Le Projet du laboratoire

La caractéristique principale du cerga est sa structure de laboratoire spatial ayant bien naturellement des relations étroites avec le cnes. Une importante activité de recherche y est développée en géodésie spatiale et mécanique orbitale, ainsi qu’une activité de développement instrumental spécifique à une mission spatiale (transfert de temps par lien laser). En support aux missions spatiales, prennent place une activité de traitement de données en astronomie et en géodésie ainsi qu’une activité de type service avec la télémétrie laser et les campagnes géodésiques, qui font du plateau de Calern un point de référence fondamental pour la géodésie.

A ce titre, le cergaa vocation à devenir un des premiers Observatoires Fondamentaux de la Géodésie, dont la création est envisagée dans une réflexion sur l'organisation de la géodésie en France menée au sein du Bureau des Longitudes.

SI l'on se projette dans un avenir proche, la prospective du laboratoire est dominée par quatre éléments :

- l'évolution des effectifs avec les départs en retraite massifs,

- les missions spatiales déjà décidées avec présence de PI au laboratoire,

- les missions en cours d'étude qui ne sont pas encore sélectionnées,

- le fonctionnement des grosses installations d'observation dans le cadre d'activités de service.
 

Évolution des effectifs

Il ne servirait rien de faire une prospective à quatre ans, si l'on n'examinait pas en premier lieu avec quels hommes et quelles femmes elle peut être entreprise.

L'âge médian du personnel chercheur au 1/07/99 est de 56.2 ans et celui des personnels techniques et administratifs de 52 ans. Les départs en retraite certains (décidés où limite d'âge) d'ici la fin 2000 ou courant 2001 s’élèvent à 4 chercheurs, 3 IR et un administratif. A cela s'ajoutent les personnes qui ont fait part de leur intention de faire valoir leur droit à la retraite à peu près dans les mêmes délais sans avoir mis en route une procédure, soit 3 chercheurs, 1 IR et un technicien. Trois autres chercheurs atteindront les 60 ans avant la fin 2001, mais à la date de ce rapport, ces personnes n'ont pas manifesté le souhait de partir à ce moment là.

Sans prendre en compte cette dernière catégorie, il y a donc 13 départs d'ici deux ans dans le laboratoire.

Avec sept chercheurs (6 Astronomes, 1cr) et quatre ingénieurs de recherche (1 ES, 3 cnrs) en moins, le laboratoire va se trouver privé d'une bonne partie de ses cadres de façon quasi-instantanée. Ceci sur un effectif actuel de 22 chercheurs (- 30%), 9 IR (-44%). Ce n'est pas une perturbation légère mais un véritable bouleversement que va vivre le cergaen quelques années.
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1. Axes de développement à quatre ans.

Système de référence terrestre, géodésie et dynamique spatiale, théorie de la gravitation

Le département s'est fortement impliqué durant ces cinq dernières années sur les objectifs suivants :

• l’étude de la Terre, de sa forme et de son champ de gravité, des causes et des prévisions de leurs variations temporelles à plusieurs échelles,
• la réalisation des systèmes de référence spatio-temporelle, grâce à l’exploitation des mesures de distance, soit de télémétrie laser soit d’altimétrie radar,
• la dynamique orbitale et la modélisation des forces conduisant à la trajectographie précises des satellites.

c’est-à-dire l’étude et la réalisation des références verticales, la définition et l’accès au mouvement du géocentre, par la combinaison de pratiquement toutes les techniques de la géodésie, spatiale ou non (laser, gps, doris, marégraphes). Le but est de parvenir, au niveau centimétrique, à une science plus concrète sur le niveau des mers, le champ de gravité et les phénomènes lentement variables en géodynamique. Une thèse commencera en 1999 sur ce thème.

L'équipe locale a atteint maintenant une pleine maturité sur l'ensemble des ces sujets et maîtrise de surcroît les outils théoriques nécessaires à ces travaux. Le plan de charge à quatre ans est considérable avec le lancement en 1999 de champ (étude du champ de gravité) et envisat (altimétrie), et celui de Jason-1 au printemps 2000 (altimétrie spatiale, océanographie), avec des chercheurs CoI ou PI dans ces missions.

