Les centres de recherche impliqués dans le projet LSST font partie intégrante de l’lnstitut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS.

Le laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) est une Unité Mixte de Recherche (UMR) créé en 2005. Ce sont quelques 200 personnes qui forment cette structure, pilotée outre l’Université de Paris (UP), par le CNRS (représenté par trois de ses Instituts : principalement l’IN2P3, mais aussi l’INSU et l’INP), le CEA (DSM/IRFU) et l’Observatoire de Paris, et le CNES.

Le laboratoire est centré autour de quatre thématiques principales : Cosmologie, gravitation, astrophysique de haute énergie et neutrinos.

L’équipe de l’APC est impliquée sur l’analyse des données pour les questions de cosmologie et d’énergie noire en particulier. Elle fait partie de la collaboration scientifique pour l’étude de l’énergie noire.(Dark Energy Science Collaboration, DESC).

L’équipe de l’APC est aussi impliquée sur la construction de la caméra du LSST via le développement du logiciel de commande de la caméra (Camera Control System, CCS).

L’APC travaille également à la conception et au développement du logiciel de pilotage et de contrôle de la caméra du télescope Vera C. Rubin. L’APC en assure la responsabilité scientifique, le développement de nombreux outils communs et le développement du FCS (Filter Control System, le changeur de filtres), le système de pilotage des filtres de la caméra. Celle-ci contient 5 filtres et au cours d’une nuit d’observation, on effectuera plusieurs changements de filtres. Un 6ème filtre pourra être chargé dans la caméra dans certaines conditions météo, pendant la journée.

Le Centre de Calcul de l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (CC-IN2P3) est une unité de service et de recherche du CNRS qui fédère l’ensemble du calcul scientifique pour la physique des particules, la physique nucléaire et la physique des astroparticules. Il est classé parmi les infrastructures de recherche françaises.

Les services principaux offerts par le CC-IN2P3 concernent le stockage et le traitement de grandes masses de données, ainsi que leur transfert sur des réseaux internationaux à très haut débit. Il met en oeuvre les équipements, l’expertise et les logiciels appropriés pour assurer un service fiable et robuste 24h/24, 365 jours par an. Plus de 2500 personnes utilisent régulièrement les services du CC-IN2P3.

Data center national, le CC-IN2P3 relève avec LSST le prochain défi informatique lancé par l’astrophysique en devenant l’un des deux centres au monde à constituer le catalogue de milliards d’objets célestes enregistrés par le télescope.

Créé en 1982, le CPPM est une unité mixte de recherche du CNRS et d’Aix-Marseille Université, comprenant environ 170 personnes. C’est un laboratoire de physique expérimentale dont les recherches sont à la croisée des deux infinis – l’infiniment petit et l’infiniment grand. Cela concerne l’étude des particules élémentaires qui constituent la matière, des lois fondamentales qui déterminent leurs interactions, de la structuration et de l’évolution de l’Univers qui en découlent.

Le CPPM est impliqué dans ce formidable projet LSST qui photographiera systématiquement le ciel durant 10 ans et observera 20 milliards de galaxies et des millions d’objets transitoires, comme les supernovas.

Une intrigante énergie noire provoque l’accélération de l’expansion de l’Univers. Pour mesurer cette accélération on utilise les supernovas de type Ia. Elles produisent une quantité de lumière connue, qui permet d’en déduire leur distance. Par ailleurs, la mesure du décalage vers le rouge (redshift) de leur galaxie hôte nous informe sur l’expansion de l’Univers depuis l’époque de l’explosion de chaque supernova. Avec LSST, plusieurs dizaines de milliers de supernovas seront observées, ce qui permettra de préciser les propriétés de l’énergie noire.

Le CPPM s’implique dans toute l’analyse de cette sonde : détection et identification des supernovas, mesure du flux lumineux, mesure du redshift par des méthodes photométriques. Ces résultats s’obtiennent par l’analyse des images du ciel prises à travers six filtres, qui sélectionnent des couleurs allant du proche ultraviolet au proche infrarouge.

Le CPPM est responsable de la coordination technique du système échangeur de filtres, une des composantes de la caméra de LSST. Il en construit un des sous-systèmes, le changeur automatique. Il assure le suivi, la coordination des activités des autres laboratoires participants, et l’interface avec le chef de projet pour l’ensemble de la caméra. Les filtres, fragiles et lourds, seront échangés jusqu’à 100 000 fois et positionnés à 0,1 mm près durant l’exploitation du télescope.

