Structure détaillée

Les étages constituant une ligne d’ANTARES possèdent une flottaison propre, mais cela ne suffit pas à assurer leur verticalité. Une bouée placée à l’extrémité de la ligne permet de maintenir la tension verticale de toute la ligne. À l’autre extrémité de la ligne se trouve un poids mort qui fait office d’ancre posée sur le fond marin. C’est sur ce dernier que se trouve le connecteur, relié via l’intervention d’un ROV ou d’un bathyscaphe, à la boîte de jonction pour assurer d’une part l’alimentation de la ligne, et d’autre part le rapatriement des données. Le pied de ligne comprend de plus un émetteur-récepteur acoustique qui permet, s’il en reçoit l’injonction, de libérer la ligne de son ancre afin de la faire remonter en surface en cas de réparations ou d’un changement de ligne.

Les lignes sont composées de 25 étages rigides comportant une structure en titane. Au centre de cette armature se trouve le module local de contrôle (LCM pour Local Control Module) qui renferme, à l’abri de l’humidité et de la pression, toute l’électronique em-barquée nécessaire au bon fonctionnement de l’étage. Cette électronique comporte les éléments permettant de déterminer la position et l’orientation exacte de l’étage (compas et inclinomètre). Ce dispositif permet de mesurer en temps réel la position des modules optiques à 10 cm près. De manière similaire, le quatrième étage de chaque secteur pos-sède un module local de contrôle maitre (MLCM pour Master Local Control Module), faisant également office de LCM, qui centralise les données du secteur et transforme le

FIG.2.14: À gauche : Positions des 12 lignes composant le télescope ANTARES au30 Mai 2008.

À droite : Configuration générale du détecteur, lignes, étages, modules optiques, boîte de jonction, et transmission des données vers la surface.

signal électrique en signal optique. Comme cela a été décrit en 2.3.2, les trois OMs pro-tègent, à l’aide d’une sphère de verre résistante à la pression, les PMTs indispensables à la détection de la lumière ˇCerenkov. Une ligne mesurant près de 400 m, chaque étage est relié aux autres via un câble souple permettant de fléchir au gré des courants marins. Cette variation du positionnement doit être enregistrée à chaque instant afin de connaître par-faitement la configuration du réseau tridimensionnel de modules optiques qui permettront de reconstruire correctement les traces des muons (montants ou descendants). En plus du système de positionnement dans l’espace propre aux étages, chaque secteur possède éga-lement un hydrophone pour le positionnement acoustique. Ces derniers captent les ondes acoustiques émises par l’une des trois balises acoustiques placée au fond de la mer ou par l’un des émetteurs incorporés aux lignes. Ils permettent d’obtenir par triangulation la position de chaque hydrophone avec une précision de 3 cm. L’étalonnage en temps est ob-tenu de la détection de la lumière émise par quatre balises optiques (cylindre transparent contenant une source lumineuse isotrope émise par une trentaine de LEDs), installées sur les étages 2, 9, 15, 21 en leur sommet (voir en [230] pour de plus amples détails à leur sujet.). Une vue globale de la constitution d’un étage est présente en fig. 2.15.

Les OMs qui représentent les éléments de base du télescope, et dont une photogra-phie apparaît en fig. 2.16, sont composés d’une sphère de verre épaisse de 1.5 cm qui protège son contenu de la pression et de l’humidité régnant dans les profondeurs de la Méditerranée. Chaque OM renferme le PMT, l’alimentation haute tension et le système d’étalonnage en temps (une LED par OM, voir schéma en fig. 2.7). La transmissibilité

FIG.2.15: Représentation d’un étage avec son LCM (Local Control Module), ses trois modules

optiques, et l’ajout éventuel d’un système de LEDs en amont des étages2, 9, 15, 21

pour l’étalonnage temporel in situ.

des sphères dans le bleu (région principale du rayonnement ˇCerenkov) est supérieure à 95%. L’hémisphère situé à l’arrière du PMT est peinte en noir afin d’absorber les photons parasites et de minimiser les risques de réflexion interne. Afin d’assurer la continuité de l’indice optique, un gel de silicone assure le contact optique entre la sphère de verre et le phototube du PMT. L’indice optique du gel qui est de 1.404 fait le lien entre l’indice du verre de 1.47 et celui de l’eau de 1.35. De plus, ce gel permet d’assurer le maintien mécanique des phototubes. Enfin, afin de minimiser l’incidence du champ magnétique terrestre sur la réponse de PMTs, une cage en µ-métal, faisant office de cage de Faraday, est utilisée.

Les PMTs utilisés, les R7081-201, ont été fabriqués par Hamamatsu [117]. Ils pos-sèdent une photocathode de 10 pouces, en diamètre. L’une des principales caractéristiques d’un PM est sa dispersion en temps de transit des photoélectrons (TTS pour Transit Time Spread, voir en 2.3.2). Elle est dominée par la dispersion des temps de collection des charges de la première dynode pour différents points d’impact sur la photocathode. La moyenne mesurée des TTS des PMTs, c’est-à-dire la moyenne des écarts type du temps de transit, est de 1.3 ns.

Des mesures en laboratoires [231] ont permis de vérifier le comportement des mo-dules optiques. Un dispositif expérimental a été spécialement développé pour reproduire les conditions réelles de l’expérience. Le module optique a été immergé dans une cuve d’eau pure entre deux scintillateurs. Les scintillateurs détectent le passage d’un muon et déclenchent le système d’acquisition. Les muons sélectionnés étaient quasi verticaux, et ont permis de déterminer, entre autre, l’orientation la plus favorable des modules optiques afin de les détecter. Les résultats démontrent que la sensibilité du photomultiplicateur est

FIG.2.16: Photographie d’un module optique utilisé sur le télescope ANTARES.

maximale lorsque le photon arrive parallèlement à l’axe du module et il a ainsi été pos-sible de vérifier que l’angle ˇCerenkov des muons dans l’eau pure était de 43◦. Ces mesures ont de plus permis de vérifier que le nombre de photoélectrons diminue suivant l’inverse de la distance à la trace. Ces dernières conclusions apparaîssent en fig. 2.17.

La valeur de l’angle ˇCerenkov influe sur la géométrie du détecteur. Devant être sen-sibles aux trajectoires montantes, les modules optiques sont orientés à 45◦ vers le bas afin d’augmenter leur sensibilité aux photons ˇCerenkov des traces montantes verticales (voir (c " 42.2◦ en 2.3.1.2). Cette orientation permet de plus de couvrir un grand angle solide et de recouvrir les champs de vue de deux modules optiques afin de les utiliser en coïncidences locales.

FIG.2.17: À gauche : Nombre de photoélectrons détectés en fonction de l’angle entre la trace

et l’axe du phototube pour des muons passant à50 cm. Le maximum de la courbe se

situe pour un angle de43◦, ce qui correspond à l’angle ˇCerenkov. À droite : Nombre de

photoélectrons détectés par un phototube en fonction de la distance entre le phototube