contact sont limit´es (40 MB par seconde). Il est donc impossible de trans-mettre les 3 kHz de donn´ees re¸cues. Afin de diminuer ce taux, les donn´ees sont soumises `a un premier filtre simple `a bord du vaisseau, effectu´e par un logiciel reprogrammable (Hughes et al., 2007, On board filter, OBF).
Le taux d’´ev`enements enregistr´e et transmis par le LAT est ainsi ramen´e `a 400Hz. Ceci repr´esente tout de mˆeme 1.5 GB par contact avec un contact toutes les 3 heures.
Figure 2.2 Sch´ema du LAT, compos´e de 16 tours avec chacune un trajec-tographe et un calorim`etre. Les axesxyz du LAT sont aussi indiqu´es.
Le LAT observe environ 85% du temps et il est d´esactiv´e durant son pas-sage dans l’anomalie sud-atlantique (SAA), r´egion de la Terre o`u le champ magn´etique est plus faible qu’ailleurs soumettant le satellite `a un flux de par-ticules cosmiques important pouvant endommager certains sous-syst`emes.
2.2 Principe de d´ etection du LAT
Le LAT est d´edi´e `a l’´etude des sources galactiques et extragalactiques entre 20 MeV et 300 GeV. La sensibilit´e de celui-ci est un facteur dix meilleure que celle de son pr´ed´ecesseur EGRET et sa gamme en ´energie a aussi ´et´e ´etendue en faisant ainsi un outil id´eal pour l’´etude des objets les plus ´energ´etiques de l’univers.
Pour parvenir `a un tel r´esultat, le rejet du bruit de fond, compos´e de par-ticules charg´ees du rayonnement cosmique, se doit d’ˆetre efficace. `A 565 km d’altitude, le LAT est soumis au rayonnement cosmique et au rayonnement
54 CHAPITRE 2. LE SATELLITEFERMI d’alb´edo de la Terre. La figure 2.3 donne l’abondance des diff´erentes esp`eces de particules en fonction de l’´energie. Ce fond repr´esente environ 4kHz/m2 alors que le flux du Crabe, une des sources les plus intenses, est de quelques photons par minute et par m2. Au contraire des photons, la plupart de ces particules sont charg´ees. Afin de les d´etecter et de pouvoir les rejeter facile-ment, le LAT est entour´e d’un bouclier anti-co¨ıncidence (Anti-Co¨ıncidence Detector, ACD, figure 2.2, (Moiseev et al., 2007; Thompson et al., 2007)) qui permet de rejeter 99.97 % des particules charg´ees.
L’ACD est constitu´e de 89 tuiles empil´ees de scintillateurs plastiques et de rubans scintillant. Le passage d’une particule charg´ee est caract´eris´e, au contraire du passage d’un photon, par un d´epˆot d’´energie dans l’ACD en co¨ıncidence avec une d´etection dans le trajectographe et le calorim`etre.
Cette signature permet de mettre un veto sur un tel ´ev`enement permettant
`
a l’ACD de r´eduire le fond de particules charg´ees d’un facteur 103. Un autre facteur 103 est gagn´e par l’analyse des profils de gerbe et l’utilisation d’un arbre de d´ecision pour la s´election et la reconstruction optimale des donn´ees.
Mais cette structure particuli`ere a aussi pour but de r´eduire les effets du ph´enom`ene debacksplash (Moiseev et al., 2004). Les pairese+e− cr´e´ees par les photons les plus ´energ´etiques (de l’ordre du GeV) peuvent ressor-tir du LAT et d´eposer de l’´energie dans l’ACD imitant ainsi un signal de particules charg´ees. La structure segment´ee de l’ACD permet de connaˆıtre la provenance des ´electrons (sortant ou entrant) et de r´eduire le self-veto qui affectait la sensibilit´e d’EGRET autour de quelques GeV. Une des con-traintes impos´ees ´etait que l’ACD rejette moins de 20% des photons `a 300 GeV.
La direction du photon incident est mesur´ee par le trajectographe et son
´energie par le calorim`etre que nous allons d´ecrire dans la suite.
Le trajectographe Le trajectographe du LAT a deux rˆoles fondamentaux (Johnson, 2007). Le premier est de convertir le photon incident en pairee+e− et le second est d’enregistrer le passage de la paire afin de d´eterminer la direction initiale du photon. Pour cela, la technologie mise en œuvre est tr`es diff´erente de celle d’EGRET qui utilisait une chambre `a ´etincelles remplie de gaz. La diminution de ce gaz, par les fuites, entraˆıne alors une limitation de la dur´ee de vie de l’instrument. Le LAT, lui, tire partie des avanc´ees technologiques en mati`ere de semi-conducteurs.
