lignes : il requiert deux clusters T3 ; un cluster T3 ´etant d´efini comme deux co¨ıncidences locales (L1) sur deux (trois) ´etages adjacents dans une fenˆetre temporelle de 100 (200) ns.
Le d´eclenchement de l’´ecriture des donn´ees peut ˆetre requis dans le cas d’une topologie sp´ecifique, par exemple pour un ensemble de hits dont la direction correspond `a une source particuli`ere comme le Soleil ou le Centre Galactique.
Ce sont ces donn´ees enregistr´ees qui seront reconstruites offline. La proc´edure de re-construction sera d´ecrite plus amplement par la suite.
Un trigger de biais minimum permet d’enregistrer 1 µs de donn´ees une fois par seconde de fa¸con `a v´erifier les calibrations r´eguli`erement.
2.5 Proc´edures de calibration
Apr`es l’int´egration et avant le d´eploiement d’une ligne, les dispositifs embarqu´es sont test´es de diff´erentes mani`eres : une proc´edure de tests a ´et´e d´efinie. De cette fa¸con, le bon fonctionnement des syst`emes optiques (modules optiques et balises LED) ainsi que des dispositifs de mesure instrumentale (modules acoustiques, inclinom`etres) est assur´e de mˆeme que la d´efinition des constantes sp´ecifiques de chaque module optique.
Une fois dans l’eau, les lignes sont calibr´ees r´eguli`erement pour assurer le bon fonc-tionnement des dispositifs et leur stabilit´e et pour d´eterminer les propri´et´es optiques de l’eau dont la connaissance est n´ecessaire `a une bonne reconstruction des traces.
2.5.1 Calibration en temps
Calibration `a terre
La proc´edure de tests est la suivante : lorsqu’un secteur complet est int´egr´e, les modules optiques sont enferm´es dans un environnement le plus sombre possible (boˆıte noire ou salle noire).
Tout d’abord, les phases d’horloge sont mesur´ees pour chaque LCM du secteur. Com-mencent alors les mesures optiques. Dans un premier temps, une mesure du taux de comptage au repos de chaque module optique est effectu´ee apr`es au moins une demi-journ´ee pass´ee dans le noir le plus complet de fa¸con `a v´erifier son fonctionnement correct. La mesure du temps propre de chaque module optique est ensuite r´ealis´ee en prenant en compte les d´elais dˆus au dispositif de calibration repr´esent´es sur la figure 2.13.
Les photomultiplicateurs sont expos´es `a un signal lumineux issu d’un LASER vert impulsionnel (λ = 532nm) de puissance 1µJ et de fr´equence 1 kHz. Ce signal LASER est envoy´e `a travers 16 voies `a l’aide d’un splitter optique. Ces 16 fibres optiques sont ensuite envoy´ees vers les modules optiques du secteur en cours de calibration. Un signal de r´ef´erence est fourni par une photodiode en sortie du LASER et transmis en entr´ee du LCM de r´ef´erence, permettant une acquisition synchronis´ee. La diff´erence entre le temps d’´emission du signal LASER (caract´eris´e par le signal issu de la photodiode) et le
Fig. 2.13 – Syst`eme de calibration en temps avant d´eploiement (CPPM, salle noire)
temps de r´eception par chaque module optique permet de connaˆıtre le temps de transit caract´eristique de celui-ci en corrigeant de diff´erents d´elais (Figure 2.13) :
– les offsets dˆus `a la transmission du signal du LASER `a la photodiode dt8 et de la photodiode au LCM de r´ef´erence dt9
– l’offset dˆu `a la propagation du signal du LASER au splitter dt1
– les offsets propres `a chaque module : propagation dans la fibre du splitter `a l’OM dt3, transmission du signal de l’OM `a son LCM dt5 et propagation du signal du LCM au SCM par fibre optique dt7 (ou phase d’horloge)
Seuls les offsets de troisi`eme type d´ependent du LCM.
