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Dissertations / Theses on the topic 'Onde gravitationnelles'
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Le, Bars Julien. "Etude du bruit quantique dans la détection interférométrique des ondes gravitationnelles." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066200.
Full textAbstract:
La construction de la première génération d’interféromètres à ondes gravitationnelles est maintenant achevée et d’importants efforts internationaux portent sur leur perfectionnement pour les convertir en de véritables observatoires. Le bruit quantique sera une des principales limitations de ces instruments. Il a pour origine les fluctuations quantiques de phase et d’intensité de la lumière laser utilisée. Ma thèse consiste en la réalisation d’un modèle numérique de ce bruit. Le code repose sur des modules élémentaires quantiques permettant une application facile aux diverses configurations d’interféromètre. Chaque module individuel décrit la transformation des fluctuations quantiques par l’élément optique correspondant. Il existe sous deux représentations : une représentation de diffusion donnant accès au relation d’entrée sortie et donc à la sensibilité et une représentation de transfert utilisé pour l’assemblage des éléments individuels. Le code intègre des opérations canoniques comme le passage réciproque d’une représentation à l’autre et l’algèbre d’assemblage des éléments optiques. Le code intègre aussi l’estimation des bruits de perte d’origine également quantique et les bruits classiques. Il permet ainsi de déterminer la sensibilité des interféromètres de configuration semblable à VIRGO ou LIGO de tester diverses techniques de réduction du bruit quantique comme l’injection d’états comprimés du champ ou la détection homodyne. Des effets de couplage entre les deux cavités constituant les bras de l’interféromètre peuvent également être utilisés pour améliorer la sensibilité autour de certaines fréquences.
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Drezen, Christine. "Utilisation de caméras CCD pour le contrôle du détecteur d'ondes gravitationnelles VIRGO : élaboration d'une interface VME et analye d'images." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10147.
Full textAbstract:
Virgo est un interferometre kilometrique concu pour la detection des ondes gravitationnelles. Ses miroirs suspendus doivent etre controles en permanence afin d'assurer un fonctionnement optimal du detecteur. Puisque l'interferometre doit fonctionner 24 heures sur 24, le dispositif necessite un controle efficace de la position des optiques et l'analyse des formes de faisceaux pendant l'alignement ou le realignement. Un tel controle doit s'exercer en temps reel et doit s'integrer dans le systeme complexe d'asservissement de l'interferometre. Cette these decrit le systeme d'imagerie constitue d'une camera ccd, d'une interface vme et des outils logiciels associes. Leurs applications au controle local des objets suspendus et a l'alignement initial de l'interferometre est presente. Le controle local qui mesure les six degres de liberte d'un miroir suspendu, par rapport a un systeme de reference local, est detaille. Ce controle est essentiellement applique a la memorisation des positions des miroirs ainsi qu'a l'amortissement de leurs mouvements pendulaires. L'analyse d'images est utilisee au demarrage de l'alignement de l'interferometre. Elle controle la position des impacts de faisceaux sur les miroirs. Le modele est teste sur un dispositif experimental et par simulation.
3
Lassus, Antoine. "Méthode de détection de sources individuelles d'ondes gravitationnelles par chronométrie d'un réseau de pulsars : application aux données de l'EPTA." Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01017215.
Full textAbstract:
L'existence des ondes gravitationnelles, fluctuations de l'espace-temps lui-même, a été prédite sans, pour l'instant, qu'une détection directe n'ait été encore possible. A l'heure actuelle, des méthodes consistant en des détecteurs interférométriques de plusieurs kilomètres de long sont à l'oeuvre pour permettre une première détection. Nous proposons, dans cette thèse, d'étudier une autre méthode : la chronométrie d'un réseau de pulsars milliseconde. Elle consiste en l'observation régulière et la datation précise des impulsions radio en provenance de pulsars ultrastables. L'onde gravitationnelle produisant retards ou avances des impulsions sur Terre, nous recherchons sa présence sous forme d'un signal corrélé entre les observations faites des différents pulsars du réseau. Dans un premier temps, nous détaillons les processus d'observation et de chronométrie des pulsars, pour nous pencher sur un cas particulier avec le pulsar J1614-2230. Puis, nous présentons les ondes gravitationnelles et leurs sources ainsi que les différentes méthodes de détection. Nous décrivons tout particulièrement la méthode de chronométrie d'un réseau de pulsars appliquée à la recherche d'un signal en provenance d'un système binaire de tous noirs supermassifs. Ensuite, après avoir détaillé les outils statistiques et numériques utilisés, nous appliquons notre méthode à l'injection d'un tel signal dans les observations réelles faites dans le cadre de l'EPTA. Enfin, nous présentons les limites supérieures sur l'amplitude d'un signal en provenance d'un système binaire obtenues sur ces données sans injection grâce à notre méthode en fonction de la fréquence et de la position de la source.
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Grave, Xavier. "Etude de methodes pour la recherche, avec le detecteur virgo d'ondes gravitationnelles emises par des etoiles a neutrons." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112105.
Full textAbstract:
Le but de l'experience virgo est la detection des ondes gravitationnelles. L'objet de cette these est l'etude de methodes pour la recherche de signaux emis par des etoiles a neutrons ainsi que l'etalonnage du detecteur. Dans une premiere partie, l'etoile a neutrons et son emission d'ondes gravitationnelles, sont presentees. Ensuite le detecteur, les principales sources de bruits, ainsi que la solution adoptee pour l'etalonnage sont decrits. Puis dans une seconde partie la modelisation des effets dus aux mouvements de la terre (effet doppler, modulation d'amplitude) est decrite. Leurs consequences sur le rapport signal sur bruit sont determinees. Les deux derniers chapitres sont consacres aux algorithmes de recherche de signaux periodiques. Tout d'abord le cas ou la position de la source est connue est presente. Le ralentissement de la rotation de la source et la correction de cet effet sont decrits. La correction de l'effet doppler est aussi detaillee. De meme le probleme de la gestion du gigantesque flot de donnees a traiter est aborde et une solution y est apportee. Finalement la difficulte de recherche multidirectionnelle est presentee. Des prototypes d'algorithmes hierarchiques sont aussi evalues.
5
Delva, Pacôme. "Outils pour la gravitation expérimentale et applications aux interféromètres et cavité à ondes de matières." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066417.
Full textAbstract:
La gravitation expérimentale a connu des développements spectaculaires ces vingt dernières années en partie grâce aux développements de la physique atomique. A l'aide de techniques de refroidissement sophistiquées, il est possible d'exploiter le comportement ondulatoire de la matière. L'interférométrie atomique est devenue une méthode de fabrication d'horloges et de senseurs inertiels parmi les plus précis et la condensation de Bose-Einstein permet l'observation de phénomènes quantiques macroscopiques. Dans cette thèse, nous explorons quelques applications possibles des ondes de matière pour les expériences de gravitation en champ faible. En première partie, nous développons des outils génériques pour la description théorique des expériences en relativité générale. Nous les appliquons dans la seconde partie : nous calculons la sensibilité des interféromètres à ondes de matière à l'effet Lense-Thirring, puis aux ondes gravitationnelles, et nous les comparons aux interféromètres laser. Enfin nous calculons la probabilité de changement d'état d'une cavité à onde de matière en interaction avec une onde gravitationnelle.
6
Bacon, Philippe. "Graphes d'ondelettes pour la recherche d'ondes gravitationnelles : application aux binaires excentriques de trous noirs." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC113/document.
Full textAbstract:
En décembre 2015, les détecteurs LIGO ont pour la première fois détecté une onde gravitationnelle émise lors de la coalescence d'une paire de trous noirs il y a de cela 1.3 milliards d'années. Une telle première dans la toute nouvelle astronomie gravitationnelle a été suivie par plusieurs autres observations. La dernière en date est la fusion de deux étoiles à neutron dont la contrepartie électromagnétique a pu être observée par plusieurs observatoires à travers le monde. A cette occasion, les ondes gravitationnelles se sont inscrites dans l'astronomie multi-messager. Ces observations ont été rendues possibles par des techniques avancées d'analyse de données. Grâce à elles, la faible empreinte laissée par une onde gravitationnelle dans les données de détecteurs peut être isolée. Le travail de cette thèse est dédié au développement d'une technique de détection d'ondes gravitationnelles ne reposant que sur une connaissance minimale du signal à isoler. Le développement de cette méthode consiste plus précisément à introduire une information sur la phase du signal d'onde gravitationnelle selon un contexte astrophysique déterminé. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation de la méthode. Dans une seconde partie cette méthode est appliquée à la recherche de signaux d'ondes gravitationnelles en provenance de systèmes binaires de trous noirs de masse stellaire dans du bruit Gaussien. Puis l'étude est répétée dans du bruit de détecteurs collecté pendant la première période de prise de données. Enfin la troisième partie est dédiée à la recherche de binaires de trous noirs dont l'orbite montre un écart à la géométrie circulaire, ce qui complexifie la morphologie du signal. De telles orbites sont qualifiées d'excentriques. Cette troisième analyse permet d'établir de premiers résultats quant à la méthode proposée lorsque le signal d'intérêt est peu connuIn december 2015 the LIGO detectors have first detected a gravitational wave emitted by a pair of coalescing black holes 1.3 billion years ago. Many more observations have been realised since then and heralded gravitational waves as a new messenger in astronomy. The latest detection is the merge of two neutron stars whose electromagnetic counterpart has been followed up by many observatories around the globe. These direct observations have been made possible by the developpement of advanced data analysis techniques. With them the weak gravitational wave inprint in detectors may be recovered. The realised work during this thesis aims at developping an existing gravitational wave detection method which relies on minimal assumptions of the targeted signal. It more precisely consists in introducing an information on the signal phase depending on the astrophysical context. The first part is dedicated to a presentation of the method. The second one presents the results obtained when applying the method to the search of stellar mass binary black holes in simulated Gaussian noise data. The study is repeated in real instrumental data collected during the first run of LIGO. Finally, the third part presents the method applied in the search for eccentric binary black holes. Their orbit exhibits a deviation from the quasi-circular orbit case considered so far and thus complicates the signal morphology. This third analysis establishes first results with the proposed method in the case of a poorly modeled signal
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Ritter, Patxi. "Ondes gravitationnelles et calcul de la force propre pour un astre compact en mouvement autour d'un trou noir super-massif." Thesis, Orléans, 2013. http://www.theses.fr/2013ORLE2038/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des ondes gravitationnelles et du mouvement relativiste associés aux systèmes binaires à grand rapport de masses (Extreme Mass Ratio Inspiral - EMRI). Ces systèmes sont formés d'un trou noir super massif autour duquel gravite un objet compact de masse stellaire. Dans le formalisme de la théorie perturbative des trous noirs, on développe une méthode numérique qui calcule les formes d'ondes produites par une particule ponctuelle en orbite autour d'un trou noir de Schwarzschild. Il s'agit de résoudre l'équation d’onde de Regge-Wheeler-Zerilli dans le domaine temporel dont la solution, invariante de jauge, peut être reliée aux modes de polarisation, à l'énergie et au moment cinétique emporté par les ondes gravitationnelles. En réaction à l'énergie et au moment perdu, la trajectoire de la particule est affectée au cours du temps. Dans le cadre du formalisme de MiSATaQuWa, on calcule la force propre agissant sur une particule, initialement au repos, est en chute libre sur un trou noir de Schwarzschild. Nous montrons comment cette quantité est définie dans la jauge de Regge-Wheeler par le biais de la régularisation mode-sum. L'effet de la force propre sur le mouvement de la particule est ensuite pris en compte de façon itérative et auto-consistante grâce à un algorithme utilisant une méthode d'orbites osculatrices que nous avons développé. Nous quantifions cet effet en calculant soit la déviation orbitale par rapport au mouvement géodésique, soit les formes d'ondes perturbées et l'énergie rayonnée associéeThis thesis focuses on modelling the gravitational waves and the relativistic motion associated to Extreme Mass Ratio Inspiral (EMRI) systems. These systems consist of a stellar mass compact object gravitationally captured by a super-massive black hole. In black hole perturbation theory, we further develop a numerical method which computes waveforms generated by a point mass particle orbiting a Schwarzschild black hole. The Regge-Wheeler-Zerilli wave equation is solved in time domain. The gauge invariant solution is related to the polarisation modes, the energy and the angular momentum carried by the gravitational waves. In reaction to the energy and the moment lost, the trajectory is modified all along. In the MiSaTaQuWa formalism, we compute the self-force acting upon a point particle which is initially at rest, and then falling into a Schwarzschild black hole. We show how this quantity is defined in the Regge-Wheeler gauge by using the mode-sum regularisation technique. We take into account the self-force effect on the motion of the particle by using an iterative and osculating orbit method conceived herein. We quantify the orbital deviation with respect to the geodesic motion, but also the perturbed wave forms and the associated radiated energy
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Pierra, Grégoire. "Cosmologie avec les sirènes sombres et populations de binaires de trous noirs avec les ondes gravitationnelles de LIGO-Virgo-KAGRA." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. http://www.theses.fr/2024LYO10162.