Enfin, la mise en place des sites de calibration des altimètres, mettant en jeu de la télémétrie laser, du positionnement gps et doris, et un ensemble de marégraphes, est une activité de pointe dans le domaine de l’expérimentation en métrologie spatiale. Après la mise en place ces dernières années d’une synergie entre différents instituts (cnes, ign, shom) et secteurs de recherche (géodésie, géophysique), cette activité se prolongera grâce aussi à une collaboration accrue entre chercheurs des secteurs concernés.

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Métrologie du temps

Système de référence temporel, physique fondamentale

Bénéficiant de l'environnement exceptionnel du laboratoire en matière de télémétrie laser, d’optoélectronique et de son expertise en temps fréquence, le cergas'est engagé auprès du cneset de l'esa dans l'opération aces, avec la mise au point du segment sol de transfert de temps par lien laser (t2l2) et auprès du bipm dans la participation en mode opérationnel à un transfert de temps par voie radioélectrique indépendant du gps.

Pour atteindre ces objectifs dans les délais impartis (expérience sur la station spatiale en 2004), il faut renforcer le potentiel scientifique et technique autour de la métrologie du temps et amener la station horaire à un niveau de fiabilité compatible avec les besoins d'une expérience de test d'horloges ultra-stables dans l'espace. la technique t2l2 est novatrice et ouvre des perspectives nouvelles dans la métrologie du temps, tans sur le plan scientifique que sur le plan des applications. Les objectifs à court terme sont clairs, mais le développement et la diffusion de la méthode vers les autres laboratoires de temps fréquence dépendent beaucoup de l'expérience probatoire sur la station spatiale.

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Astrométrie spatiale

Système de référence céleste, physique stellaire, évolution galactique.

L'activité d'astrométrie spatiale a eu un rôle majeur durant les années de la mission hipparcos, non pas tant par le nombre de personnes directement impliquées mais par l'identité du laboratoire qui était attachée à cette mission, son importance pour une très large communauté et son rayonnement international. Enfin des projets de cette importance tire tout un laboratoire vers le haut et motivent les équipements communs (réseaux, administration). La mission gaia, si elle était décidée, peut avoir le même effet et c'est un enjeu formidable que de se positionner dans cette perspective.

Les effectifs d'aujourd'hui ne permettent pas de prétendre occuper dès maintenant la même place que sur Hipparcos, mais on peut espérer qu’autour d'un projet de cette ampleur il sera possible de recruter au moins deux chercheurs et deux informaticiens et de recréer une équipe importante de traitement des données et d'exploitation scientifique et ainsi tirer le meilleur parti de l'expérience acquise. Ceci ne concerne pas seulement le cergamais plus largement des chercheurs du département Fresnel de l'oca. Il y a sur l'observatoire un potentiel de compétences en astrométrie, physique stellaire, analyse de données et expérience en matière de management d'une mission spatiale qui permettrait de mettre en place un groupe très compétitif pour la mission gaia.

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Astronomie X

Formation et évolution des grandes structures, Physique des amas de galaxies, Cartographie X, Processus de Poisson.

L'analyse combinée de données en astronomie X et optique sur les amas de galaxies est l'objet depuis plusieurs années d'une collaboration étroite entre le DAPNIA/SAp (CEA) et le CERGA (données ROSAT, ASCA et bientôt AXAF).

A moyen terme, le futur observatoire spatial XMM (lancement prévu à l'horizon 2000) ouvre de grandes perspectives en astronomie X en donnant la possibilité d'effectuer de la spectroscopie résolue spatialement.

C'est un progrès déterminant pour l'analyse des amas de galaxies. Les performances attendues en spectro-imagerie X vont en effet permettre d'accéder a la détermination des variations radiales de la densité du gaz chaud intra-amas, de sa température et de sa métallicité, sur une gamme d'objets remontant à une époque où l'Univers n'avait qu'un tiers de son âge actuel. Ceci permettra de caractériser très précisément l'état dynamique des amas de galaxies et les processus physiques intervenant dans leur formation. Des retombées importantes sont attendues en cosmologie, au niveau de contraintes sur les scénarios de formation des structures à grande échelle de l'Univers, sur les paramètres cosmologiques ainsi que sur les modèles d'évolution.