Cette proc´edure est r´eit´er´ee pour plusieurs intensit´es de mani`ere `a corriger de l’effet de walk, caract´eris´e par une diff´erence de temps de d´etection du signal suivant l’amplitude de celui-ci : en effet, un signal d’intensit´e faible ne franchira pas le seuil au mˆeme moment qu’un signal d’intensit´e plus forte.
Dans la partie descriptive des ARS, nous avons ´evoqu´e le fait que la gamme dynamique de la rampe TVC s’´etend de 0 `a 255. La figure 2.14 montre qu’en pratique, ce n’est pas le cas. La gamme s’´etend en effet de T V Cmin `a T V Cmax, valeurs sp´ecifiques de chaque ARS qui doivent ˆetre mesur´ees lors de la calibration `a terre de fa¸con `a ˆetre prises en compte lors du d´ecodage des TVC pendant les prises de donn´ees.
Les rampes TVC sont suppos´ees lin´eaires. La fonction de d´ecodage TVC ([44]) devient alors :
t(ns) = pente(ns/bit) ∗ (T V C − T V Cmin) avec :
pente = 50ns
T V Cmax− T V Cmin
Un certain nombre de crit`eres de qualit´e doivent ˆetre valid´es. Dans le cas contraire, l’´el´ement mis en cause sera remplac´e et `a nouveau test´e avant d´eploiement.
2.5. PROC ´EDURES DE CALIBRATION 57
Fig. 2.14 – Illustration de calibration TVC
Calibration in situ
Les LED Beacons permettent par un ´eclairage bleu une calibration en temps des mo-dules optiques des lignes du d´etecteur final. La couleur bleue est beaucoup moins absorb´ee dans l’eau que les autres couleurs : la longueur de diffusion est quasiment multipli´ee par deux soit 100-120 m. La courbe de longueur d’absorption de la lumi`ere dans l’eau est pr´esent´ee sur la figure 2.15 : la longueur d’absorption est maximum pour une longueur d’onde de 450-470 nm soit pour la couleur bleue. Les diff´erentes courbes repr´esentent, en trait solide, le mod`ele de Smith et Baker, mod`ele standard utilis´e pour d´ecrire les pro-pri´et´es de l’eau, en trait pointill´e, le mod`ele utilis´e dans les simulations Monte Carlo et les diff´erentes valeurs exp´erimentales mesur´ees sur le site d’ANTARES (points). La mesure r´ealis´ee `a partir des balises LED [45] donne une longueur d’absorption de 52 m `a une longueur d’onde de 470 nm.
Le LASER Beacon est destin´e `a fournir un ´eclairage compl´ementaire `a celui des LED Beacons. Les LED Beacons permettent d’´eclairer de facon radiale leur environnement par un syst`eme de diodes plac´ees sur les six faces diff´erentes des balises lumineuses alors que le LASER Beacon, situ´e sur le BSS, ´emet un signal directionnel orient´e vers les ´etages (vers le haut). Elles comportent ´egalement un mini-photomultiplicateur qui permet de mesurer l’instant d’emission du pulse lumineux.
Ainsi, la r´esolution en temps des photomultiplicateurs in situ est ´evalu´ee `a partir des temps de dispersion des photons issus d’une balise LED et d´etect´es par les photomultipli-cateurs par rapport au temps du flash, fourni par le mini-photomultiplicateur de la balise. La figure 2.16 montre un exemple de r´esolution temporelle obtenue sur l’un des modules optiques de la ligne 1. La figure du bas repr´esente la dispersion en temps entre la balise LED et un photomultiplicateur situ´e dans le mˆeme plan horizontal `a une distance
d’en-Fig. 2.15 – Longueurs d’absorption en fonction de la longueur d’onde : mod`ele de Smith et Baker (trait solide), mod`ele utilis´e pour les simulations Monte Carlo (trait pointill´e) et mesures sur le site d’ANTARES (points)
viron 80 m alors que la figure du haut correspond `a un photomultiplicateur plac´e `a une distance de 150 m de la balise flashant. La dispersion du signal devient non n´egligeable `a cette distance en raison de la diffusion de la lumi`ere, visualis´ee sous forme d’une queue de distribution sur la figure 2.16. Les r´esultats obtenus sont en tr`es bon accord avec les requˆetes de la reconstruction (de l’ordre de la ns).