Full textAbstract:
Les ondes gravitationnelles constituent une nouvelle sonde pour explorer l’Univers et étudier des phénomènes cosmiques jusque-là inaccessibles. Cette thèse se base sur des données d’ondes gravitationnelles récoltées par les détecteurs de la collaboration scientifique LIGO-Virgo-KAGRA. La première partie de ce travail porte sur la cosmologie avec les sirènes sombres, une méthode qui utilise les fusions de trous noirs pour mesurer les distances cosmologiques et inférer la valeur de la constante de Hubble, sans nécessiter de contrepartie électromagnétique. Elle présente également ICAROGW, un code d’inférence bayésienne hiérarchique, utilisant les données d’ondes gravitationnelles et des modèles décrivant les propriétés astrophysiques des trous noirs, comme leurs masses, leurs distances ou encore leurs spins, pour mesurer la constante de Hubble. La deuxième partie de cette étude teste particulièrement la robustesse des sirènes sombres pour la cosmologie. Elle explore l’impact des modèles de population de trous noirs sur l’estimation de la constante de Hubble, tout particulièrement lorsque certains processus astrophysiques ne sont pas modélisés. La troisième partie s’attache à la recherche et à l’identification de sous-populations de binaires de trous noirs dans l’univers. Elle examine la manière dont différents canaux de formation peuvent influencer les caractéristiques intrinsèques de ces objets compacts, notamment à travers les corrélations potentielles entre leur masse et leur spin. L’existence de ces corrélations serait révélatrice de la présence de sous-populations de trous noirs, comme les trous noirs hiérarchiques issus de coalescences précédentes. Enfin, le manuscrit se termine par une étude sur l’utilisation de méthodes de machine learning pour améliorer la qualité des données de l’interféromètre Virgo et détecter la présence de bruits non-gaussiens. Ces travaux explorent également l’intégration potentielle des résultats d’iDQ dans les algorithmes de détection des signaux d’ondes gravitationnelles, visant ainsi à renforcer le niveau de confiance dans ces détectionsGravitational waves constitute a new probe for exploring the Universe and studying cosmic phenomena that were previously inaccessible. This thesis is based on gravitational wave data collected by the LIGO-Virgo-KAGRA scientific collaboration detectors. The first part of this work focuses on cosmology with dark sirens, a method that uses binary black hole mergers to measure cosmological distances and infer the value of the Hubble constant, without requiring an electromagnetic counterpart. It also presents ICAROGW, a hierarchical Bayesian inference code that uses gravitational wave data and models describing the astrophysical properties of black holes, such as their masses, distances, and spins, to estimate the Hubble constant. The second part of this study tests in particular the robustness of the dark siren method for cosmology. It explores the impact of binary black hole population parameterization on the estimation of the Hubble constant, especially when certain astrophysical processes are not modelled. The third part focuses on the search and identification of subpopulations of binary black holes in the universe. It examines how different formation channels can influence the intrinsic characteristics of these compact objects, particularly through po- tential correlations between their mass and spin. The existence of these correlations would be indicative of the presence of subpopulations of black holes, such as hierarchical black holes, resulting from previous mergers. Finally, the manuscript concludes with a study on the use of machine learning methods to improve the quality of the Virgo interferometer data and detect the presence of non-Gaussian noises. This work also explores the potential integration of iDQ results into gravitational wave signal detection algorithms, thereby aiming to strengthen the confidence level in these detections
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Lamine, Brahim. "Effets physiques des ondes gravitationnelles : décohérence gravitationnelle des interféromètres et décohérence du mouvement de la Lune." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066554.
Full text
10
Delva, Pacôme. "Outils théoriques pour la gravitation expérimentale et applications aux interféromètres et cavités à ondes de matière." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00268764.
Full textAbstract:
La gravitation expérimentale a connu des développements spectaculaires ces vingt dernières années en partie grâce aux développements de la physique atomique. A l'aide de techniques de refroidissement sophistiquées, il est possible d'exploiter le comportement ondulatoire de la matière. L'interférométrie atomique est devenue une méthode de fabrication d'horloges et de senseurs inertiels parmi les plus précis et la condensation de Bose-Einstein permetl'observation de phénomènes quantiques macroscopiques. Dans cette thèse, nous explorons quelques applications possibles des ondes de matière pour les expériences de gravitation en champ faible. En première partie, nous développons des outils génériques pour la description théorique des expériences en relativité générale. Nous les appliquons dans la seconde partie: nous calculons la sensibilité des interféromètres à ondes de matière à l'effet Lense-Thirring, puis aux ondes gravitationnelles, et nous les comparons aux interféromètres laser. Enfin nous calculons la probabilité de changement d'état d'une cavité à onde de matière en interaction avec une onde gravitationnelle.
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Benabed, Karim. "Effets de lentille gravitationnelle sur le rayonnement de fond cosmique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001288.
Full textAbstract:
On s'intéressera, dans ce mémoire, à certains aspects phénoménologiques de l'évolution des grandes structures de l'univers, dans le cadre des modèles inflationnaires. La relativité générale prédit que le trajet des rayons lumineux est perturbé par les puits de potentiels gravitationnels ; on appelle ce phénomène, effet de lentille gravitationnelle. On donnera une description très précise de cet effet sur la lumière du rayonnement de fond micro-onde, les anisotropies de sa température et sa polarisation. Pour ce faire, après avoir exposé les grandes lignes du modèle, on rappellera comment se calculent les anisotropies de température et la polarisation ainsi que les propriétés de l'évolution des grandes structures. Le calcul de l'effet de lentille gravitationnelle sera aussi rappelé en détail. On sera ainsi en mesure d'étudier l'effet de lentille gravitationnelle sur le rayonnement de fond dans deux régimes : celui fort, dans le cas d'un effet induit par une corde cosmique, et celui faible où les sources sont les grandes structures de l'univers. On montrera, dans ce dernier cas, que température et polarisation du rayonnement de fond portent des informations sur l'histoire des grandes structures entre aujourd'hui et son époque d'émission. On exposera et l'on caractérisera une technique particulièrement prometteuse visant à extraire cette information, et qui consiste à comparer rayonnement de fond et relevés de forme des champs galactiques d'arrière plan. On étudiera aussi les enseignement que peuvent apporter ce genre d'observables sur le modèle cosmologique. Enfin, on s'attardera sur une classe de modèles exotiques dans laquelle la constante cosmique est remplacée par une composante nouvelle, la quintessence. On étudiera l'évolution des grandes structures dans ces modèles et on en tirera les conséquences phénoménologiques sur l'effet de lentille gravitationnelle.
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Regimbau, Tania. "Etoiles à neutrons et ondes gravitationnelles." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00122061.
Full textAbstract:
Nous présentons des synthèses de populationspermettant de retrouver les propriétés statistiques de la population
réelle des pulsars radio galactiques à partir de l'échantillon
observé biaisé par des effets de sélection. Nous confirmons que
les étoiles à neutrons ne naissent pas en majorité comme des
rotateurs rapides et que le champ magnétique ne subit pas de dissipation
notable pendant la phase pulsar. La connaissance de la population totale
nous permet d'une part d'étudier la sous-population des magnétars et
d'autre part de modéliser la contribution des pulsars à
l'émission gravitationnelle (galactique et extra-galactique) et d'en
déduire sa détectabilité par les antennes
interférométriques comme VIRGO. La connaissance des
propriétés statistiques de la population détectable par VIRGO
nous permet d'optimiser la recherche individuelle dans l'espace des
paramètres (fréquences et directions du ciel). Quant au fond de
rayonnement gravitationnel stochastique d'origine astrophysique, nous
montrons qu'il pourrait être détecté dès la deuxième
génération d'interféromètres en corrélant entre eux deux
détecteurs.
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Ejlli, Damian. "Ondes gravitationnelles de l'Univers primordial et leur détection." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077265.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions plusieurs aspects concernant la nature des ondes gravitationnelles et leur détection. Les ondes gravitationnelles dans les jours présents sont l'objet d'intenses études théoriques et sont intéressants du point de vue de la détection. À l'heure actuelle, il ya plusieurs détecteurs visant la détection de nombreux objets compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs. Dans le cadre de ce que, dans cette thèse, nous étudions les émissions de gravitons par les trous noirs primordiaux dans l'univers primitif et prévoir leur spectre. Après le Bing-Bang la densité du plasma primordial qui compose l'univers était trop élevé et la probabilité d'effondrement gravitationnel de la matière en objet compact, à savoir les trous noirs auraient pu être élevé. Une fois que ces objets sont formées, elles commencent à interagir efficacement entre chaque gravitons électroluminescentes autres par plusieurs mécanismes. Nous étudions d'émission de lumière par graviton trous noirs primordiaux à la suite de la diffusion quantique et classique entre eux, l'émission de gravitons par les systèmes binaires de trous noirs primordiaux et l'évaporation graviton à travers le mécanisme Hawking. Le spectre des gravitons émis est assez large à partir de la partie inférieure de quelques Hz et fin à des fréquences très élevées au-dessus du GHz. Le spectre prédit peut être révélé par des interféromètres spatiaux tels que prévus DECIGO dans la partie inférieure de celui-ci. La partie haute fréquence du spectre est difficile à observer car il n'y a pas un tel détecteurs sensibles élevées afin de le détecter. En raison de cette difficulté, nous avons construit une nouvelle façon pour l'observer à travers le mécanisme du graviton à oscillation photon. Ce mécanisme est possible chaque fois qu'un couple d'ondes gravitationnelles à un champ magnétique de fond et comme un résultat est généré un non trivial tenseur énergie-impulsion qui serpente l'espace-temps. Basé sur les limites actuelles de la force de champ magnétique à grande échelle nous prévoyons un fond électromagnétique isotrope d'origine extragalactique qui pourrait remplir l'univers. Dans un tel contexte se pose en raison du fait que les gravitons s'évapore grâce trous noirs primordiaux pourrait osciller en photons dans le champ magnétique. De plus, nous montrons que ce contexte peut être le composant principal de la Cosmic X-ray de référence pour des trous noirs massifs ou même l'expliquer sans nécessiter AGN obscurcisIn this thesis we study several aspects regarding the nature of gravitational waves and their detection. Gravitational waves in the present days are object of intensive theoretical studies and are interesting from the detection point of view. At present there are several detectors aiming their detection from many compact objects such as neutron stars and black holes. In connection with that, in this thesis we study graviton emission by primordial black holes in the early universe and predict their spectrum. After the Bing Bang the density of the primordial plasma which composed the universe was too high and the probability of gravitational collapse of malter into compact object, namely black holes could have been high. Once these objects are being formed they start interacting effectively between each other emitting gravitons by several mechanisms. We study graviton emission by light primordial black holes as a result of quantum and classical scattering between them, graviton emission by binary systems of primordial black holes and graviton evaporation through Hawking mechanism. The spectrum of emitted gravitons is quite wide starting from the lower part of few Hz and ending at very high frequencies above the GHz. The predicted spectrum could be reveled by planned space interferometers such as DECIGO in the lower part of it. The high frequency part of the spectrum is difficult to observe because there are no such a high sensitive detectors in order to detect it. Because of this difficulty we constructed a new way in order to observe it through the mechanism of graviton to photon oscillation. This mechanism is possible whenever a gravitational wave couples to a background magnetic field and as a result is generated a non trivial energy-momentum tensor which curves the space-time. Based on present day limits on the strength of large scale magnetic field we predict an isotropic electromagnetic background of extragalactic origin which could fill the universe. Such a back-ground arises due to the fact that gravitons evaporated by primordial black holes could oscillate into photons in magnetic field. Moreover we show that this background can be the main component of the Cosmic X-ray Background for massive black holes or even explain it without requiring obscured AGNs
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Bohé, Alejandro. "Production d'ondes gravitationnelles par les cordes cosmiques avec jonctions." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077203.
Full textAbstract:
Les cordes cosmiques sont des objets prédits dans de nombreux modèles visant à décrire l'univers primordial mais n'ont jusqu'ici jamais été observées. Une des pistes les plus prometteuses pour y parvenir repose sur le fait qu'elles émettent des sursauts d'ondes gravitationnelles (lors d'événements drastiques sur les cordes appelés cusps et kinks) qui pourraient être détectés par la génération actuelle d'interféromètres terrestres (LIGO-VIRGO) ou par le futur interféromètre spatial LISA. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une classe particulière de modèles de cordes cosmiques dans lesquels des jonctions (des points où plusieurs cordes sont attachées) peuvent se former. Nous présentons tout d'abord la formation et l'évolution des cordes avec et sans jonctions. Nous montrons que les cordes avec jonctions contiennent en général beaucoup plus de kinks que les cordes standard. Par conséquent, le signal émis par un réseau de cordes avec jonctions diffère de façon significative des prédictions dans le cas sans jonction. Nous discutons du caractère observable de ce signal et des contraintes sur l'espace des paramètres des cordesCosmic strings are predicted to form in a wide variety of models in the early universe but so far, they have never been observed. One of the most promising ways to do so relies on their emission of gravitational wave bursts (at singular points on the strings called cusps and kinks) which could be detectable by the current generation of interferometers (LIGO-VIRGO) or by the future space interferometer LISA. In this thesis, we focus on a particular class of models of cosmic strings in which junctions (points at which several strings are attached) can form. We first discuss the formation and the evolution of cosmic strings with and without junctions. We show that strings with junctions generally contain many more kinks than ordinary cosmic strings. Consequently, the signal from a network of loops with junctions differs significantly from the predictions for ordinary strings. We discuss the observability of this signal and the associated constraints on the parameter space of the strings
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Aoudia, Sofiane. "Capture des étoiles par les trous noirs et ondes gravitationnelles." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4103.
