Topic outline

  • General

  • Présentation

    Cette UE a pour objectif de faire découvrir aux étudiants la « recherche et développement » (R&D) de pointe dans le domaine de la détection des particules et les « technologies innovantes » mises en œuvre pour répondre à une question relevant de la physique fondamentale ou pour répondre à une demande provenant du milieu industriel, médical ou nucléaire.

    Le fil conducteur de cette UE est de faire comprendre aux étudiants le lien étroit qui existe entre recherche fondamentale et recherche appliquée. On montrera à travers des exemples en quoi la recherche fondamentale peut être un moteur pour le développement d'instruments innovants ayant des retombées pour des applications dans l'industrie, le médical, l'énergie nucléaire... Les étudiants y acquerront des connaissances dans le domaine de la physique de ces détecteurs et des processus de développement des technologies innovantes mises en œuvre pour les définir et les réaliser.

    Un autre objectif de cette UE est de faire découvrir aux étudiants les activités de recherche des groupes de Subatech d'un point de vue théorique et expérimental. En effet, certains étudiants seront peut-être intéressés pour poursuivre leurs études dans le milieu de la recherche.

    Enfin, l'objectif est aussi que les étudiants acquièrent de nouvelles connaissances sur la physique théorique en lien avec les domaines de recherche abordés, même si nous n'aurons pas la possibilité de rentrer dans les détails compte tenu du niveau de connaissances préalables et du temps imparti.

    Document de cadrage (cliquez ici)

    • Trois axes d’enseignement

      1. Recherche fondamentale (18 h)

      • ALICE et le Plasma de Quarks et Gluons (QGP) au CERN (LHC)
      • Recherche de matière noire avec XENON
      • Détection et physique des neutrinos

      Pour chacune de ces trois thématiques de recherche fondamentale, la structure de l'enseignement sera la suivante :

      1. Éléments de théorie nécessaires à la compréhension de la thématique de recherche. Quelles sont les prédictions de la théorie ? Cours sur la physique théorique associée à la thématique.
      2. Comment tester expérimentalement les prédictions théoriques ? avec quels instruments ? Cours sur la technologie des instruments utilisés.
      3. Liens éventuels avec d'autres thématiques de recherches, d'autres applications dans l'industrie le nucléaire, le médical...

      A titre d'illustration, voici comment la thématique de recherche fondamentale « Matière Noire » serait abordée suivant le schéma décrit précédemment :

      1. Cours théorique sur la matière noire dans l'Univers : masse cachée au niveau cosmologique, preuves indirectes, vitesse de rotation des galaxies au sein des amas de galaxies, vitesse de rotation des étoiles au sein des galaxies, effets de lentilles gravitationnelles ... Comment expliquer cette matière sombre : remettre en cause les lois fondamentales de la gravitation, rechercher de la matière ordinaire baryonique non lumineuse, rechercher de nouvelles particules élémentaires non standards comme les WIMPS.
      2. Comment détecter les WIMPS ? Contraintes expérimentales : sensibilité de détection, bruit de fond ambiant dû à la radioactivité, au rayonnement cosmique... Choix du milieu de détection, comparaison des différentes technologies, intérêt des TPC (Time Projection Chamber) double phase avec du xénon. Cours sur la physique des détecteurs avec des gaz nobles liquéfiés.
      3. Lien avec l'imagerie médicale et le projet XEMIS, le point commun des deux projets étant la technologie de détection des RI basée sur le xénon liquide.

      2. Défis technologiques pour l'industrie électro-nucléaire (10 h)

      Instrumentation nucléaire pour le fonctionnement des réacteurs. Mesure neutronique du cœur, détection des fuites primaires/secondaires, instruments de mesure, contrôle non destructif dans l'industrie électronucléaire (méthodes utilisant les rayonnements ionisants, l'optique, la thermique...).

      Le but est que les étudiants acquièrent une vision opérationnelle :

      • des problématiques rencontrées dans l'industrie,
      • de la théorie appliquée aux besoins,
      • des solutions existantes avec quelques exemples concrets (manipulation de détecteurs),
      • des solutions en cours de développement,
      • des défis de demain.

