMBRACE sont publiés dans le journal Astronomy & Astrophysics, (2016) 589, A77
Contact: Steve Torchinsky (
NenuFAR
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NenuFAR ("Le projet dans les temps"), actuellement en construction à la Station de Radioastronomie de Nançay, est un réseau compact d'environ 2000 antennes reliées à plusieurs récepteurs, constituant trois grands instruments dans la gamme de basse fréquences (BF) 10-85 MHz. |
Le concept technique de NenuFAR (phasage analogique et numérique avec contrôle/commande silencieux, noyau compact et mini-réseaux distants, instrument trois-en-un ...) et ses vastes objectifs scientifiques lui ont obtenu le statut d’éclaireur de SKA. Il a pour missions de fournir des données BF de haute qualité à la communauté internationale permettant de réaliser une science de premier plan, et en même temps de préparer la communauté radio Française pour SKA.
Sa connexion aux récepteurs de la station LOFAR FR606 en fait:
- une station LOFAR BF géante, au moins 20 fois plus sensible qu'une station LOFAR internationale standard, qui améliorera sensiblement l’imagerie BF à grand champ et très haute résolution, tout en apportant une plus grande sensibilité aux structures étendues;
- en utilisation autonome, le noyau compact de NenuFAR (1824 antennes = 96 mini-réseaux de 19 antennes dans un disque de 400 m de diamètre), relié à un beamformer dédié, sera un grand réseau phasé avec une haute sensibilité instantanée;
- en parallèle, un corrélateur similaire à celui de LOFAR en fera un radiotélescope imageur BF, de résolution instantané limitée (~1°), mais qui atteindra quelques minutes d'arc grâce à 6 mini-réseaux distants, la rotation de la Terre et la synthèse multifréquences.
En modes autonomes, NenuFAR abordera la détection du signal de l'aube cosmique, les ondes gravitationnelles, tous types de transitoires rapides astrophysiques, les exoplanètes, les interactions étoile-planète, les étoiles éruptives/naines/froides, les raies de recombinaison, et diverses émissions héliosphériques.
L'antenne développée pour NenuFAR (radiateur du LWA et préamplificateur original) est probablement la meilleure dans cette gamme de fréquences. Le concept technique de NenuFAR (phasage analogique et numérique avec contrôle/commande silencieux, noyau compact et mini-réseaux distants, instrument trois-en-un ...) et ses vastes objectifs scientifiques lui ont obtenu le statut « d’éclaireur » de SKA. Il a pour missions de fournir des données BF de haute qualité à la communauté internationale permettant de réaliser une science de premier plan, et en même temps de préparer la communauté radio Française pour SKA.
Contacts scientifiques : Philippe ZARKA (
Contact technique : Laurent DENIS (
Les centres de données SKA régionaux : le projet H2020 AENEAS
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Le taux de croissance attendu pour l’archive des observations de SKA1 sera de l’ordre de 50 – 300 Pbytes/ans. Cet archive, assuré par SKAO et dont l’organisation rentre parmi les tâches du consortium SDP (« Science Data Processor »), gardera les produits standards (images multi-fréquences, catalogues, candidats de pulsars…), aussi bien que des observations qui seront demandées par la communauté pour des expériences spécifiques.
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Ces produits n’assureront toutefois qu’une exploitation limitée de l’énorme potentiel scientifique de SKA. Des ultérieures infrastructures de recherche sont ainsi en train d’être organisées, offrant à la communauté une capacité plus importante de stockage, de traitement et d’analyse de données.
Dans ce cadre, le CNRS est partenaire du projet H2020 AENEAS (« Advanced European Network of E-infrastructures for Astronomy with the SKA »), conçu pour organiser un centre de données SKA régional distribué parmi différents Pays européens, en collaboration avec SKAO et ses partenaires internationaux (AU, ZA, NZ, CA). AENEAS inclut tous les majeurs Pays européens, membres officiels ou intéressés au développement du projet SKA (NL, IT, UK, SE, FR, DE, ES, PT, GR, CH). Il est porté par l’institut néerlandais ASTRON, qui a organisé cette collaboration internationale pour répondre à l’appel d’offre INFRASUPP-03-2016-2017 (« Research and Innovation Actions for International Co-operation on high-end e-infrastructure requirements »).
Le projet AENEAS a débouté officiellement en Janvier 2017.
Porteur du projet AENEAS : Michael WISE (
Contact français pour le projet : Chiara FERRARAI (