Full textAbstract:
Un des domaines classiques de la relativité générale est la réaction de radiation gravitationnelle. Ce phénomène est d’une grande importance pour la détection des ondes gravitationnelles issues des captures des étoiles par les trous noirs supermassifs. Ce phénomène, qui résulte de la perturbation de la géométrie de l’espace-temps du trou noir supermassif par l’étoile capturée, peut être interprété par l’action d’une force propre agissant dans la métrique de fond en faisant dévier l’étoile de son mouvement géodésique. Le cas de la chute radiale est intéressant non seulement pour le fait d’être le contexte suivant lequel une partie fondamentale de la physique s’est développée (la tour de Pisa, la pomme de Newton, l’ascenseur d’Einstein) mais parce qu’il représente une physique plus complexe pour l’absence des conditions adiabatiques et pour sa signature. Cette dernière est commune à tous les plongeants, ce qui révèle l’existence de l’horizon et de ce fait représente la preuve directe de l’existence des trous noirs. Cette thèse est consacrée au calcul analytique et numérique de la région de radiation gravitationnelle dans le cas de la chute radiale d’une étoile particule de faible masse dans un trou noir supermassif de Schwarzschild.
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Kazeroni, Rémi. "Explosion asymétrique des supernovae gravitationnelles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS315/document.
Full textAbstract:
L'explosion en supernova gravitationnelle représente le stade ultime de l'évolution des étoiles massives.La contraction du cœur de fer peut être suivie d'une gigantesque explosion qui donne naissance à une étoile à neutrons.La dynamique multi-dimensionnelle de la région interne, pendant les premières centaines de millisecondes, joue un rôle crucial sur le succès de l'explosion car des instabilités hydrodynamiques sont capables de briser la symétrie sphérique de l'effondrement.Les mouvements transverses et à grande échelle générés par deux instabilités, la convection induite par les neutrinos et l'instabilité du choc d'accrétion stationnaire (SASI),augmentent l'efficacité du chauffage de la matière par les neutrinos au point de déclencher une explosion asymétrique et d'impacter les conditions de naissance de l'étoile à neutrons. Dans cette thèse, les instabilités sont étudiées au moyen de simulations numériques de modèles simplifiés.Ces modèles permettent une vaste exploration de l'espace des paramètres et une meilleure compréhension physique des instabilités, généralement inaccessibles aux modèles réalistes.L'analyse du régime non-linéaire de SASI établit les conditions de formation d'un mode spiral et évalue sa capacité à redistribuer radialement le moment cinétique.L'effet de la rotation sur la dynamique du choc d'accrétion est également pris en compte.Si la rotation est suffisamment rapide, une instabilité de corotation se superpose à SASI et impacte grandement la dynamique.Les simulations permettent de mieux contraindre l'importance des modes non-axisymétriques dans le bilan de moment cinétique de l'effondrement du cœur de fer en étoile à neutrons.SASI pourrait sous certaines conditions accélérer ou ralentir la rotation du pulsar formé dans l'explosion.Enfin, une étude d'un modèle idéalisé de la région de chauffage est menée pour caractériser le déclenchement non-linéaire de la convection par des perturbations telles que celles produites par SASI ou les inhomogénéités de combustion pré-effondrement.L'analyse de la dimensionnalité sur le développement de la convection permet de discuter l'interprétation des modèles globaux et met en évidence les effets bénéfiques de la dynamique tridimensionnelle sur le déclenchement de l'explosionA core-collapse supernova represents the ultimate stage of the evolution of massive stars.The iron core contraction may be followed by a gigantic explosion which gives birth to a neutron star.The multidimensional dynamics of the innermost region, during the first hundreds milliseconds, plays a decisive role on the explosion success because hydrodynamical instabilities are able to break the spherical symmetry of the collapse.Large scale transverse motions generated by two instabilities, the neutrino-driven convection and the Standing Accretion Shock Instability (SASI),increase the heating efficiency up to the point of launching an asymmetric explosion and influencing the birth properties of the neutron star.In this thesis, hydrodynamical instabilities are studied using numerical simulations of simplified models.These models enable a wide exploration of the parameter space and a better physical understanding of the instabilities, generally inaccessible to realistic models.The non-linear regime of SASI is analysed to characterize the conditions under which a spiral mode prevails and to assess its ability to redistribute angular momentum radially.The influence of rotation on the shock dynamics is also addressed.For fast enough rotation rates, a corotation instability overlaps with SASI and greatly impacts the dynamics.The simulations enable to better constrain the effect of non-axisymmetric modes on the angular momentum budget of the iron core collapsing into a neutron star.SASI may under specific conditions spin up or down the pulsar born during the explosion.Finally, an idealised model of the heating region is studied to characterize the non-linear onsetof convection by perturbations such as those produced by SASI or pre-collapse combustion inhomogeneities. The dimensionality issue is examined to stress the beneficial consequences of the three-dimensional dynamics on the onset of the explosion
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Gourgoulhon, Eric. "Étoiles à neutrons, étoiles de quarks, trous noirs et ondes gravitationnelles." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004260.
Full textAbstract:
Cette thèse d'habilitation présente des études numériques d'objets compacts (étoiles à neutrons, étoiles de quarks étranges, trous noirs), principalement considérés comme sources d'ondes gravitationnelles pour les détecteurs VIRGO et LISA.
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Angonin, Marie-Christine. "Quelques études de gravitation observationnelle et expérimentale." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007838.
Full text
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Tavernarakis, Alexandros. "Design, realization and stabilization of quantum optical injection system for ultra-sensitive quantum opotomechanics experiments." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066599.
Full textAbstract:
L’optomécanique en cavité, l’ étude de l’interaction entre le mode d’une cavité optique et un mode mécanique d’un résonateur, a eu une évolution impressionnante depuis dix ans et elle est devenue un nouveau champ de recherche, réunissant la physique de la matière condensée et l’optique. Un des objectifs majeurs de cette discipline est de tester et étudier la mécanique quantique en utilisant des systèmes macroscopiques. Parmi les problèmes les plus fondamentaux que la communauté aborde est la question des limites quantiques de la mesure de position. La mécanique quantique prédit que toute mesure s’accompagne d’une action en retour, ce qui perturbe l’ état du système muser ́e. En outre, il devrait être conjugué avec le bruit quantique de l’appareil de mesure (le bruit de mesure) utilisé pour sonder le système. La sensibilité e optimale est atteinte lorsque la mesure et le bruit abréaction sont identiques, une situation qui peut être assimilé à l’acceptation de l’inégalité de Heisenberg pour l’appareil de mesure. En optomécanique, le mode d’une cavité optique est utilisé comme un appareil de mesure de la position d’un résonateur mécanique qui est piloté par la pression de radiation et qui devrait être responsable pour l’action en retour de la mesure. Cependant, cette action en retour n’a jamais été observe à ce jour, alors qu’il reste une étape décisive vers la compréhension des processus du mesure quantique. Nous décrivons dans ce manuscrit l’étude des effets de la pression de radiation. Nous introduisons le système optomécanique que nous avons développé qui consiste a un résonateur mécanique plan-convexe de taille de quelques cm présentant un très haut facteur de qualité (~106) intégré dans une cavité Fabry-Pérot de très grande finesse (≃ 300 000). Nous pressentons deux résultats importants que nous avons obtenus avec ce système. Tout d’abord, nous avons rapporté la première observation directe de la pression de radiation en temps réel, basée sur l’ ́établissement pompe-sonde corrélations. Nous avons également démontré pour la première fois des effets non linéaires dû à l’action en retour lies l’amélioration substantielle de la sensibilité de la mesure de position. Nous expliquons pourquoi la démonstration de l’action en retour quantique nécessite une ultra-haute stabilité du mode optique. Nous presentons les modifications importantes apportées la configuration expérimentale précédente, notamment sur la source laser, la détection et la stabilisation de l' expérience. Nous décrivons ensuite une nouvelle technique de détection optomécanique fournissant une mesure indépendante du désaccord de la cavité. Enfin, nous pressentons une expérience de validation de principe permettant d’extraire des corrélations quantiques optomécaniques à la température ambianteCavity Optomechanics, that is the study of the interaction between an optical cavity mode and a mechanical degree of freedom, has known impressive evolution over the past decade, to become a new field at the union of condensed matter physics and optics. One of the major goals of this discipline is to test and study quantum mechanics using macroscopic systems. Among the most fundamental problems the community aims to address is the question of the quantum limits in position measurement. Quantum mechanics predicts that any measurement comes along with a backaction, which perturbs the state of the measured system. Moreover, it is expected to be conjugated with the quantum noise of the measurement apparatus (called measurement noise) used to probe the system. The optimal sensitivity is reached whenever both the measurement and the backaction noise are identical, a situation which can be assimilated to the acceptance of Heisenberg's inequality for the measurement apparatus. In cavity optomechanics, the mode of an optical cavity is used as a measurement apparatus of the position of a mechanical resonator which is expected to be responsible for the back-action imprecision. However, this so-called radiation pressure quantum back-action has never been observed to date, while it remains a decisive step towards understanding quantum measurement processes. We describe in this manuscript the study of radiation pressure effects in cavity optomechanics. We introduce the optomechanical system we have developed, which consists in a cm-scale ultra high Q (~ 106 ) plano-convex mechanical resonator incorporated into a ultra-high finesse (~ 300 000) Fabry-Pérot cavity. We present two important results we obtained with this system. First, we were able to report the first direct observation of radiation pressure in real-time, based on establishing pump-probe correlations. We were also able to demonstrate for the first time nonlinear backaction effects related to substantial improvement of position measurement sensitivity. We explain why demonstrating quantum back-action requires ultra-high stability of the optical mode. We present important changes made to the previous experimental setup, notably on the laser source, on the detection and the stabilization of the experiment. We then describe a new optomechanical detection technique providing an independent measurement of the cavity detuning. Finally, we present a proof-of-principle experiment allowing to extract quantum optomechanical correlations at room temperature
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Vincent, Stéphane. "Calcul des fréquences d'oscillations des modes axisymétriques des étoiles à neutrons en rotation." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4067.
Full textAbstract:
Ce travail traite de la dynamique des oscillations des étoiles à neutrons en rotation. La détection de ces oscillations et la connaissance de leurs propriétés (fréquences, temps d’amortissement) nous fourniraient de précieuses informations sur la structure interne de ces astres. Nous avons ainsi construit un code numérique qui décrit la propagation d’une perturbation en tenant compte à la fois de la rotation et des aspects dynamiques du fluide et de l’espace-temps. Nous montrons que les fréquences des oscillations dépendent de la vitesse de rotation de l’étoile et des propriétés des équations d’état de la matière nucléaire comme les coefficients d’incompressibilité ou d’adiabaticité. Nous avons également développé un scénario astrophysique qui permettrait d’exciter les modes d’oscillation des étoiles neutrons. Dans le cas où l’étoile subit un mini effondrement suite à une transition de phase du cœur, on montre que l’énergie disponible et la dissipation de cette énergie via l’émission d’ondes gravitationnelles permettraient de détecter l’énergie disponible et la dissipation de cette énergie via l’émission d’ondes gravitationnelles permettraient de ces oscillations par les interféromètres terrestres comme Advanced LIGO et EGOIn the same way that asteroseismology provides information about the interior of stars, the eventual detection of neutron star oscillation would impose constraints on the equation of state of nuclear matter. In the present work, the fundamental and first overtone frequencies of 1=0 modes of rotating neutron stars are calculating by taking into account the fluid and metric perturbations. We have found that the frequencies vary according to the incompressibility of the nuclear matter and the compactness of the equilibrium configuration. The detection possibility of an oscillating neutron star by the future generation of laser interferometers like advanced-LIGO and EGO was also examined, but it depends strongly on the energy released as well as on the fraction channelled into gravitational waves. We have shown that a signal could be detected by EGO up to 122 Mpc
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CANITROT, PHILIPPE. "Detection des ondes gravitationnelles emises par des etoiles binaires compactes spiralantes avec l'interferometre virgo." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112001.
