probabilit´e de d´etection dans une configuration en fonction de la position de la tache focale

est alors la convolution de la r´eponse du d´etecteur (simulations pr´ec´edentes,P

(x, y)) par

la la r´eponse lentille (ρ(x, y)) :P

(x

, y

) =RR

P

(x−x

, y−y

)ρ(x, y)dxdy. D’apr`es les

r´esultats de simulation du §2.3.4 page 91, pour des d´epointages “raisonnables” (inf´erieurs

diffract´ee (voir les figures 2.41 page 96). Les figures 3.13(b) page 127 et 3.14(b) page

pr´ec´edente montrent le r´esultat de cette convolution en prenant comme r´eponse de la

lentille, la distribution spatiale correspondant `a 30 secondes d’arc de d´epointage. Ces

graphiques repr´esentent donc la probabilit´e de d´etection dans une configuration donn´ee

en fonction de la position de la tache focale sur le d´etecteur.

Concernant les ´ev`enements simples (fig. 3.13(b)), lorsque la lentille est parfaitement

centr´ee sur le d´etecteur, la tache focale correspond quasiment `a la taille du d´etecteur , avec

une efficacit´e maximale d’environ 60%. Le signal tend n´eanmoins `a s’att´enuer fortement

avec la distance, la probabilit´e de d´etection n’´etant plus que d’environ 30% `a 7 mm du

centre. Remarquons aussi que de par la sym´etrie de r´evolution de la r´eponse de la lentille,

les contours d’iso-efficacit´e du d´etecteur “convolu´e” s’ajustent mieux `a un cercle qu’`a un

carr´e (g´eom´etrie “physique” du d´etecteur). Ces consid´erations nous seront tr`es utiles lors

de l’analyse des donn´ees du vol.

En consid´erant uniquement la distribution spatiale de l’efficacit´e des ´ev`enements doubles,

leur tr`es bonne localisation (1 `a 2 mm) en bordure de d´etecteurs pouvait laisser penser `a

une utilisation possible pour l’analyse. En effet, le bruit de fond des ´ev`enements doubles

est tr`es bas et une efficacit´e d’environ 6% dans une r´egion peut ˆetre suffisante pour une

d´etection (`a condition bien sˆur que le temps d’exposition soit suffisant dans cette r´egion).

N´eanmoins, apr`es convolution, l’efficacit´e de d´etection est largement plus basse et ´etendue

dans une vaste r´egion (voir fig.3.14(b)). Mˆeme avec des niveaux de bruit bien plus bas,

ces efficacit´es doubles sont trop faibles pour am´eliorer une ´eventuelle d´etection par les

´ev`enements simples.

3.3.2 Le blindage

Le flux gamma “ambiant” est principalement dˆu aux interactions du rayonnement

cosmique (particules charg´ees) avec le mat´eriel environnant (air, sol, d´etecteur lui-mˆeme,

etc.). Le niveau de bruit de fond ainsi produit est g´en´eralement beaucoup plus important

que le signal astrophysique. Afin de r´eduire ce niveau dans le d´etecteur, il est n´ecessaire

de rejeter les photons ne provenant pas du champ de vue de l’instrument. Le moyen le

plus simple est ´evidemment de bloquer les photons “ind´esirables” (obstruction passive).

N´eanmoins, si cette protection est facile `a mettre en œuvre en optique, elle n´ecessite une

grande quantit´e de mat´eriaux denses pour stopper les rayons gamma, mat´eriaux qui sont

eux-mˆemes des sources de bruit de fond. Une solution consiste `a “d´etecter” le passage

des photons ne provenant pas du champ de vue, et `a rejeter les ´ev`enements enregistr´es en

co¨ıncidence. Dans les paragraphes suivants, nous allons exposer plus en d´etail ce probl`eme

du bruit de fond et pr´esenter les solutions de blindage passif/actif retenues pour les vols

CLAIRE.

3.3.2.1 Le probl`eme du bruit de fond

L’atmosph`ere ´etant opaque aux rayons gamma, il est n´ecessaire de placer les

instru-ments d’observation dans la stratosph`ere ou mˆeme dans l’espace. A ces altitudes, les

d´etecteurs (et le mat´eriel environnant) sont soumis `a des flux intenses de rayonnements

cosmiques. D`es lors, la d´etection de sources astrophysiques faibles dans des signaux

do-min´es par le bruit de fond n´ecessite une bonne compr´ehension de ce dernier. L’´etude fine

du bruit de fond des d´etecteurs constitue encore une part essentielle de la recherche en

astrophysique des rayonnements gamma. La mise ne place d’un blindage entourant les

d´etecteurs permet de bloquer les photons ne provenant pas du champ de vue. Ce blindage

est d’autant plus efficace vis-`a-vis des rayonnements “ext´erieurs” que son ´epaisseur est

im-portante, mais dans le mˆeme temps, l’augmentation de l’´epaisseur de blindage augmente

la part de bruit produit localement.

Les particules primaires irradiant l’ensemble du satellite sont les photons et les

parti-cules charg´ees du rayonnement cosmique. Leurs contributions produisent la superposition

d’un spectre continu et d’un spectre de raies. Ces spectres peuvent ˆetre d´ecrits par les

composantes suivantes ([Gehrels, 1992], [Jean, 1996, p. 36]) :

Fig.3.15: Interactions responsables du bruit de fond continu. Adapt´e d’apr`es Jean [1996,

p. 38].

Continuum

Les paragraphes suivants pr´esentent les principales sources de bruit de fond continu.

Les num´eros entre parenth`eses se rapportent `a ceux de la figure 3.15.

Flux de champ de vue (1) Cette composante du bruit de fond est due aux photons

passant par l’ouverture de l’instrument et absorb´es par les d´etecteurs. Pour les

instru-ments spatiaux (hors pointage Terre), son origine est le diffus gamma cosmique ainsi que

les rayons diffus´es par l’atmosph`ere. En vol ballon, la contribution cosmique est

modu-l´ee par l’´epaisseur d’air sur la ligne de vis´ee et d´epend donc de l’´el´evation du t´elescope

(contribution maximale au z´enith). De mˆeme, la contribution atmosph´erique est d’autant

plus forte que l’´epaisseur d’air est importante, c.`a.d une ´el´evation faible.

Diffusion ´elastique des neutrons (2) Des neutrons secondaires sont g´en´er´es par les

r´eactions nucl´eaires induites par les protons du rayonnement cosmique dans les diff´erents

mat´eriaux environnant. Ces neutrons peuvent traverser le blindage et c´eder une partie de

leur ´energie `a un noyau de Ge par collision ´elastique (recul du noyau).

Fuites du blindage (3,4,5) Le blindage (qu’il soit actif ou passif) n’est pas

totale-ment opaque aux photons gamma qui peuvent parfois le traverser sans ˆetre stopp´es et/ou

d´etect´es, et d´eposer tout ou partie de leur ´energie dans les d´etecteurs. Ces photons sont

produits essentiellement par le diffus cosmique et les protons interagissant avec

l’instru-ment, la plate-forme, l’atmosph`ere, . . .

D´ecroissances radioactives (β) (6,7) L’activation des noyaux de Ge par les protons