Une réponse aux besoins scientifiques

L’astrophysique est traditionnellement une science de l’observation dont les progrès sont directement reliés aux progrès technologiques. Il est nécessaire de confronter les observations à des modèles numériques, théoriques ou physiques développés en laboratoire.
Nos équipes comportent des spécialistes dans chacun des domaines de l’Astrophysique et couvrent l’ensemble du spectre des méthodologies : recherche théorique, recherche instrumentale, observations au sol et depuis l’espace (incluant l’expérimentation ou la collecte in situ), très grands relevés et défis numériques nécessitant un traitement intelligent et massif de données, astrophysique de laboratoire en appui, pour ou à partir d’observations au sol ou dans l’espace.
Notre objectif est de favoriser les projets communs, de donner un avantage aux équipes franciliennes sur leurs concurrentes en s’appuyant sur l’extraordinaire richesse du réseau de 24 laboratoires

R&D et technologies de rupture

L’accès à une technologie nouvelle est un double enjeu majeur : il permet la réalisation d’un programme jusqu’alors impossible et donne à l’équipe détentrice une légitimité supérieure pour être leader ou partenaire majeur d’un grand projet dimensionnant pour le domaine.
Notre objectif est de favoriser l’émergence des technologies de rupture par un appel à projets annuel pour lequel la priorité sera donnée à ce type d’investissement.

Soutien à l’exploitation des observations/explorations sol et espace

La communauté francilienne est très impliquée dans les missions et les instruments majeurs de la communauté internationale. Les coûts très importants de ces équipements sont pris en charge par les agences et l’État mais l’exploitation scientifique à la charge des équipes est peu pourvue, les pénalisant par rapport à leurs partenaires internationaux pour le retour sur l’investissement.
Le DIM ACAV+ prévoit donc un soutien en allocations doctorales et post-doctorales aux équipes régionales pour l’exploitation des données. Cette étape est bien sûr importante dans l’aventure scientifique puisque c’est celle qui est productrice de résultats. Ces moyens sont nécessaires aux équipes à l’origine de ces expériences pour jouer un rôle scientifique de premier plan dans l’exploitation. Ils le sont également pour participer à l’exploitation scientifique d’autres équipements et maximiser ainsi notre impact.

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Sonde Rosetta - crédits CNES

Théorie et simulations

Théorie et simulation sont, au même titre que les technologies de rupture, des prémices fondamentales des avancées astrophysiques, les simulations numériques étant un outil indispensable à la compréhension des conséquences des avancées théoriques. La disponibilité de machines massivement parallèles aux performances croissantes rend cet outil très efficace.
Par exemple la cosmologie numérique dont nous sommes parmi les leaders mondiaux (DEUS & HORIZON), un des travaux du DIM ACAV, ou la prédiction des signaux d’ondes gravitationnelles avec le rôle indispensable de l’IAP pour les premières détections historiques.
Les machines massivement parallèles permettent de simuler une grande diversité de systèmes allant de l’évolution complète de l’Univers en cosmologie numérique, aux propriétés microscopiques des atmosphères et intérieurs planétaires en passant par la formation et la dynamique des galaxies, des systèmes stellaires et planétaires. Cette partie de notre programme a en outre de profonds liens avec l’astrophysique de laboratoire pour lequel les calculs complexes des propriétés de la matière sont un préalable indispensable et avec la question des données massives dont les simulations sont productrices.
L’Île-de-France est riche dans ce domaine avec le super calculateur européen PRACE, la maison de la simulation (CEA), les mésocentres FACe (APC), meso-PSL (Observatoire de Paris) ou encore GRIF à l’UPMC. Notre objectif est de favoriser l’éclosion de grandes simulations de pointe, de permettre à nos équipes d’accéder à des super-calculateurs nationaux ou européens comme GENCI ou PRACE et de démarrer une réflexion sur les plateformes numériques en Île-de-France en vue de dégager une stratégie commune. Ce programme fera appel à des investissements et des allocations

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Données massives

C’est un défi pour l’astrophysique moderne qui repose en grande partie sur l’étude statistique des objets qui composent l’Univers. L’approche de Hubble avec l’étude de la fuite des galaxies et la mise en évidence de l’expansion de l’Univers a été décuplée au fil du temps. La cosmologie fait appel à de grands relevés systématiques pour comprendre la nature de l’énergie et de la matière noires. Ainsi, la mission Euclid (2020) observera 10 milliards de galaxies sur les 100 milliards que compte l’Univers. Au sol, les spectrographes multi-objets sont conçus pour observer simultanément jusqu’à des milliers de sources stellaires ou extragalactiques. Ou encore les détecteurs d’ondes gravitationnelles qui doivent comparer en continu les signaux enregistrés avec des modèles théoriques produits par les simulations. Ces dernières sont aussi capables de produire de très grands volumes de données au point que la plus grande quantité de travail ne consiste plus à les produire mais à en analyser les résultats.
L’exploitation et l’analyse des données massives pose plusieurs défis que nous souhaitons aborder. Le premier réside dans la diffusion efficace des données pour assurer leur exploitation en réfléchissant aux formats des données brutes, intermédiaires et finales ainsi qu’aux traitements à effectuer à chaque étape de la diffusion (exemple des données CTA). Il s’agit également de définir les protocoles de diffusion de ces données, observationnelles ou issues de simulation, pour en assurer une utilisation large dans le cadre de l’observatoire virtuel. Enfin, des méthodes nouvelles d’analyse doivent être inventées, les traitements intelligents, qui s’appuient sur des techniques d’intelligence artificielle.

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Mission Euclid - Crédits Euclid consortium

Astrophysique de laboratoire

La compréhension de l’infiniment grand astrophysique s’appuie sur la connaissance des propriétés physiques de la matière, sur une large gamme de densité et de température, rencontrée dans la complexité observée dans l’Univers. Les expériences de laboratoire recouvrent de nombreux champs disciplinaires et méthodologiques qui s’échelonnent de la matière condensée à la physique atomique et moléculaire jusqu’aux calculs de chimie théorique et à la modélisation d’édifices de plus en plus complexes comme la matière pré-biotique.
Les avancées récentes (cf. la remise en cause de la nature des grains cométaires mesurés par Rosetta par une expérience financée par le DIM ACAV) s’appuient sur des expériences permettant de simuler les conditions extrêmes rencontrées dans les objets astrophysiques et de mieux comprendre les multiples processus qui gouvernent l’évolution de la matière dans des environnements très divers (environnements stellaires, atmosphères planétaires, milieu interstellaire).
Nos équipes sont en pointe dans tous ces domaines et l’arrivée d’équipes du LRS, du LCP et de l’IMPMC va accroître les synergies interdisciplinaires indispensables pour progresser sur la connaissance des propriétés de la matière et des environnements propices à l’apparition de la vie en lien direct avec les équipes utilisatrices.

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Spectromètre infra-rouge pour VENUS (VErs de NoUvelles Synthèses)
Crédits LERMA