Full textAbstract:
Les etoiles binaires compactes spiralantes sont les sources les plus prometteuses pour la detection directe d'ondes gravitationnelles dans les experiences sur grand interferometre, tel que virgo. Les vitesses orbitales mises en jeu dans ces systemes peuvent atteindre 30 pourcent de celle de la lumiere. Des corrections relativistes sont donc necessaires pour parvenir a une detection optimale de ces systemes. Le but de cette these est de definir la meilleure strategie pour detecter avec virgo les systemes binaires d'etoiles compactes spiralantes, notamment sans perte d'evenements due a leur nature relativiste, et en mesurer les parametres (masses, spins, etc) avec la meilleure precision possible. Il est essentiel de determiner le meilleur modele pour le signal afin de maximiser les possibilites de detection des systemes binaires. La meilleure methode lineaire est le filtre de wiener ou filtre optimal, qui necessite la connaissance exacte du signal. L'estimation du nombre de filtres pour couvrir l'espace des parametres est de l'ordre de la centaine de millier. L'etude des erreurs systematiques sur les parametres, dues a un modele approche pour le signal, a montre la necessite de prendre une approximation du signal a l'ordre 2 post-newtonien au moins. Les parametres de rotations, sans precession du plan du mouvement du systeme, peuvent etre negliges si les parametres de masses sont pris dans des zones non physiques. Des simulations de monte-carlo correspondant au bruit attendu ont donne pour les erreurs statistiques des valeurs differentes de celles attendues, principalement a cause de la discretisation de l'espace des parametres. Enfin, jajy, programme permettant la simulation en frequence des fonctions de transfert optique
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Trinquet, Hervé. "Caractérisation de la source laser du détecteur d'ondes gravitationnelles VIRGO." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00135165.
Full textAbstract:
La source laser pour le détecteur d'ondes gravitationnelles VIRGO a été conçue pour délivrer un faisceau stable, continu, mono mode de 20 W à 1.064 μm. Je rappelle dans un premier temps les principales contraintes auxquelles doit répondre la source laser. Je décris ensuite l'architecture du système et les techniques utilisées pour stabiliser le faisceau. Enfin je donne les principales performances obtenues jusqu'en juillet 2002 : puissance de 2.7W avec un niveau de stabilité en fréquence de 500 Hz rms pour un cycle utile de plus de 90%. Dans un second temps, j'étudie les principales sources de bruits et les processus de couplages pouvant expliquer le manque de stabilité du système. Je montre ainsi que le contrôle local utilisé contribue à augmenter le bruit de fréquence et de puissance jusqu'à 10 Hz. Des résonances mécaniques sont identifiées entre 10 Hz et 1 kHz. Ainsi la simplification de l'un des bancs devrait permettre au système de respecter les contraintes.
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Hervé, Rémy. "Etude de l'impact des fonds d'ondes gravitationnelles sur la polarisation de la lumière." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00220466.
Full textAbstract:
Nous nous intéressons à l'effet des fonds d'ondes gravitationnelles sur la polarisation de la lumière et aux conséquences induites sur des systèmes dans lesquels l'information est portée par la polarisation de photons. A cet effet, nous construisons l'approximation eikonale sur un espace courbe et étudions l'évolution des objets obtenus dans un bain d'ondes gravitationnelles. Nous développons alors un formalisme géométrique permettant de construire efficacement les observables physiques associées à un système optique, puis d'exprimer et d'évaluer ces observables en fonction des perturbations gravitationnelles. Nous montrons ainsi que pour des dispositifs de type EPR où l'évolution de la phase n'affecte pas les mesures, l'effet des ondes gravitationnelles sur les polarisations des photons est trop faible pour détruire les corrélations ce qui garantit la possibilité d'utiliser des corrélations EPR dans le cadre de communications spatiales.
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Kreckelbergh, Stéphane. "Contrôle longitudinal et caractérisation optique du détecteur VIRGO." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012159.
Full textAbstract:
Le détecteur Virgo est constitué d'un interféromètre de Michelson avec des cavités Fabry-Perot de 3 km de long dans les bras et utilise la technique de recyclage de puissance. Il a pour but la détection directe des ondes gravitationnelles émises par des sources astrophysiques. Pour atteindre sa sensibilité, Virgo doit être emmener et maintenu à son point de fonctionnement par des asservissements tant longitudinaux qu'angulaires. Pour cela, nous avons mis en place un algorithme de contrôle longitudinal ('lock') qui partant d'un interféromètre libre l'emmène à son point de fonctionnement. Pour arriver à ce résultat, nous utilisons la technique Pound-Drever qui nous permet d'avoir un signal sensible à la variation de la position d'une cavité optique par rapport à la résonance. Nous contrôlons simultanément les quatres longueurs caractéristiques en étant sur la mi frange de l'interféromètre de Michelson. Nous emmenons ensuite l'interféromètre en quelques minutes à son point de fonctionnement de manière déterministe. Une autre partie de la thèse consiste en la mesure in situ des paramètres optiques nécessaires à la compréhension de l'instrument. Enfin, nous nous intéressons à l'impact de la technique d'Anderson utilisée pour le contrôle angulaire des miroirs sur le contrôle longitudinal des cavités optiques. Nous en montrons le mécanisme et évaluons son impact sur le lock de VirgoThe Virgo detector aims at direct detection of the gravitational waves emitted by astrophysical objects. Essentially, it is a Michelson interferometer with arms constituted by 3 km long Fabry-Perot cavities which use the recycling technique. To reach the required sensitivity, the instrument must be maintained at its working-point using both angular and longitudinal controls. This thesis covers my work on the algorithm implemented in the Global Control to control the four characteristic lengths of the interferometer within a few nanometres, as part of the Locking process. To achieve this result, we use the Pound-Drever technique, which provides for an optical cavity a signal sensitive to its length compared to the resonance position. The algorithm brings simultaneously the four caracteristics lengths on the half fringe of the Michelson interferometer. Next, our deterministic algorithm brings the instrument to its working point in a few minutes. Another part of this work deals with in situ measurements of optical parameters critical to an interpretation of the behaviour of the instrument. Finally, we will interest on the coupling between the angular control and the longitudinal control techniques. We show the mechanism and we evaluate his impact on the locking of Virgo
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Lamine, Brahim. "Effets physiques des fonds d'ondes gravitationnelles : décohérence intrinsèque dans les interféromètres." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006936.
Full textAbstract:
La détection directe des ondes gravitationnelles par de grands détecteurs interférométriquesfait l'objet d'un effort international très intense. Au delà des signaux recherchés par ces détecteurs, l'existence
de fonds d'ondes gravitationnelles s'étalant sur une large plage de fréquences est prédite par les modèles
astrophysiques et cosmologiques décrivant l'Univers. Ces fonds d'ondes gravitationnelles sont un élément important
de notre environnement gravitationnel. Dans cette thèse, on étudie leur effet sur les propriétés de cohérence des
systèmes physiques. Cette interaction est à l'origine d'une décohérence que l'on étudie théoriquement à l'aide de
la fonctionnelle d'influence de Feynman-Vernon. L'effet est petit pour des systèmes microscopiques comme des atomes
ou des photons circulant dans des interféromètres, mais il devient dominant pour les systèmes macroscopiques comme
par exemple le mouvement du centre de masse de la Lune. Au vu de ces résultats, il est important de se demander si
cette décohérence gravitationnelle pourrait être mise en évidence expérimentalement à l'aide par exemple d'un
système mésoscopique dont on pourrait suivre la perte de cohérence. Cette question correspond à un modèle
complètement calculable de transition classique-quantique induite par les fluctuations intrinsèques de
l'espace-temps.
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Hebri, Salem. "Etudes de la pression de radiation dans les interféromètres utilisés pour la détection des ondes gravitationnelles." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00175254.
Full textAbstract:
Le détecteur Virgo est constitué d'un interféromètre de Michelson avec des cavités Fabry-Perot de 3 km de long dans les bras et utilise la technique du recyclage de la puissance. Il a pour but la détection directe des ondes gravitationnelles émises par des sources astrophysiques. Le système d'injection Virgo est constitué essentiellement d'une cavité triangulaire de 144 m appelée le mode cleaner, son rôle est de filtrer et de contrôler le faisceau d'entrée. Le miroir suspendu de la cavité est très léger (360 g) ce qui peut le rendre sensible à la pression des photons. J'ai développé des programmes de simulations pour une cavité triangulaire avec tous les contrôles identiques au mode cleaner de Virgo réel. Ces programmes peuvent être utilisés pour d'autres études. Une partie de la thèse est consacrée àvoir les effets de la pression de radiation sur le verrouillage longitudinal de la cavité, les effets du ressort optique angulaire etc. Dans une autre partie de la thèse j'observe les effets de la pression de radiation dans les bras de Virgo et l'existence des effets du ressort optique sur les degrés angulaires qui n'empêchent pas le bon fonctionnement de l'alignement. Enfin, je décris ma participation dans la recette de Virgo, qui consiste essentiellement à travailler sur les contrôles du système d'injection et leurs optimisations.
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Hebri, Salem. "Études de la pression de radiation dans les interféromètres utilisés pour la détection des ondes gravitationnelles." Nice, 2007. http://www.theses.fr/2007NICE4103.
Full textAbstract:
Le détecteur Virgo est constitué d’un interféromètre de Michelson avec des cavités Fabry Perot de 3 km de long dans les bras et utilise la technique du recyclage de la puissance. Il a pour but la détection directe des ondes gravitationnelles émises par des sources astrophysiques. Le système d’injection Virgo est constitué essentiellement d’une cavité triangulaire de 144 m appelée le mode cleaner, son rôle est de filtrer et de contrôler le faisceau d’entrée. Le miroir suspendu de la cavité est très léger (360 g) ce qui peut le rendre sensible à la pression des photons. J’ai développé des programmes de simulations pour une cavité triangulaire avec tous les contrôles identiques au mode cleaner de Virgo réel. Ces programmes peuvent être utilisés pour d’autres études. Une partie de la thèse est consacrée à voir les effets de la pression de radiation sur le verrouillage longitudinal de la cavité, les effets du ressort optique angulaire etc. Dans une autre partie de la thèse j’observe les effets de la pression de radiation dans les bras de Virgo et l’existence des effets du ressort optique sur les degrés angulaires qui n’empêchent pas le bon fonctionnement de l’alignement. Enfin, je décris ma participation dans la recette de Virgo, qui consiste essentiellement à travailler sur les contrôles du système d’injection et leurs optimisationsThe Virgo detector is a Michelson interferometer with 3 km Fabry Perot cavities in the arms and using the power recycling technique. The main aim is the direct detection of gravitational waves emitted by astrophysical sources. The injection system is constituted essentially by a triangular 144 m long cavity with the middle mirror suspended called the Mode Cleaner, capable of selecting the TEM00 mode only. The suspended mirror is very light (360g), which can make it sensitive to the photon pressure. I developed some simulation codes for a triangular cavity with all controls identical to a real Virgo mode cleaner. These codes can be used for other studies. The first part of this thesis is dedicated to studying the effects of the radiation pressure on the mode cleaner for the lock acquisition, the optical angular spring etc. In the second part, I made the same simulation for studying the effect of the radiation pressure in 3 km long Virgo cavities, essentially on the optical angular spring, which can make problems for the automatic alignment on Virgo. Finally, I describe my participation to the Virgo commissioning, which primarily consists in working on control systems for the system of laser beam injection and their optimization
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DOMINJON, AGNES. "Recherche des ondes gravitationnelles avec l'interferometre virgo : etude et conception de l'ensemble de detection du signal." Chambéry, 1996. http://www.theses.fr/1996CHAMS017.
Full textAbstract:
Le but de l'experience virgo est la detection des ondes gravitationnelles avec un interferometre de michelson ayant des bras de trois kilometres de long. L'objet de cette these est le banc de detection, c'est-a-dire l'ensemble des elements necessaires a la detection du signal en sortie de l'interferometre. La premiere fonction du banc de detection consiste a filtrer le faisceau issu de l'interferometre afin d'en ameliorer le contraste et donc d'augmenter la sensibilite de la mesure. L'element permettant de realiser ce filtrage est une cavite optique resonnante accordee sur le mode fondamental du laser grace a un controle actif de sa longueur. L'etude, la conception de cette cavite et la validation de la technique d'asservissement testee sur un prototype sont exposees dans cette these. La seconde fonction du banc de detection est de collecter la lumiere issue de l'interferometre. Differents photodetecteurs ont ete testes afin de selectionner une photodiode repondant aux criteres de l'experience. Ces tests ont abouti au choix d'une photodiode ingaas ayant un diametre de trois millimetres capable de repondre lineairement a une puissance lumineuse incidente de cent milliwatts et ayant une haute efficacite quantique (86%). La derniere fonction essentielle qui est l'alignement et l'adaptation du faisceau incident sur le banc de detection a elle aussi ete etudiee. L'ensemble de ce travail a permis de definir la configuration generale du banc de detection
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Grüning, Pierre. "Développement et exploitation d'un simulateur électro-optique pour le futur détecteur spatial à ondes gravitationnelles eLISA." Sorbonne Paris Cité, 2015. https://theses.hal.science/tel-01307782.