La d´etection des particules charg´ees se fait avec des pistes de silicium (Sil-icon Strip Detector, SSD). Un plateau, unit´e ´el´ementaire du trajectographe, est ainsi constitu´e de deux plans de SSD, chaque piste SSD ´etant orient´ee perpendiculairement `a celle du dessus (dans le planx−y). Une tour du tra-jectographe est constitu´ee de 19 plateaux. Cette alternancex−y, ainsi que la connaissance de la position enzde la piste touch´ee, permet une d´etection en 3D de la particule charg´ee.
2.2. PRINCIPE DE D ´ETECTION DU LAT 55
Figure 2.3 Fond de particules moyenn´e en orbite, figure tir´ee de Atwood et al. (2009)
Le photon incident doit avant tout se convertir en pairee+e−par interac-tion dans le champ de Coulomb d’un atome. Afin d’augmenter la probabilit´e d’interaction avec le trajectographe, des couches de tungst`ene, utilis´e pour le grand Z de ce mat´eriau (Z=74), sont ajout´ees `a chaque plateau. L’´epaisseur de tungst`ene travers´ee par le photon influe directement sur la probabilit´e de conversion ; une grande ´epaisseur permettant de convertir plus probable-ment les photons. N´eanmoins, avec l’´epaisseur des couches, la totalit´e de mat´eriau non instrumentalis´e travers´e le long de l’axe zaugmente et r´eduit la pr´ecision de la mesure de la trace. Ceci est d’autant plus vrai `a basse
´energie, o`u le ph´enom`ene de la diffusion multiple est plus important qu’`a haute ´energie.
Ainsi, un compromis a ´et´e trouv´e pour le LAT. Les 12 premiers plateaux poss`edent des couches de tungst`ene relativement minces (0.03X0 soit 0.03 cm) pour ne pas nuire `a la reconstruction de la direction. Les photons s’´etant convertis dans ces couches sont marqu´es “FRONT”. Les 4 plateaux suivants poss`edent une plus grande ´epaisseur de tungst`ene (0.18X0soit 0.072 cm) afin de convertir les photons de plus haute ´energie et les ´ev`enements sont appel´es
“BACK”. Les trois derniers plateaux ne contiennent pas de tungst`ene car
`
a eux seuls, ils ne sont pas suffisants pour permettre une reconstruction correcte de la trace et une estimation de la direction. Le trajectographe
56 CHAPITRE 2. LE SATELLITEFERMI
Figure2.4 Candidat photon dans le LAT. Les lignes bleues pr´esentent les trajectoires de la pairee+e−et les jaunes, la direction reconstruite du photon incident. Les carr´es rouges donnent les barreaux du calorim`etre touch´es et les lignes vertes, les pistes SSD touch´ees.
repr´esente en totalit´e une ´epaisseur de 1.5X0. La figure 2.4 pr´esente un candidat photon dont la gerbe est initi´ee dans le trajectographe.
Le calorim`etre Le calorim`etre a pour but de mesurer l’´energie du photon incident en mesurant l’´energie d´epos´ee par les pairese+e− (d’Avezac, 2006;
Grove et al., 2007). Pour ce faire, il est constitu´e de 16 modules de 96 cristaux, en forme de barreau de Iodure de C´esium dop´es au Thallium.
Un barreau, de dimension 2.7 cm × 2.0 cm × 32.6 cm, est recouvert d’un mat´eriau r´efl´echissant et la lumi`ere est collect´ee par 2 diodes (une petite (25.2 mm2) et une grande (152.25 mm2)) plac´ees `a chaque extr´emit´e des barreaux. La petite diode permet de mesurer les d´epˆots d’´energie importants (2 MeV–74 GeV), alors que la grande diode offre une grande pr´ecision sur les faibles ´energies (1–940 MeV).
La figure 2.5 donne un sch´ema du fonctionnement d’un barreau ainsi que de l’´electronique utilis´ee. Chaque diode poss`ede deux gains diff´erents (×1 ou
×8). La voie “LE” (resp. “HE”) est associ´ee `a la grande diode (resp. petite diode). Pour chaque d´epˆot d’´energie, on enregistre la voie LEX8 (gain×8).
Si cette voie est satur´ee, on consid`ere alors LEX1 et ensuite HEX8 et HEX1.
Les barreaux sont assembl´es dans un module en 8 couches de 12, soutenus par une structure alv´eolaire en carbone epoxy l´eg`ere et r´esistante (Fer-reira et al., 2004). La figure 2.6 est une photo d’un module du calorim`etre lors de l’int´egration. Chaque couche est orient´ee `a 90 degr´es par rapport
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a celle du dessus. De plus, la position du d´epˆot d’´energie dans le bar-reau est connue en comparant la diff´erence d’intensit´e lumineuse re¸cue