Une m´ethode de d´etermination des propri´et´es optiques de l’eau a ´et´e d´evelopp´ee `a partir des mesures des temps de dispersion lors de runs de calibration par les balises LED. Selon [45], la longueur de diffusion effective, c’est-`a-dire en tenant compte de l’angle de vue du module optique, peut ˆetre d´efinie `a partir de la longueur d’att´enuation λatt et de la longueur d’absorption λabs selon la relation :
1 λdif f
= 1
λatt − 1 λabs
La longueur de diffusion effective a alors ´et´e estim´ee, pour la couleur bleue, `a 218.4 ±4.5m `a partir des donn´ees des cinq premi`eres lignes.
2.5.2 Calibration en charge
La calibration en charge in situ est r´ealis´ee en illuminant les photomultiplicateurs par un seul photon, ceci ´etant r´eit´er´e de nombreuses fois. Un pic `a un photo-´electron (1 p.e.) est alors bien marqu´e. Si on d´eclenche l’int´egration du signal par l’ARS `a partir d’un ordre ext´erieur, la valeur du pi´edestal correspondant `a 0 p.e. est alors d´etermin´ee. Supposant
2.5. PROC ´EDURES DE CALIBRATION 59
Fig. 2.16 – R´esolution en temps ´evalu´ee `a partir des temps de dispersion de la lumi`ere bleue ´emise par une balise LED et ”vue” par un photomultiplicateur situ´e respectivement `a 150 m (haut) et `a 80 m (bas) de la balise LED
la lin´earit´e de la r´eponse de l’ARS, une calibration en charge est effectu´ee `a partir de ces deux valeurs.
Lors du d´eploiement de la ligne, les seuils de d´eclenchement des ARS sont mis `a des valeurs par d´efaut. Un r´eglage de ces seuils in situ est donc n´ecessaire apr`es connexion de la ligne. Pour cela, une s´erie de runs est prise en faisant varier les seuils. La position du photo-´electron peut ˆetre identifi´ee dans l’´echelle des seuils et ainsi servir de r´ef´erence.
2.5.3 Positionnement Acoustique
La reconstruction des trajectoires des muons n´ecessite de connaˆıtre la position relative des modules optiques (OM) avec une grande pr´ecision. Pour ceci, l’exp´erience ANTARES a mis en place un syst`eme de positionnement acoustique base longue, qui permet, associ´e `a un ensemble de compas et d’inclinom`etres (inclinaison), de connaˆıtre la position des modules optiques avec une pr´ecision de 10 `a 20 cm.
Le syst`eme de positionnement acoustique est compos´e d’´emetteurs-r´ecepteurs (un en bas de chaque ligne), de transpondeurs sur des supports pyramidaux pos´es sur le fond marin (3 au total) et de r´ecepteurs (5 par ligne) qui ´echangent des signaux acoustiques. Comme les positions des ´emetteurs-r´ecepteurs et des transpondeurs ainsi que la vitesse du son dans l’eau, d´ependante de la temp´erature de l’eau, de la salinit´e et de la pression, sont pr´ecis´ement connues, on peut en d´eduire la position relative d’un hydrophone r´ecepteur
de la ligne en utilisant la mesure du temps de propagation acoustique. Une description plus pr´ecise ainsi que la pr´esentation des r´esultats acoustiques obtenus avec cinq lignes figureront dans un chapitre d´edi´e (chapitre 3).