Full textAbstract:
Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Einstein il y a près d'un siècle. Ce sont des perturbations de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière et qui comportent des informations uniques sur leurs sources. Ces sources sont nombreuses allant du Big Bang aux objets massifs tels que les trous noirs. L'effet au passage d'une onde gravitationnelle est extrêmement faible, la variation de distance étant de l'ordre du picomètre pour une distance d'un million de km. De ce fait leur détection est très difficile et met en jeu des détecteurs très performants. Le projet eLISA est le premier projet spatial visant à faire de l'astronomie des ondes gravitationnelles et sera constitué d'un interféromètre laser ayant des bras longs de 1 million de km. Ce détecteur sera soumis à de multiples sources de bruits qu'il s'agit de comprendre et de réduire afin d'obtenir la sensibilité requise. Le bruit le plus important sera issu du laser lui-même. Dans un interféromètre classique à bras égaux, de type Michelson par exemple, le bruit de fréquence du laser s'annule du fait de la longueur identique des bras. Sur eLISA, en raison de l'orbitographie des satellites, les longueurs vont varier. Pour cela, un algorithme de réduction de bruit nommé TDI sera appliqué une fois les mesures réalisées afin de réduire le niveau de bruit. La technique TDI doit être testée en condition expérimentale et c'est le principal but de cette thèse qui a porté sur u simulateur électro-optique, le LOT, visant à simuler eLISA et les techniques de réductions de bruit tel que TDI. Elle présente donc le simulateur hardware ainsi que les expériences réalisées et les résultats qui ont été obtenusGravitational waves have been predicted by Einstein near a century ago. They are disturbances of space-time traveling at the speed of light and are carrying unique informations about their sources. These sources are various, form the Big Bang to massive objects like black holes. The effect of a gravitational wave is very tiny, the distance variation is at the order of picometer for a 1 million km distance. Thus, their detection is very challenging and needs very performant detectors. Te eLISA project is the first space based detector which aims to do gravitational wave astronomy and which will be made of a laser interferometer with 1 million km arms. Many noises will disturb this detector, this noises must be well known and reduced in order to reach the required sensitivity. The most important noise will corne from the laser itself. In a classic equal arm Michelson type interferometer, the laser frequency noise cancels. On eLISA the arm lengths are not constant because of the orbitography of the satellites. Thus a noise reduction algorithm called TDI will be applied on the measured data to reduce the noise level. The TDI technic must be tested in experimental conditions and this is the goal of this thesis which describes an electro-optical simulator, the LOT, aiming to simulate eLISA and noise reduction technics such as TDI. This thesis presents the hardware simulator and the experiences realized as well as the results we obtained
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Pradier, T. "Etude d'algorithmes pour la detection de signaux impulsifs d'ondes gravitationnellesControle de la cavite mode-cleaner de VIRGO." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006567.
Full text
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Vitale, Salvatore. "Approximate methods in description and detection of gravitational waves." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066249.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous présentons quelque nouvelles méthodes permettent de trouver des solutions approchées aux équations d'Einstein, avec un intérêt particulier pour les solutions ondulatoires. Mais il ne suffit pas de prévoir la forme d'onde gravitationnelle émise par certains systèmes, notamment les étoiles binaires, il faut aussi être capable d'extraire le maximum de d'information physique qu'elle est censée apporter. C'est pourquoi il est important de savoir analyser les signaux gravitationnels pouvant être détectés par des méthodes interférométriques, qui sont actuellement les plus Prometteuses parmi toutes les méthodes de détection gravitationnelle proposées jusqu'ici. Cette thèse est composée de deux parties. Dans la première nous introduisons tout d'abord le sujet des ondes gravitationnelles. Nous expliquons brièvement comment on résout de façon approchée les équations d'Einstein, en trouvant en particulier des solutions ondulatoires. Ensuite nous reportons quelques-uns des résultats que nous avons obtenus dans notre travail, dans le domaine de la recherche de solutions approchées des équations d'Einstein par la méthode de déformations des plongements isométriques, et dans la théorie de l'estimation des paramètres physiques de la source, que l'on peut calculer un fois l'onde détectée. La deuxième partie de cette thèse regroupe les articles que nous avons publiés ou en train de être acceptés ou soumis
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Clapson, André-Claude. "Recherche de signaux impulsionnels sur le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00085885.
Full textAbstract:
Le détecteur d'ondes gravitationnelles par interférométrie optique Virgo atteindra bientôt sa sensibilité nominale. Les sources astrophysiques attendues sont principalement les coalescences de systèmes binaires d'objets compacts et les supernovas gravitationnelles. Les amplitudes des signaux sont à la limite de la sensibilité de l'instrument, les taux d'événements observables sont faibles et les formes d'ondes mal connues, notamment pour les effondrements gravitationnels.
L'analyse des données repose sur la recherche de signaux de faible amplitude dans du bruit coloré. Dans ce contexte, ce travail propose l'utilisation de décompositions temps-fréquence des séries temporelles pour la détection de signaux courts. Les performances de cette approche sont estimées en simulation et comparées à celles d'autres méthodes de détection disponibles dans la communauté.
Une autre difficulté pour l'analyse est la présence de structures spectrales étroites dans la distribution d'énergie en fréquence des données. Elles proviennent de résonances mécaniques des miroirs et du système d'isolation sismique de l'instrument. L'utilisation de filtres de Kalman pour éliminer ces bruits bien modélisés avant l'analyse est présentée. Le problème essentiel
de l'estimation des paramètres du modèle est traité, avec l'objectif d'une réestimation dynamique.
Enfin ces outils sont appliqués aux données Virgo disponibles, avec comme résultat principal la mise en évidence de sources de bruits instrumentaux importantes, dont la suppression demandera une amélioration du fonctionnement et une meilleure isolation de l'environnement.
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BRACCO, CHRISTIAN. "I. Action d'une onde gravitationnelle sur la lumiere. Application aux theories scalaires-tensorielles. Ii. Observations avec un photometre rapide." Nice, 1998. http://www.theses.fr/1999NICE5322.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur l'etude des effets induits par les ondes gravitationnelles sur la lumiere, dans l'approximation de l'optique geometrique et des faibles perturbations. La source d'ondes gravitationnelles est supposee proche de la ligne de visee d'un objet lumineux d'arriere-plan. Cet objet est susceptible de scintiller et de presenter des variations astrometriques apparentes sous l'effet de la perturbation gravitationnelle. En relativite generale, la scintillation se traduit par un changement de frequence des ondes electromagnetiques associe a l'effet astrometrique. Ces effets sont susceptibles de vehiculer a l'observateur une information partielle sur l'amplitude des ondes gravitationnelles pres de leur source d'emission. Cependant ils ne sont pas cumulatifs le long du trajet des rayons lumineux ce qui les rend difficilement utilisables comme moyen de detection des ondes gravitationnelles. En theorie scalaire-tensorielle un terme de scintillation de nature differente apparait. Cet effet est cependant local a l'observateur et par consequent a priori inobservable. Un photometre rapide base sur une diode a avalanche a ete developpe puis teste sur le pulsar du crabe. Les resultats theoriques n'encouragent pas son usage pour rechercher une scintillation gravitationnelle. Il a ete utilise pour la recherche d'oscillations quasi-periodiques a l'echelle de la seconde dans la lumiere de variables cataclysmiques de type am herculis.
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Germain, Vincent. "De l'étalonnage d'Advanced Virgo à la recherche d'ondes gravitationnelles émises par des coalescences de binaires compactes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY101/document.
Full textAbstract:
L'ère de l'astronomie gravitationnelle a commencé avec la première détection d'une onde gravitationnelle le 14 septembre 2015, par la collaboration LIGO-Virgo. Les premières détections proviennent de coalescences de trous noirs de quelques dizaines de masses solaires. Le détecteur européen Advanced Virgo a redémarré en 2017 pour participer aux prochaines détections d'ondes gravitationnelles et localiser les sources astrophysiques.Cette thèse a pour sujet les différentes étapes du processus de détection des ondes gravitationnelles : de l'étalonnage du détecteur Advanced Virgo à l'analyse en temps réel des données du réseau d'interféromètres LIGO-Virgo. Dans un premier temps, les objectifs, la méthode et les résultats de l'étalonnage du détecteur Advanced Virgo sont décrits. Cette étape est cruciale pour comprendre la sensibilité du détecteur et pour reconstruire l'amplitude de l'onde gravitationnelle. Un nouvel algorithme, SilenteC, développé pendant la thèse est ensuite détaillé : son objectif est d'identifier les sources de bruits non-stationnaires qui limitent la sensibilité des analyses. Certains bruits transitoires interviennent de façon non-linéaire et SilenteC tente de repérer ce type de contribution. Enfin, l'analyse MBTA à faible latence pour la recherche des signaux d'ondes gravitationnelles issus de coalescences de binaires compactes est décrite. En particulier, l'accent est mis sur la caractérisation de vétos permettant de distinguer les signaux astrophysiques à sélectionner et les bruits transitoires à rejeter le plus efficacement possibleThe era of gravitational astronomy began with the first detection of a gravitational wave on September 14, 2015, by the LIGO-Virgo collaboration. The first detections come from coalescences of black holes with masses of a few tens of solar masses. The European detector Advanced Virgo restarted in 2017 to participate in the next detections of gravitational waves and to locate the astrophysical sources.This thesis deals with the different stages of the gravitational waves detection process: from the calibration of the Advanced Virgo detector to low-latency analysis of the LIGO-Virgo interferometer network data. First, the objectives, method and results of the detector calibration are described. This step is crucial for understanding the sensitivity of the detector and for reconstructing the amplitude of the gravitational wave. A new algorithm, SilenteC, developed during the thesis is then detailed: its objective is to identify the sources of non-stationary noises that limit the sensitivity of the analysis. Some transient noises are non-linear and SilenteC tries to identify this type of contribution. Finally, low-latency MBTA analysis for the detection of gravitational wave signals from compact binary coalescences is described. In particular, emphasis is put on the study of vetos making it possible to distinguish the astrophysical signals to be selected and the transient noises to be rejected as efficiently as possible
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Cipriano, Francesco. "Recherche de matière noire scalaire légère avec des détecteurs d'ondes gravitationnelles." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4040.
Full textAbstract:
L’existence de la matière noire et la vérité sur sa nature a été l’une des plus grandes énigmes du XXe siècle et elle l'est encore aujourd’hui. Au cours des dernières décennies, plusieurs hypothèses, telles que le modèle WIMPs, ont été proposées pour résoudre une telle énigme. Aucune d’entre elles n’a pour l'instant réussi. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrerons sur un autre modèle très attrayant dans lequel la matière noire pourrait être décrite avec succès par un champ scalaire ultra-léger. L’origine de ce champ peut être recherchée dans la limite de basse énergie de l’une des théories d’unification les plus prometteuses : la théorie des cordes.Dans ce travail, nous montrons comment un tel champ scalaire, s’il est présent, interagit avec la matière standard et en particulier avec l’appareil optique qui est au cœur des antennes d’ondes gravitationnelles. Nous evaluons et nous discutons le signal produit par cette interaction à travers différentes approches. Des solutions approximatives et exactes sont ensuite obtenues. Une attention particulière est accordée au terme du deuxième ordre de l’expansion en série approximative du signal. On trouve, en effet, que sa contribution finit par ne pas être négligeable lorsque l'on tient compte des dimensions géométriques spécifiques et de la gamme de fréquence des détecteurs d’ondes gravitationnelles comme Advanced LIGO et Advanced Virgo. En tenant compte des travaux récents, nous supposons la présence d’un flux de matière noire voisin du système solaire et nous montrons son effet sur le signal.Nous proposons et discutons une analyse statistique hiérarchique visant à la détection du signal. En cas de non-détection, une courbe limite pour le paramètre de couplage dg* est dérivée. Cette courbe est ensuite analysée en détail montrant l’ampleur de la contribution des termes de premier ordre et de deuxième ordre de l’expansion en série de signaux. Nous analysons la modification de la courbe de contrainte en raison de la variation de la fraction de matière noire locale appartenant au flux. Nous montrons enfin comment la courbe de contrainte répond aux variations du paramètre de recherche. Une discussion sur des choix optimaux est proposéeThe existence of the dark matter and the truth beyond its nature has been one of the greatest puzzles of the twentieth century and still it is nowadays. In the last decades several hypotheses, such as the WIMPs model, have been proposed to solve such puzzle but none of them has been able so far to succeed.In this thesis work we will focus on another very appealing model in which dark matter is successfully described by an ultra-light scalar field whose origin can be sought in the low-energy limit of one of the most promising unification theories: the String Theory.In this work we show how such scalar field, if present, interacts with standard matter and in particular with the optical apparatus that is at the core of gravitational waves antennas. We derive and discuss the signal produced by this interaction through different approaches deriving both approximated and exact solutions. Special attention is paid to the second-order term of the signal approximate series expansion whose contribution ends up to be not negligible when one factors in the specific geometrical dimensions and frequency range of gravitational waves detectors like Advanced LIGO and Advanced Virgo.A suggested by recent surveys we assume presence of a dark matter stream in the local neighborhood of the solar system and show its effect on the signal.We then propose and discuss a hierarchical statistical analysis aimed to the signal detection. In case of no detection a limit curve for the coupling parameter dg* is derived. Such curve is then analyzed in detail showing the magnitude of the contribution of the first-order and second-order terms of the signal series expansion. We analyze the modification of the constraint curve due to the variation of the fraction of local dark matter belonging to the stream. We show finally how the constraint curve responds to variations of the search parameter and discuss the optimal choices
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Ducrot, Marine. "Etude des cavités optiques de filtrage de sortie du détecteur d'ondes gravitationnelles Advanced Virgo." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY046/document.