Le Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (LAL) se trouve sur le campus d’Orsay, au sud de la région parisienne. Il a été fondé en 1956 autour d’un accélérateur d’électrons pour la physique des particules. Accélérateur qui devint source d’électrons pour produire du rayonnement synchrotron par la suite. Il cessera son activité au début des années 2000 et sera démantelé à la suite. Le LAL compte actuellement 135 chercheurs et 174 ingénieurs et techniciens. C’est une unité mixte de recherche entre le CNRS (IN2P3) et l’université Paris-Saclay. Les domaines de recherche s’articulent autour de la physique des particules avec notamment les expériences au LHC (Large Hadron Collider au CERN), de la physique des accélérateurs, des astroparticules (rayons cosmiques), de la détection d’onde gravitationnelles (LIGO-VIRGO), de la cosmologie avec l’étude du fond diffus cosmologique (Planck, Qubic) et de l’énergie noire avec LSST.

Sur LSST, l’équipe du LAL a travaillé sur l’électronique d’alimentation et de lecture des capteurs CCD de la caméra. Elle travaille actuellement sur la calibration photométrique des images à venir, en essayant de caractériser les principaux constituants de l’atmosphère qui entrent en ligne de compte. Elle travaille également sur l’amélioration de la précision des redshifts photométriques. Ainsi que sur deux aspects liés à la contrainte de la nature de l’énergie noire, à savoir le lentillage gravitationnel et les oscillations acoustiques de baryon, qui sont deux observables indépendantes permettant de contraindre le contenu énergétique de l’univers.

Amas de galaxies dans le champ ultra-profond SXDS photographié par la caméra HyperSuprimeCam @ D. Boutigny

Créé en 1976, le  LAPP est une unité mixte de recherche (UMR 5814) du CNRS et de l’Université Savoie Mont-Blanc (USMB). Près de 150 chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens, administratifs, étudiants et visiteurs étrangers y travaillent. Les travaux menés au LAPP ont pour but l’étude de la physique des particules élémentaires et de leurs interactions fondamentales, ainsi que l’exploration des connexions entre l’infiniment petit et l’infiniment grand. C’est dans ce cadre, qu’en 2016, le LAPP a officiellement rejoint la collaboration LSST.

Sur LSST, l’équipe du LAPP travaille sur les développements logiciels nécessaires aux traitements des données du projet. Afin de tester la validité des logiciels et de l’infrastructure matérielle déployée pour LSST, l’équipe du LAPP contribue à des tests à grande échelle, en utilisant des lots d’images astronomiques issues de projets précurseurs tels que CFHT / Megacam, Subaru / HyperSuprimeCam, et bien d’autres.

Au niveau de la recherche en cosmologie, l’équipe scientifique travaille sur l’étude des amas de galaxies et notamment sur la mesure absolue de la masse de ceux-ci en utilisant l’effet de lentille gravitationnelle faible, c’est à dire les minuscules déformations des images des galaxies situées en arrière plan des amas sous l’effet de la gravitation.

© Cyril FRESILLON/LMA/CNRS Photothèque

Le Laboratoire des Matériaux Avancés est leader dans l’étude et le développement de couches minces optiques faibles pertes. C’est grâce à son expertise mondialement reconnue que le LMA a pu réaliser les grands miroirs des interféromètres américains LIGO et ceux du projet franco-italien Virgo. Ces miroirs ont permis la première détection directe d’onde gravitationnelle en 2015.

Le LMA a développé un savoir-faire sur les procédés de dépôt de couches minces optiques par pulvérisation par faisceau d’ions ainsi que sur les techniques de caractérisation (spectrophotométrie, mesure d’absorption, diffusion, front d’onde, microrugosité, défauts).

Son expertise est mise à contribution dans le projet LSST pour la caractérisation des traitements anti-reflet des lentilles de la caméra ainsi que ceux des filtres passe-bande ugriz.

L’équipe du Laboratoire de Physique de Clermont – 4 physiciens permanents, 2 post-doc et 2 doctorants – est impliquée à la fois dans des aspects instrumentaux et de préparation à la science.

Le groupe a pris en charge la conception et la réalisation du banc de test mécanique de la caméra, incluant sa motorisation et les développements logiciels associés. Ce banc de test a pour but de reproduire les mouvements du télescope ; elle est accompagnée d’une série de capteurs qui permet d’enregistrer toute perturbation mécanique anormale pouvant être dues à des pics d’accélération ou des modes de vibrations. Ce développement implique cinq ingénieurs et techniciens des services mécanique et informatique du LPC.

La quantité de données qui sera acquise par LSST – 15 téraoctets (l’équivalent de 3200 DVDs) par nuit – nécessite de développer une architecture informatique spécifique. Pour chaque astre, les différentes images seront répertoriées dans un catalogue astronomique dont la taille atteindra 30 000 téraoctets. Un ingénieur du service informatique du LPC participe au développement de la base de données Qserv sur laquelle le catalogue s’appuiera. Ce développement se fait directement dans le cadre d’une équipe américaine basée au Laboratoire National de SLAC à Stanford, centre névralgique de LSST.