L’équipe concernée du cerga est impliquée dans plusieurs programmes proposés sur XMM dont:

• la détection en X d'amas extrêmement lointains (coll. ESO, MPA) à partir de cibles candidates identifiées en optique,
• la cartographie détaillée d'amas en fusion, vraisemblablement en cours de formation.

L'analyse optimale de ces données passe par la mise en œuvre de méthodes d'analyse statistique nouvelles, prenant en compte la statistique de Poisson marquée, associée à la spectro-imagerie X. Un logiciel dédié, basé sur une approche multiéchelle, est en cours d'élaboration au CERGA, en collaboration avec le PI de l'instrument focal concerné (EPIC). Il sera mis à la disposition des utilisateurs des données obtenues avec le satellite XMM.

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Télémétrie laser

Laser et impulsions courtes, chronométrie, détection, fréquence et stabilité instrumentale

La télémétrie laser a sensiblement évolué ces dernières années, tant dans son rôle que dans ses performances. Par une amélioration de sa précision et la mise en place d'une meilleure coordination du réseau mondial des stations de poursuite, cette technique occupe une place unique pour la détermination des grandes longueurs d'onde du champ de gravité, l'observation des phénomènes lentement variables en géophysique et l'étalonnage, grâce à son exactitude, des techniques radioélectriques.

Les stations de télémétrie laser en France restent d’un intérêt majeur sur le plan de leur futur, comme l'ont montré récemment les campagnes d'étalonnage des altimètres de topex/Poseidon et ers et le recours à l'orbitographie laser comme outil de référence, même si cette méthode n'est pas en concurrence avec doris pour la densité des points intermédiaires. Il en est de même pour la réalisation et le maintien d’un repère de référence terrestre international, à un très haut niveau d’exactitude, dont la télémétrie laser fournirait le réseau de base à très grande maille.

Quant à la station laser-Lune ses objectifs restent clairs : tests des théories de la gravitation (pas d'alternative à l'heure actuelle pour le test du principe d'équivalence fort, et possibilité d'un gain d'un ordre de grandeur avec une meilleure distribution des observations dans les cinq années à venir), comparaisons des systèmes dynamiques et cinématiques, étude des librations lunaires et implications physiques S'y ajoutent maintenant l'observation des satellites lointains (gps, Glonass, Étalon), inaccessibles à la station laser-satellites dans sa configuration présente.

La demande au niveau international est forte pour la prolongation du développement de la technique laser (précision et stabilité accrues). Avec l'introduction en 1998 de l'ilrs (International Laser Ranging Service) et la mise en place à court terme d'un service lié à Glonass, comparable à ce qui existe pour le gps mais avec une bien plus forte implication du laser, cette technique est maintenant directement liée aux projets des systèmes de navigation.

Le programme Télémétrie 2000 de rénovation de la station laser satellites est un élément clé du dispositif qu’il faut faire aboutir dans les toutes prochaines années pour conserver la place des équipes françaises dans le secteur et assurer la fiabilité du segment sol de l’opération de transfert de temps par lien laser.

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Petites missions spatiales

La mission Picard de mesures de l'irradiance et du diamètre solaire doit être complétée au sol par des mesures simultanées du diamètre par l'instrument du Plateau de Calern. Une des bandes de longueur d'onde de picard a d'ailleurs été choisie dans cette optique. C'est clairement un objectif prioritaire pour l'astrométrie solaire afin d'évaluer l'importance des effets atmosphériques dans les mesures faites au sol et de préparer l'exploitation sur une longue période de l'instrument doraysol après la fin de la mission picard. L'installation d'un instrument semblable au modèle de vol au Plateau de Calern serait une bonne chose pour l'astrométrie solaire, mais en raison des moyens humains disponibles, n'est pas placé en priorité par le département, si cela devait être fait sans apport extérieur.