Full textAbstract:
Un siècle après leur prédiction par Albert Einstein, le 14 septembre 2015 des ondes gravitationnelles provenant de la coalescence de deux trous noirs ont été observées, ouvrant ainsi le champ à une toute nouvelle astronomie et une nouvelle manière d'étudier la gravitation. La faible amplitude des ondes gravitationnelles nécessite des détecteurs spécifiques et très sensibles. Advanced Virgo est un interféromètre kilométrique de deuxième génération dédié à la détection des ondes gravitationnelles. Un des éléments nécessaires pour atteindre la sensibilité requise est le système optique de filtrage appelé l’Output Mode Cleaner ou OMC, placé en sortie de l'interféromètre, et composé de deux cavités optiques. Ce manuscrit présente l'étude et la caractérisation de ce système optique de filtrage. Ce travail a permis de sélectionner les deux cavités actuellement installées dans le détecteur Advanced Virgo. Les performances de filtrage et l’impact de l’OMC sur la sensibilité du détecteur sont également décritsAbout 100 years after their prediction by Albert Einstein gravitational waves produced by the coalescence of two black holes were observed on the 14th of September 2015, opening the field of gravitational wave astronomy and a new way to study gravitation. The small amplitude of gravitational waves requires specific and very sensitive detectors. Advanced Virgo is a second generation kilometric interferometer dedicated to the detection of gravitational waves. A necessary element to reach the required sensitivity is the filtering optical system named the Output Mode Cleaner or OMC, placed at the output of the interferometer, and composed of two optical cavities. This thesis shows the study and characterization of this optical system. This work informed the selection of the two optical cavities actually installed in the Advanced Virgo detector. The filtering performances and impact of the OMC on the detector sensitivity are also described
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Ramonet, Julien. "Etude de méthodes d'analyse en vue de détecter les ondes gravitationnelles émises par des pulsars avec l'interféromètre Virgo." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003878.
Full textAbstract:
Les pulsars sont une des sources d'ondes gravitationnelles attendues pour les interféromètres terrestres. Dans la gamme de fréquences où la sensibilité sera suffisamment bonne pour espérer une détection typiquement au-dessus de 10 Hz , la majorité des pulsars appartient à un système binaire. La fréquence des ondes gravitationnelles émises par un pulsar en système binaire subit plusieurs effets Doppler : celui dû à la rotation de la Terre sur elle-même, celui dû à la révolution de la Terre autour du Soleil, et celui dû à l'orbite du pulsar autour de son compagnon. Cette thèse présente le contrôle du système de synchronisation de Virgo, la simulation du signal émis par les pulsars en système binaire et deux méthodes adaptées à la recherche de tels objets. Les principes de ces méthodes, les puissances de calcul nécessaires et les performances sont détaillés.
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Riou, Isabelle. "Vers la détection d’ondes gravitationnelles par interférométrie atomique en cavité : nouvelles géométries optiques et premier dispositif." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0579/document.
Full textAbstract:
En septembre 2015, le détecteur LIGO a permis la première observation directe d'ondes gravitationnelles. Ce détecteur terrestre, tout comme le détecteur européen VIRGO, est basé sur des technologies purement optiques. Ces instruments sont extrêmement sensibles autour de 100 Hz mais ils sont limités en dessous de quelques dizaines de Hertz par différentes sources de bruit (bruit sismique, bruit newtonien...) qui ne sont pas distinguables de l'effet du passage d'une onde gravitationnelle.Le principe du projet MIGA (Matter wave – laser based Interferometer Gravitation Antenna) est de coupler un interféromètre optique avec plusieurs interféromètres atomiques séparés spatialement afin d'être sensible aux ondes gravitationnelles à plus basse fréquence (typiquement autour d'un Hertz). Les atomes froids sont lancés en configuration fontaine et sont séparés, réfléchis et recombinés par des impulsions laser effectuées dans une cavité optique de 300 m de long. Ces impulsions bénéficieront du gain optique intrinsèque au résonateur, leur permettant d'atteindre la puissance nécessaire à la réalisation de transitions de Bragg d'ordre élevé, augmentant ainsi la sensibilité des interféromètres atomiques. Chaque interféromètre mesure le champ gravitationnel local et les vibrations des miroirs. Le bruit sismique est donc rejeté dans le cas de mesures différentielles et en reconstruisant spatialement le champ gravitationnel, on pourra différencier le signal dû aux ondes gravitationnelles, qui est un pur gradient à l'échelle de l'instrument, du bruit newtonien qui a une signature spatiale.Les cavités de 300 m seront installées au LSBB (Laboratoire Souterrain Bas Bruit) à Rustrel, où l'antenne MIGA pourra bénéficier d'un environnement remarquablement calme. Cet instrument permettra de cartographier le champ gravitationnel du site, ce qui sera d'un grand intérêt pour l'étude géologique du massif karstique.Dans le cadre de ce projet, nous réalisons au LP2N une expérience préliminaire dont l'objectif est de générer un interféromètre de 87Rb en cavités en configuration de fontaine atomique. Cet instrument utilise une nouvelle architecture de résonateurs optiques demi-dégénérés afin de manipuler les atomes de façon cohérente avec des impulsions de BraggIn September 2015, the LIGO detector realized the first direct observation of gravitational waves. This ground-based detector, as well as the European detector VIRGO, is based on purely optical technologies. These instruments are extremely sensitive around 100 Hz but they are limited below few tens of Hertz by several sources of cavity length noise (seismic noise, Newtonian noise...) that mimic the effect of a gravitational wave.The idea of the MIGA (Matter wave-laser based Interferometer Gravitation Antenna) is to couple an optical interferometer with several atom interferometers spatially separated to be sensitive to gravitational waves at lower frequencies (typically around 1 Hz). The cold atoms are launched in a fountain configuration and are then split, deflected and recombined by laser pulses generated in a 300 m long optical cavity. These laser pulses will benefit from the intrinsic optical gain of the resonator, which will allow them to reach the needed power to generate high order Bragg transitions and to improve the sensitivity of the atom interferometers. Each interferometer measures the local gravitational field and the motion of the cavity. The seismic noise can be rejected by doing differential measurements and by reconstructing the spatial gravitational field, one can differentiate the gravitational wave signal, which is a pure gradient at the scale of our instrument, from the Newtonian noise that has a spatial signature.The 300 m long cavities will be implemented at the LSBB laboratory in Rustrel, where the antenna will benefit from an outstanding low noise environment. This instrument will allow to map the gravitational field of the site which will be of great interest for the geological study of the karstic massif.In the frame of this project, a preliminary experiment is currently under construction at the LP2N laboratory whose objective is to generate a 87Rb interferometer in a cavity in a atomic fountain configuration. This instrument uses a new architecture of half-degenerate optical resonators to manipulate coherently the atomic cloud with Bragg transitions
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Andres, Nicolas. "Optimisation de la chaîne d'analyse MBTA et développement d'une méthode d'étalonnage de la réponse fréquentielle du détecteur d'onde gravitationnelle Virgo." Electronic Thesis or Diss., Chambéry, 2023. http://www.theses.fr/2023CHAMA029.
Full textAbstract:
La collaboration LIGO Virgo a marqué les débuts de l'astronomie gravitationnelle en apportant une preuve directe de leur existence en Septembre 2015. Ce domaine connaît depuis un bel essor dont chaque découverte permet une avancée dans les disciplines telles que l'astrophysique, la cosmologie et la physique fondamentale. À l'issue de chaque période d'observation, les détecteurs sont arrêtés et de nombreux aspects sont améliorés. Ce travail s'inscrit durant la phase de préparation entre la période O3 et O4 débutant en mai 2024 visant à configurer les interféromètres dans leurs états avancés en optimisant leurs sensibilités. L'étalonnage devient alors crucial afin de reconstruire avec précision le signal contenant l'information sur les ondes gravitationnelles, permettant les détections et la production de résultats scientifiques comme la mesure de la constante de Hubble, etc. Un travail d'instrumentation a été mené, permettant une mesure précise et régulière de l'horodatage du signal de l'interféromètre, qui doit être maitrisé à mieux que 0.01 ms près dans le but d'une analyse conjointe des données du réseau de détecteurs.De nombreux dispositifs permettant l'étalonnage de l'interféromètre reposent sur la lecture de signaux de contrôles par des photo-détecteurs dont la réponse fréquentielle a été supposée constante. Afin d'éviter tout biais introduit dans la reconstruction du signal, une méthode de mesure se doit d'être développée en vue d'une calibration en fréquence de chaque photo-détecteur impliqué. Deux méthodes sont ici comparées en vue d'une utilisation pour la période O5.Par ailleurs, la sensibilité accrue des détecteurs est synonyme de détections plus nombreuses. Les chaînes d'analyse de la collaboration se doivent de suivre les améliorations instrumentales en développant de nouveaux outils afin d'optimiser la recherche de signal en temps réel. La chaîne d'analyse à faible latence MBTA est un des 4 pipelines d'analyse de la collaboration se concentrant sur la recherche de coalescences de binaires compactes en combinant une analyse indépendante des données des 3 détecteurs. Elle dispose de nombreux outils de réjection de bruit performants, mais ne prend en compte aucune information astrophysique à priori. Grâce à l'accumulation de données dans les périodes d'observation précédentes, la collaboration a pu établir des modèles de distribution de masses plus précis pour les populations de coalescences de binaires compactes. Durant ma thèse un nouvel outil a été développé par l'équipe MBTA en utilisant ces nouvelles informations, visant à estimer la probabilité d'origine des événements (astrophysique ou non) ainsi qu'à en classifier la nature de la source astrophysique. Cet outil a finalement permis de restructurer la chaîne d'analyse globale en l'utilisant comme paramètre principal pour classer les événements selon leur niveau de significativité. La collaboration produit des alertes publiques à faible latences pour l'astronomie multi-messager, dans lesquelles sont fournies des informations liées aux signaux détectés communes aux différents pipelines d'analyses. Ne sachant pas à l'avance les préférences des différentes expériences partenaires de la collaboration LIGO Virgo pour définir les paramètres optimaux permettant un suivi multi-messagers, il a été décidé de tester une autre méthode permettant l'implémentation d'information astrophysique similaires dans la chaîne d'analyse MBTA. Une technique permettant d'inclure l'information astrophysique directement dans le paramètre définissant le classement par niveau de significativité des événements candidats est présentée. Cette méthode permet d'améliorer la recherche en fournissant une meilleure discrimination entre les événements astrophysiques et ceux provenant du bruit d'arrière-plan. En considérant la période d'observation O3 cette méthode permet d'augmenter le nombre de détection de 10% avec MBTA , détections qui ont été confirmés par les autres chaînes d'analysesThe LIGO Virgo collaboration marked the beginnings of gravitational astronomy by providing direct evidence of their existence in September 2015. The detection of gravitationnal wave coming from a binary black holes merger led to the physic's Nobel price. This field has since experienced a great growth, each discovery of which allows an advance in disciplines such as astrophysics, cosmology and fundamental physics. At the end of each observation period, the detectors are stopped and many aspects are improved. This work is part of the preparation phase between period O3 and O4 beginning in May 2024 to configure interferometers in their advanced states in order to optimize their sensitivities. Calibration then becomes crucial in order to accurately reconstruct the signal containing gravitational wave information, allowing detection and the production of scientific results such as the measurement of the Hubble constant, etc. An instrumentation work has been carried out, allowing an accurate and regular measurement of the time stamp (timing) of the readout sensing chain of the interferometer signal, which must be mastered better than 0.01 ms for the purpose of a joint analysis of the detectors network data.Many devices for the calibration of the interferometer rely on the reading of control signals by photodetectors whose frequency response has been assumed to be flat. In order to avoid any bias introduced in the reconstruction of the signal, a measurement method must be developed for a frequency calibration of each photo detector involved. Two methods are compared for use in the O5 period.In addition, the increasing sensitivity of the detectors means more detections. Collaboration analysis chains need to follow instrumental improvements by developing new tools to optimize real-time and off-ligne signal search. The MBTA Low Latency Analysis Chain is one of 4 collaboration analysis pipelines focusing on the search for compact binary coalescences by combining independent data analysis from all 3 detectors. It has many powerful noise rejection tools, but does not take into account any astrophysical information a priori. Through the accumulation of data in previous observation periods, the collaboration was able to establish more accurate mass distribution models for compact binary coalescence populations. During my thesis, a new tool was developed by the MBTA team using this new information, aimed at estimating the probability of origin of events (astrophysics or not) and at classifying the nature of the astrophysical source. This tool finally made it possible to restructure the global analysis chain by using it as the main parameter for classifying events according to their level of significance. The collaboration produces low-latency public alerts for multi-messenger astronomy, providing information related to detected signals common to the different analytical pipelines. Not knowing in advance the preferences of the different experiences partners of the LIGO Virgo collaboration to define the optimal parameters allowing multi-messenger detections, it was decided to test another method to implement similar astrophysical information in the MBTA analysis chain. A technique for including astrophysical information directly in the parameter defining the ranking by significance level of candidate events is presented. This method makes it possible to improve research by providing better discrimination between astrophysical and background noise events. By considering the observation period O3 this method makes it possible to increase the number of detection by 10% with MBTA , detections that have been confirmed by the other chains of analysis
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Bernard, Laura. "Dynamique des systèmes binaires d'objets compacts & théories de gravité massive." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066121.