      3. Défis technologiques pour le médical (12 h)

      Utilisation des rayonnements ionisants pour des applications médicales en diagnostic. Les thèmes suivants seront abordés :

      • production des radioéléments, mode d'administration et d'action,
      • état de l'art de l'imagerie médicale à partir des rayons X et gamma,
      • R&D sur les détecteurs gazeux pour l'imagerie médicale,
      • R&D sur les détecteurs liquides (XEMIS).

      Les intervenants mettront en avant les liens étroits existant entre les développements conçus pour la recherche en physique fondamentale et les applications médicales qui peuvent en découler.

      4. Visites sur le terrain

      Si l'emploi du temps le permet et si le nombre d'étudiants n'est pas trop important, une visite d'un site d'expérience présentée au cours de l'UE pourrait être organisée (LHC au CERN par exemple, Xemis au CHU de Nantes...).

      Mots clés (savoirs et domaines disciplinaires) : instrumentation, détection, détecteurs, nucléaire, astroparticules, physique des particules, applications médicales

      UE connexe(s) : Instrumentation et détection (RDI).

      • Résultats d'apprentissages visés et évaluations

        A l'issue de l'UE, les élèves ingénieurs, seront capables de :

        • comprendre le principe de fonctionnement des détecteurs abordés,
        • comprendre les critères scientifiques et techniques qui pilotent le choix d'un système de détection ou d'un type de détecteur pour une application donnée,
        • comprendre la nécessité d'intégrer différentes disciplines techniques dans la conception d'un système de détection (électronique, mécanique, informatique...)
        • acquérir des bases de la méthodologie nécessaire à la conception d'un système de détection
        • pré-dimensionner un des détecteurs dont le principe a été abordé en cours,
        • situer les enjeux et les contraintes d'une étude de R&D,
        • évaluer un rapport technique de conception d'un détecteur,
        • apprécier les liens étroits entre recherche fondamentale et appliquée.

        Types d'évaluation pour observer les compétences visées

        Chaque intervenant réservera, dans la dernière session de son cours, un temps court (20 à 30 minutes) pour une évaluation sous une forme laissée à son appréciation (exercices, QCM, questions orales, sur la base des documents de cours ou d'autres documents distribués en amont). L'idée est bien d'évaluer les capacités de raisonnement des étudiants, par exemple sur la base d'un dimensionnement succinct d'un détecteur ou d'un choix à faire pour réaliser telle ou telle mesure. Faire l'évaluation au cœur du cours permet de revenir, au travers de la correction faite immédiatement après, sur les notions ou méthodes importantes que les étudiants devraient acquérir, afin que l'évaluation soit aussi la plus formative possible.

        • Intervenants, planning et séquencement

          Planning et noms des intervenants

          Présentation UV (1.25h)
          Richard Dallier
          Module "Défis pour l'industrie électronucléaire" (10h)
          Zakkarya Mekhalfa, ORANO
          (Mesures nucléaires), 10h
          Module"Défis pour la recherche" (18h)
          Sara Diglio (Matière Noire), 6h

          Benoît Viaud (Neutrinos), 6h
           
          Guillaume Batigne (ALICE et le QGP) au CERN, 6h sur 1.5 jours de visite
          Module"Défis pour le médical" (12h)
          Dominique Thers (Détecteurs Liquides, Xemis), 6h

          Samuel Duval, AI4R (Détecteurs à Gaz), 6h


          Séquencement des interventions


          Octobre 2019

          Novembre 2019

          Décembre 2019

          Janvier 2020

          Présentation (RD)




          Mesures Nucléaires (ZM)





          Matière Noire (SD)




          Détecteurs Liquides (DT)




          Détecteurs à Gaz (SD)





          Neutrinos (BV)




          ALICE et le QGP (GB)

          • Documents de cours

            Cette section contient les documents supports présentés dans les cours de l'UE. Les intervenants se réservent le droit de modifier leurs documents support ou de fournir de nouveaux documents lors de leur cours.