L’analyse des données nécessite des développements logiciels qui sont anticipés dès à présent. Ces développements concernent tout aussi bien des codes de calcul pour l’analyse directe des données que des outils élaborés de traitement statistique. Pour ce faire, des simulations de toute la chaîne d’analyse sont mises au point, et en parallèle le code est testé sur la reconstruction d’images fournies par des télescopes existants.

Le LPNHE est une Unité Mixte de Recherche (UMR 7585) de l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3), institut du CNRS, et des universités Pierre et Marie Curie (UPMC) et Paris Diderot. Il est situé sur le campus de Jussieu (Paris). Il est constitué de 12 groupes de recherche, de 3 services techniques (informatique, électronique, mécanique) et de 2 services support (administration, logistique).
Le laboratoire est engagé dans plusieurs grands programmes expérimentaux, poursuivis dans le cadre de collaborations internationales auprès de très grandes infrastructures de recherche du monde entier, centres d’accélérateurs de particules et observatoires. Ces programmes couvrent les enjeux actuels de la physique des particules, des astroparticules, et de la cosmologie.

L’équipe de cosmologie du LPNHE joue depuis 2006 un rôle moteur dans l’intégration de l’équipe de l’IN2P3 dans la construction et l’exploitation scientifique de LSST.
Les travaux du groupe du LPNHE dans LSST sont centrés sur l’utilisation de deux sondes au coeur de l’étude de l’énergie noire : la mesure des distances à l’aide des supernovae et les distorsions gravitationnelles des galaxies d’arrière plan par les inhomogénéités de matière le long de la ligne de visée. Le groupe effectue actuellement des travaux préparatoires associés à ces sondes, travaux incluants des études de méthode d’étalonnage en position, en flux en et forme des objets du survey.

Le LPNHE s’est fortement impliqué dans la fabrication de la caméra de LSST. Il participe depuis 2007 à sa construction par des contributions :

  • au plan focal de la caméra à travers la réalisation des micro-circuits nécessaires à la lecture des senseurs CCD, à la qualification de ses senseurs et de leurs système de lecture, et au développement de son micro-code de contrôle.
  • au mécanisme de changement de filtres, à travers la construction du carousel qui maintiendra hors du faisceau du télescope les grands filtres de LSST quand ils sont en attente d’utilisation.
Environ 220 personnes travaillent au LPSC : 120 cherchent, encadrent des jeunes et éventuellement enseignent (chercheurs, enseignants-chercheurs, doctorants et post-doctorants en théorie, analyse, instrumentation), 85 conçoivent, construisent et opèrent des instruments (ingénieurs & techniciens en mécanique, électronique, informatique) et 15 font fonctionner le laboratoire (ingénieurs & techniciens en administration, communication, sécurité, informatique). Le LPSC accueille une cinquantaine de stagiaires chaque année, de la 3ième à bac+5.
Les activités de recherche sont :
  • chercher et étudier les briques fondamentales de la matière mais aussi toute autre forme de matière comme la matière noire, comprendre comment ces particules interagissent et étudier les interactions les plus fondamentales
  • détecter photons mais aussi anti-protons, positrons… qui viennent de l’espace pour connaitre l’histoire et la composition de notre univers, et essayer de percer les mystères de la matière et de l’énergie noires
  • utiliser les compétences en physique nucléaire et physique des particules pour concevoir et modéliser de nouvelles machines pour l’énergie et la santé
  • concevoir, construire et tester divers accélérateurs ou sources de particules mais aussi étudier certains plasmas, de l’étude fondamentale jusqu’au transfert industriel.
Dans LSST, le service mécanique est en charge de la conception et réalisation du chargeur manuel de filtre et les ingénieurs travaillent avec l’équipe de chercheurs pour concevoir puis exploiter deux bancs d’étalonnage de caméra de LSST qui seront livrés en 2017 pour une étude des CCDs seuls et 2019 pour une étude fine de la caméra complète avec son optique.

Le laboratoire Univers et Particules de Montpellier (UMR5299 université de Montpellier et CNRS/IN2P3) est constitué de trois équipes de recherche : « astrophysique stellaire », « expérimentation et modélisation en astroparticules », et « interactions fondamentales astroparticules et cosmologie ». Son domaine de recherche est l’exploration de l’Univers, de ses constituants les plus élémentaires à ses plus grandes et plus anciennes structures : univers primordial, physique des particules au delà du modèle standard, ciel gamma, sources explosives extra-galactiques, rayonnement cosmique de haute énergie, structure et évolution des étoiles et interaction avec le milieu interstellaire, matière noire et structures à grande échelle de l’Univers, cosmologie.

Le groupe LSST s’intéresse tout particulièrement aux sondes cosmologiques des supernovae ainsi qu’aux observables liées aux grandes structures et à la matière noire. Il prépare actuellement le retour scientifique en étudiant les différentes manières d’améliorer la précision photométrique de l’instrument et la qualité de la reconstruction des distances et de la morphologie des galaxies.