Full textAbstract:
La première partie de cette thèse traite des théories de gravité massive. L'étude de ces théories a connu un regain d'intérêt depuis la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers, car elles pourraient expliquer cette dernière sans avoir à recourir à une constante cosmologique. La découverte, en 2010 d'une théorie cohérente de gravité massive, dite dRGT, a ouvert un vaste et prometteur champ d'investigation. Dans cette thèse nous déterminons, dans une formulation métrique et covariante, la linéarisation autour d'espace-temps arbitraires de ces théories, et de leur extension bimétrique. Ce travail nous permet ensuite de compter par une méthode lagrangienne le nombre de degrés de liberté qui se propagent. La seconde partie de cette thèse s'inscrit dans le cadre des ondes gravitationnelles en relativité générale et porte plus précisément sur la dynamique de systèmes binaires d'objets compacts. Ce travail est important dans la perspective de leur détection par les détecteurs interférométriques d'ondes gravitationnelles terrestres et spatial. Nous étudions le problème de la dynamique de systèmes binaires d'objets compacts en relativité générale, à l¿aide de la méthode d'approximation dites des développements post-newtoniens (PN). Nous dérivons les équations du mouvement à l'ordre 4PN en coordonnées harmoniques. Nous utilisons une méthode basée sur une action de Fokker adaptée au formalisme post-newtonien, en dérivant notamment les effets de sillage d'onde qui apparaissent à 4PNThe first part of this thesis deals with massive gravity theories. There has been a renewal of interest in these theories since the discovery of the acceleration of the expansion of the universe, because they could explain it without having to resort to a cosmological constant. The discovery in 2010 of a coherent theory of massive gravity, named dRGT, has opened a vast and promising field of investigation. In this thesis we determine, in a metric and covariant formulation, the linearization around arbitrary backgrounds of these theories and their bimetric extension. This result then allows us to count with a Lagrangian method the number of degrees of freedom that are propagating. The second part of this thesis concerns gravitational waves in general relativity and especially the dynamics of coalescing compact binary systems. This work is important in view of their detection by interferometric detectors, both terrestrial and spacial. We study the dynamics of compact binary systems in general relativity, using the approximation method based on post-Newtonian developments (PN). We derive the equations of motion to 4PN order in harmonic coordinates. We use a method based on a Fokker action adapted to the post-Newtonian formalism, in particular deriving the tail effects appearing at 4PN
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Frey, Valentin. "Recherche de signaux d'ondes gravitationnelles transitoires de longue durée avec les données des détecteurs advanced Virgo et advanced LIGO." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS247/document.
Full textAbstract:
Cette thèse présente les résultats de la recherche de signaux d'ondes gravitationnelles transitoires de longue durée dans les données des deux premiers runs d'observation des détecteurs advanced LIGO et advanced Virgo. Ces ondes sont principalement émises par des étoiles à neutrons ou des trous noirs impliqués dans des phénomènes violents. Pour certaines sources, une modélisation impliquant une dynamique complexe et des instabilités hydrodynamiques peut prédire grossièrement la forme d'onde. Mais de manière générale, seulement l'information approximative sur la durée et la bande de fréquence est utilisée pour définir les limites de l'espace des paramètres de la recherche. Une méthode d'analyse temps-fréquence robuste aux incertitudes de la modélisation des signaux a donc été développé. En combinant les données de deux détecteurs de façon cohérente, la méthode permet de différencier les signaux recherchés du bruit de fond non gaussien des détecteurs. En l'absence de détection, nous avons placé des limites supérieures sur l'énergie émise et le taux attendu pour ces sources. Une recherche du signal attendu après la fusion de deux étoiles à neutrons observé en août 2017 (GW170817) a également était faite dans l'hypothèse où une étoile à neutrons supre-massive a été formée. Aucun signal n'a été identifié et j'ai montré que des détecteurs un ordre de grandeur plus sensibles auraient été nécessaires pour détecter un tel signalThis thesis shows the results of the search of long duration transient gravitational waves using the data from the first two observation runs of advanced LIGO and advanced Virgo detectors. These long duration gravitational waves are mainly emitted by neutrons stars or black hole involved in extreme phenomena. For some sources, a modeling involving a complex dynamics and hydrodynamic instabilities can predict roughly the waveform. Nevertheless, for the general case, only a partial informations on the duration and frequency band are used to limits the parameters space. A time-frequency analysis, sturdy enough to modeling incertitude, has been developed and applied to the data. Combining data from two detectors in a coherent way, the analysis can distinguish between signal and detector's non gaussian background noise. In the absence of detection, we have placed upper limits on the energy emitted and the expected rate for these sources. A search for the expected signal emitted by the object created after the neutron stars coalescence and merger observed in August 2017 (GW170817) was also made assuming a supra-massive neutron star was created and survived hundred of seconds after the merger. No signal has been found and we have shown that detectors of an order of magnitude more sensible would have been required to detect a signal from this source
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Straniero, Nicolas. "Étude, développement et caractérisation des miroirs des interféromètres laser de 2ème génération dédiés à la détection des ondes gravitationnelles." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10319/document.
Full textAbstract:
En cette fin d'année 2015, la construction de la 2e génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles s'achève. Il s'agit des grands interféromètres de Michelson, dont les bras mesurent 3 km de long (Advanced Virgo) et 4 km de long (Advanced LIGO). Les ondes gravitationnelles, prédites par Einstein en 1916 dans sa théorie de la Relativité Générale n'ont pas été détectées de façon directe par la 1ère génération d'interféromètres. Mais aujourd'hui, la sensibilité a été augmentée d'un ordre de grandeur et le 100ème anniversaire de la théorie d'Einstein pourrait bien ouvrir officiellement l'ère de l'astronomie gravitationnelle. Si la sensibilité des nouveaux interféromètres est désormais exceptionnelle, c'est grâce aux avancées techniques et technologiques, et notamment grâce aux nouveaux miroirs des cavités Fabry-Pérot installés dans les bras de l'interféromètre. Cette thèse présente la conception, le développement et la caractérisation de ses miroirs aux qualités exceptionnelles. Elle s'intéresse aux pertes de lumière diffusée dans les cavités, pertes de diffusion générées par l'état de surface des miroirs et par les défauts d'uniformité des dépôts des couches minces à haute réflectivité. En étudiant la planéité des surfaces, nous verrons comment les modifications techniques du procédé de dépôt IBS ont permis d'améliorer la courbure et la planéité des surfaces. Nous verrons comment nous avons caractérisé ces surfaces avec l'interféromètre de Fizeau à décalage de longueur d'ondes. Nous montrerons enfin comment nous avons atteint les spécifications prévues lors de la conception des miroirs, diminuant les pertes de lumière diffusée dans les cavités Fabry-Pérot à un niveau encore inégalé de seulement quelques dizaines de ppmIn the year of 2015 the construction of the 2nd generation of detectors devoted to gravitational waves is going to be completed. These are large laser Michelson interferometers with arm respectively 3 km (Advanced Virgo) and 4 km (Advanced LIGO) in length. The gravitational waves, predicted by Einstein in 1916 within his theory of general relativity, have not been observed by the first generation of detectors. However, interferometers are now on the way of being ten times more sensitive than before, and so, on the 100th anniversary of the establishment of general relativity, the era of gravitational wave astronomy can start. If laser interferometer will be able to reach unprecedented sensitivity, it is thanks to new technological developments. In particular the new state of the art mirrors installed in the interferometer arms have exceptional performances. This thesis details the design, the development and the characterization of these remarkable large mirrors. My work will deal with the cavity optical loss due to the diffused light itself linked to the mirrors surface quality and to the high reflectivity coating uniformity. By studying the surface flatness, we will understand how it could be influenced by the deposition technique implemented in the coating machine. We will see also how to measure the mirror surfaces by wavelength shifting Fizeau interferometer. Finally, we will detail how we proceeded in order to reach the tight specifications for the mirrors, with in the end only tens of ppm for the cavity round trip losses
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Ritter, Patxi. "Ondes gravitationnelles et calcul de la force propre pour un astre compact en mouvement autour d'un trou noir supermassif." Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00920959.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des ondes gravitationnelles et du mouvement relativiste associés aux systèmes binaires à grand rapport de masses (Extreme Mass Ratio Inspiral - EMRI). Ces systèmes sont formés d'un trou noir super massif autour duquel gravite un objet compact de masse stellaire. Dans le formalisme de la théorie perturbative des trous noirs, on développe une méthode numérique qui calcule les formes d'ondes produites par une particule ponctuelle en orbite autour d'un trou noir de Schwarzschild. Il s'agit de résoudre l'équation d'onde de Regge-Wheeler-Zerilli dans le domaine temporel dont la solution, invariante de jauge, peut être reliée aux modes de polarisation, à l'énergie et au moment cinétique emporté par les ondes gravitationnelles. En réaction à l'énergie et au moment perdu, la trajectoire de la particule est affectée au cours du temps. Dans le cadre du formalisme de MiSATaQuWa, on calcule la force propre agissant sur une particule, initialement au repos, est en chute libre sur un trou noir de Schwarzschild. Nous montrons comment cette quantité est définie dans la jauge de Regge-Wheeler par le biais de la régularisation mode-sum. L'effet de la force propre sur le mouvement de la particule est ensuite pris en compte de façon itérative et auto-consistante grâce à un algorithme utilisant une méthode d'orbites osculatrices que nous avons développé. Nous quantifions cet effet en calculant soit la déviation orbitale par rapport au mouvement géodésique, soit les formes d'ondes perturbées et l'énergie rayonnée associée.
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Nissanke, Samaya Michiko. "Aspects théoriques de la forme des ondes gravitationnelles pour les phases spiralante et de fusion des systèmes binaires compacts." Paris 7, 2006. http://www.theses.fr/2006PA077053.
Full textAbstract:
Cette these concerne la prediction theorique de la forme des ondes gravitationnelles emises lors de la phase «spiralante » et de l'eventuelle fusion de systemes binaires compacts, tels que ceux constitues de deux trous noirs ou de deux etoiles neutrons. Les formes de ces ondes sont fondamentales pour les mesures par interferometries lasers depuis le sol ou l'espace. Deux domaines importants du developpement des «patrons» d'ondes gravitationnelles sont abordes. Nous etudions d'abord l'effet du rayonnement gravitationnel sur des systemes isoles dans le cadre de l'approximation post-newtonienne en relativite generale. Puis, nous appliquons ce formalisme au calcul de la force du rayonnement de reaction dans les equations du mouvement d'un sysfeme compact binaire a l'ordre 3. 5pn en coordonnees harmoniques. Enfin, nous presentons des conditions initiales astrophysiques de resultats numeriques pour la fusion de deux trous noirs en accord avec le developpement post-newtonienThis thesis is devoted to the theoretical prediction of the gravitational waveform for the inspiral and eventual merger of compact binaries, le. Systems of two black holes or neutron stars. Such waveforms are essential for detecting and measuring gravitational waves by ground-based and space-based laser interferometers. In developing theoretical waveform templates for such systems, the thesis addresses two important areas. Firstly, we study gravitational radiation reaction effects on isolated matter systems in the post-newtonian approximation of general relativity. The formalism is applied to the computation of the radiation reaction force in the equations of motion of a compact binary system at the 3. 5pn order in harmonic coordinates (in both a general frame and the centre-of-mass frame). Secondly, we propose astrophysically motivated freely specifiable initial datathat are in agreement with post-newtonian results for numerically modelling binary black hole mergers
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Bondu, François. "Etude du bruit thermique et stabilisation en fréquence du laser du détecteur interferométrique d'ondes gravitationnelles VIRGO." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002892.