Les études sur une mission visant à tester en microgravité le principe d'équivalence ne mobilisent qu'un tout petit groupe pour le moment, mais en cas de sélection il conviendra de renforcer ce groupe. Au-delà de la mission MicroScope, cette implication est très prospective avec l'arrivée maintenant certaine de missions d'étude du champ de pesanteur par des méthodes gradiométriques, qui avaient fait l'objet de propositions françaises depuis de nombreuses années. Apparaît là un domaine nouveau pour la géodésie spatiale et l'expérience acquise avec la préparation, voire la réalisation, des missions d'accélérométrie différentielle, place le laboratoire en bonne position.

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1. Les besoins en postes

Priorités sur les postes techniques

• Un ingénieur en informatique scientifique niveau IR pour les activités d'analyse et de traitement en géodésie spatiale.
• Un ingénieur IR en instrumentation scientifique pour l’ensemble du projet astrométrie solaire et instrument Picard sol au Plateau de Calern.
• Un ingénieur IE en électronique et informatique instrumentale pour l'opération t2l2 au Plateau de Calern.
• Un ingénieur AI/IE en électronique et informatique instrumentale pour l'opération astrométrie solaire au Plateau de Calern.
• Un poste administratif à partir de 2002 pour compenser les départs de deux agents assurant des fonctions de secrétariat.

• Un chercheur dans le domaine de la métrologie du temps et des fréquences pour le développement et l'exploitation scientifique du transfert de temps.
• Un chercheur dans le domaine de la géodésie spatiale, pour le développement des activités liées à la géodynamique globale.
• Un chercheur dans le domaine des systèmes de référence d’espace, sur la valorisation des équipements français liés au positionnement par techniques spatiales et à la recherche de nouvelles méthodes de localisation et de navigation.
• Un chercheur au sein du groupe Amas et Galaxies en liaison avec les missions spatiales cosmologiques et le traitement des données X.
• Enfin, des affichages de postes de façon à assurer la politique à long terme de l’établissement en matière d’études des références d’espace et de temps, terrestres et spatiales.
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1. Les Moyens Généraux

• En premier lieu il y a les moyens informatiques, et plus particulièrement le réseau interne et l'accès au monde extérieur par des liaisons fiables et à haut débit. En raison d'une activité départementale sur les trois sites de l'Observatoire les liaisons internes sont fondamentales pour donner à l'établissement oca une réalité dans la vie quotidienne. A ce titre la liaison entre le site de Grasse et celui de Calern doit permettre une activité totalement délocalisée, c'est à dire que l'implantation effective des personnes ne devrait par être liée à des questions informatiques.
• Le débit actuel ne répond pas à ce souhait, et ne permet pas a des équipes scientifiques des implantations mixtes : le site d'observation pour l'acquisition des données et le site de Grasse pour les travaux d'analyse, voire de développement de petites instrumentations. Le cergaen tant qu'unité est demandeur d'une augmentation conséquente du débit avec le Plateau de Calern. Enfin avec une liaison vers l'extérieur à 512 kb/s, la situation actuelle n'est pas très prospective et le passage à un minimum de 2 ou 4 Mb/s est nécessaire pour rester dans la norme des grands laboratoires et d'envisager des regroupements d'équipes à Grasse.
• En second lieu viennent les moyens communs venant en support de l'activité scientifique, comme les bibliothèques ou encore toute l'infrastructure de la vie végétative du Plateau de Calern, impliquant des moyens humains relativement important pour le fonctionnement de l'hôtellerie, l'accueil, la cantine et bien sur les moyens techniques. Ces derniers comprennent l'atelier de mécanique, les services d'entretien des bâtiments et de la voirie.

Enfin, les moyens de transport entre les sites doivent être maintenus à leur niveau actuel avec un plan de remplacement régulier des véhicules anciens. Les observations, qu'elles soient diurnes ou nocturnes, ne sont pas régulières et leur organisation passe par la disponibilité garantie de véhicules surs et révisés régulièrement. Les liaisons entre les sites devraient toutes pouvoir être effectuées au moyen de véhicules de service, ce qui est loin d'être le cas aujourd'hui.