Full textAbstract:
La sensibilité d'un détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles comme Virgo est cruciale pour l'analyse des sources astrophysiques. Une telle antenne détecte l'onde gravitationnelle comme une variation de phase de faisceau lumineux. La précision de la mesure peut être limitée par le bruit de longueur des cavités. dû aux vibrations thermiques, et par le bruit de fréquence du laser incident. Ma contribution à l'évaluation du bruit des modes de vibration interne des substrats des miroirs a été d'écrire un programme, basé sur la propagation des ondes acoustiques dans les solides. Il permet les calculs des fréquences de résonance, des masses équivalentes des modes, de la déformation de la surface et son couplage avec un faisceau lumineux incident. Les résultats permettent le dimensionnement des substrats. La sensibilité est alors légèrement moins bonne que celle fournie par une estimation grossière, si les pertes des ondes acoustiques sont constantes en fonction de la fréquence et égales à celles mesurées à résonance. Elle peut être améliorée par diminution des pertes ou par le choix d'un matériau ayant de meilleures performances. Nous avons également mené des expériences pour aider au choix du matériau des fils de suspension. Je propose une expérience de mesure directe du bruit thermique qui permettrait de vérifier la sensibilité. La configuration de l'interféromètre rend le bruit de fréquence du laser négligeable si le laser est asservi en fréquence. La stabilisation de fréquence se fera en deux étages, l'un qui asservit la fréquence sur la longueur d'une cavité courte, le deuxième qui asservit sur les grands bras de l'interféromètre. Le premier étage a été construit. J'ai vérifié que ses performances remplissent les spécifications. La stabilité de fréquence obtenue se révèle être exceptionnelle.
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Barsuglia, Matteo. "Stabilisation en fréquence du laser et contrôle de cavités optiques à miroirs suspendus pour le détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006570.
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Morvidone, Marcela. "Etude et comparaison d'algorithmes de détection optimale pour les signaux modulés en amplitude et en fréquence : applications aux ondes gravitationnelles." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11063.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée au problème de détection de signaux modulés en amplitude et en fréquence ("chirps") dans des situations où la forme du signal est connue, modulo quelques paramètres inconnus à estimer. Les données dont on dispose sont affectées par un bruit additif, modélisé comme un processus aléatoire faiblement stationnaire, centré. Le filtre adapté est la méthode classiquement utilisée pour résoudre ce type de problème ; un "banc de filtres" est construit à partir du signal de référence et de la densité spectrale du bruit. Cette technique optimale est toutefois assez peu robuste, et oblige à des discrétisations très fines, qui engendrent d'importants coûts de calcul. Il s'avère que les signaux de type chirp ont des caractéristiques qui justifient l'utilisation des méthodes temps-échelle (analyse par ondelettes) pour son étude. Ces transformations fournissent une représentation des chirps localisée sur des courbes (arêtes) dans l'espace bidimensionnel dans lequel elles sont définies. Nous développons une méthode de détection d'arêtes comme alternative au filtrage adapté. On montre que cette approche, sous-optimale en termes de détection, est toutefois plus robuste dans certains cas, et donc plus adaptée à des situations où le modèle de signal n'est connu qu'à un ordre d'approximation donné. Les performances des deux approches sont testées et comparées de façon systématique sur des signaux modèles (modèles d'ondes gravitationnelles, en approximations Newtonienne et post-Newtoniennes d'ordre deux).
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Grave, Xavier. "Etude de méthodes pour la recherche avec le détecteur VIRGO d'ondes gravitationnelles émises par des étoiles à neutrons." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003045.
Full textAbstract:
Le but de l'expérience Virgo est la détection des ondes gravitationnelles. L'objet de cette thèse est l'étude de méthodes pour la recherche de signaux émis par des étoiles à neutrons ainsi que l'étalonnage du détecteur.Dans une première partie, l'étoile à neutrons et son émission d'ondes gravitationnelles, sont présentées. Ensuite le détecteur, les principales sources de bruits, ainsi que la solution adoptée pour l'étalonnage sont décrits.
Puis dans une seconde partie la modélisation des effets dus aux mouvements de la terre (effet Doppler, modulation d'amplitude) est décrite. Leurs conséquences sur le rapport signal sur bruit sont déterminées.
Les deux derniers chapitres sont consacrés aux algorithmes de recherche de signaux périodiques. Tout d'abord le cas où la position de la source est connue est présenté. Le ralentissement de la rotation de la source et la correction de cet effet sont décrits. La correction de l'effet Doppler est aussi détaillée. De même, le problème de la gestion du gigantesque flot de données à traiter est abordé, et une solution y est apportée. Finalement la difficulté de recherche multidirectionnelle est présentée. Des prototypes d'algorithmes hiérarchiques sont aussi évalués.
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Casanueva, Diaz Julia. "Control of the gravitational wave interferometric detector Advanced Virgo." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS209/document.
Full textAbstract:
La première détection d'une Onde Gravitationnelle (OG) a été faite le 14 Septembre 2015 par la collaboration LIGO-Virgo avec les deux détecteurs de LIGO. Elle a été émise par la fusion de deux Trous Noirs, fournissant ainsi la première preuve directe de l’existence des Trous Noirs. Advanced Virgo est la version améliorée de l’interféromètre Virgo et il va rejoindre les détecteurs LIGO dans les mois qui suivent. Le passage d'une OG induit un changement différentiel de la distance entre masses-test (uniquement sensibles à la force gravitationnelle). Cette variation de distance est proportionnelle à l'amplitude de l'OG, néanmoins le déplacement le plus grand qui peut être observé depuis la Terre est de l'ordre de 10⁻¹⁹ m/sqrt(Hz) en terme de densité spectrale. C'est pour cela que l’interféromètre de Michelson est l'instrument idéal pour détecter cet effet différentiel. Les détecteurs d’OG utilisent des miroirs suspendus, qui se comportent comme masses-test. Le passage d'une OG va produire un changement dans la distance entre les miroirs qui va modifier la condition d’interférence et donc une variation de puissance lumineuse mesurée par la photodiode de détection. Cependant, un Michelson simple n'est pas assez sensible et des améliorations ont été ajoutées. La première génération de détecteurs a ajouté des cavités Fabry-Pérot dans les bras pour augmenter le chemin optique. De plus un nouveau miroir a été ajouté pour recirculer la lumière réfléchie vers le laser et augmenter la puissance effective, en créant une nouvelle cavité connue comme Power Recycling Cavity (PRC). Son effet est d’autant plus important que le Michelson est en fait optimalement réglé sur une frange noire. Tous les miroirs du détecteur ressentent le bruit sismique et les longueurs des cavités, entre autres, changent en permanence. Il est donc nécessaire de contrôler activement la position longitudinale et angulaire des cavités pour les maintenir en résonance. Pendant ma thèse j'ai étudié le contrôle de Advanced Virgo d’abord en simulation puis pendant le commissioning lui-même. D'abord j'ai simulé la stratégie de contrôle utilisée dans Virgo avec des simulations modales. L'objectif était de vérifier si la même stratégie pouvait être appliquée à Advanced Virgo ou s'il fallait l'adapter. Avec Advanced Virgo les cavités Fabry-Pérot ont une finesse plus grande ce qui entraîne de nouveaux effets dynamiques et qui demande une stratégie de contrôle spéciale, stratégie que j'ai modifiée pour l'adapter aux besoins du commissioning. Concernant la PRC, j’ai étudié l'impact de sa stabilité dans le fonctionnement de l’interféromètre. Comme elle est très proche de la région d’instabilité, l’onde lumineuse être très sensible à l'alignement et a l'adaptation du faisceau à la cavité. J’ai vérifié avec les simulations son impact sur les contrôles longitudinaux, qui peuvent devenir instables, et une solution a été validée. Ensuite j'ai utilisé cette information pour le commissioning d'Advanced Virgo. Dans cette thèse les détails du commissioning des contrôles longitudinal et angulaire de l’interféromètre sont présentés. La stabilisation en fréquence est aussi présentée, puisqu'elle joue un rôle très important dans le contrôle de l’interféromètre car étant le bruit dominantThe first detection of a Gravitational Wave (GW) was done on September 14 th of 2015 by the LIGO-Virgo collaboration with the two LIGO detectors. It was emitted by the merger of a Binary Black Hole, providing the first direct proof of the existence of Black Holes. Advanced Virgo is the upgraded version of the Virgo interferometer and it will join the LIGO detectors in the next months. The passage of a GW on Earth induces a change on the distance between test masses (experiencing only the gravitational interaction) in a differential way. This distance variation is proportional to the amplitude of the GW however the largest displacement observable on Earth will be of the order of 10⁻¹⁹ m/sqrt(Hz). Taking this in account, a Michelson interferometer is the ideal instrument to detect this differential effect. GWs detectors will use suspended mirrors to behave as test masses. The passage of a GW will cause a change on the distance between the mirrors that will spoil the interference condition, allowing some light to leak to the detection photodiode. However, a simple Michelson interferometer does not provide enough sensitivity. For this reason the first generation of detectors added Fabry-Perot cavities in the arms, in order to increase the optical path. A second change was the addition of an extra mirror in order to recycle the light that comes back towards the laser, to increase the effective power, creating a new cavity also known as Power Recycling Cavity (PRC). Its effect is more important when the Michelson is tuned in an optimal way in a dark fringe. All the mirrors of the detector are affected by the seismic noise and so their distance is continuously changing. It is necessary to control the longitudinal and angular position of the cavities in order to keep them at resonance. During my thesis I have studied the control of Advanced Virgo using simulation and during the commissioning itself. First of all I have simulated the control strategy used in Virgo using modal simulations. The aim was to check if the same strategy could be applied to Advanced Virgo or if it needs adaptation. In Advanced Virgo the Fabry-Perot cavities have a higher finesse, which arises new dynamical problems and requires a special control strategy that I have modified to match the commissioning needs. Regarding the PRC, we have studied the impact of its stability on the performance of the interferometer. As it is very close from the instability region, the electrical field inside will be very sensitive to alignment and matching of the laser beam. We have checked using simulations its impact on the longitudinal controls, which can become unstable, and a solution has been validated. Then I have used this information during the commissioning of the Advanced Virgo detector. In this thesis the details of the commissioning of the longitudinal and angular control of the interferometer will be presented. It includes the frequency stabilization, which has a key role in the control of the interferometer, since it is the dominant noise
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Filloux, Charline. "Croissance et évolution des trous noirs supermassifs : simulations cosmologiques." Nice, 2009. http://www.theses.fr/2009NICE4107.
Full textAbstract:
La présence de trous noirs supermassifs dans les centres galactiques semble aujourd’hui être un fait bien établi et leur masse est bien corrélée avec les propriétés de leurs hôtes. Cette thèse a pour but d’apporter des éléments de réponses quant à l’origine de ces corrélations, en étudiant de manière couplée la formation et l’évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs. Dans ce cadre, des simulations cosmologiques ont été réalisées. L’évolution des galaxies est incluse via des mécanismes de formation stellaire et de feedback. L’évolution des trous noirs suit quant à elle un scénario classique de croissance de semences primordiales de 100 masses solaires par accrétion de matière. Nos simulations indiquent qu’une croissance à symétrie sphérique des trous noirs (accrétion de Hoyle-Bondi) n’est pas assez efficace pour former des trous noirs très massifs mais qu’en revanche, une croissance par l’intermédiaire d’un disque de gaz visqueux permet la formation de trous noirs de masse atteignant 109 masses solaires. Dans ce cas, les corrélations entre la masse du trou noir et la dispersion de vitesse, la masse stellaire, la luminosité et la masse du halo noir sont bien reproduites. Nos travaux indiquent que ces relations sont fortement affectées par le feedback des supernovae ou des trous noirs eux-mêmes. Les simulations révèlent également que l’évolution des corrélations susmentionnées suit un schéma hiérarchique, bien que les observations semblent plutôt suggérer que les trous noirs grossissent plus rapidement que leurs halos hôtes. Enfin, nous nous sommes également intéressés à l’étude de l’émission d’ondes gravitationnelles résultant de la capture d’objets compacts par les trous noirs supermassifs ou par la coalescence de trous noirs lors de la fusion de deux galaxiesThe presence of supermassive black holes in the centers of galaxies seems to be a well established fact and their masses are correlated with properties of their host galaxies. This thesis aim to bring some answers about the origin of these correlations, studying the coeval evolution of galaxies and supermassive black holes through cosmological simulations. The galaxy evolution is followed according to the star formation history and corresponding feedback mechanisms. Black holes grow from primordial 100 solar masses seeds that accrete matter mainly through a viscous gaseous disk. Our simulations indicate that the spherical accretion (Hoyle-Bondi accretion) is not efficient enough to produce very massive black holes but seeds are able to grow up to masses of 109 solar masses by accreting through a disk. In this case; the different correlations involving the black hole mass and the velocity dispersion, the stellar mass or the host halo mass are well reproduced. Our work indicates that these relations are strongly affected by the feedback either of supernovae or of black holes themselves. The present simulations indicate that the evolution of the aforementioned relations follow a hierarchical pattern, although some observations seem to suggest that seeds grow faster than their host halos. Finally, we have also investigated the emission of gravitational waves resulting from the capture of compact stars by supermassive black holes or by the coalescence of black holes during a merger of two galaxies