Axes de Recherche au LPHEA

 

Thématique et axes de recherche du Laboratoire

    

Thématique : Physique des Hautes Énergies et Théorique (Équipe EPHET):


L’ensemble des activités de l’équipe s’étale sur des domaines variés à l’interface entre des sujets proches de la modélisation théorique de la physique des particules, et de la physique des particules auprès  des collisionneurs (LHC, ILC), l’Astroparticule et la Physique Nucléaire théorique. Ces activités couvrent plusieurs axes, dont principalement :


1.Axe I: Physique des Hautes Énergies : (Théorie & Phénoménologie )


La recherche en physique des particules a connu une activité très intense ces dernières années sur les deux plans théorique et expérimental, l’accent étant mis sur la mise en évidence et la compréhension de la brisure spontanée de la symétrie électrofaible dans le cadre du Modèle Standard des interactions électrofaibles et fortes (SM) et la recherche d’une nouvelle physique au delà de ce modèle. Les expériences CMS et ATLAS, du grand collisionneur hadronique  (LHC) mis en fonctionnement en novembre 2009, ont atteint des énergies de 8 TeV et des luminosité totale d’environ 30 fb-1 au cours de la phase RUN 1 (2009 - 2013) fut un grand triomphe couronné par  la découverte du boson de Higgs confirmant le dit mécanisme de Brout-Engler-Higgs introduit théoriquement  un demi siècle auparavant. Cette  découverte est faite sur la base de l’analyse de 12fb-1 de données, ce qui laisse une quantité importante de données à analyser pendant ce premier long arrêt du LHC

Le prochain redémarrage du LHC est prévu en 2015, avec une remontée progressive de la luminosité et de l’énergie jusqu’à 100fb-1 et de 14 TeV respectivement, permettront de mesurer l avec une plus grande précision es propriétés du boson de Higgs et d’apporter probablement des indications sur la nouvelle physique, au delà du modèle standard, délivrant ainsi des éléments de réponse aux problématiques que le modèle standard est incapable d’élucider, telles que l’oscillation des neutrinos,  la masse manquante dans l’Univers, la naturalité....etc. L’étude des propriétés du boson de Higgs pourra révéler des indices sur la nouvelle physique et de valider ou d’exclure certains des modèles théoriques proposés à cet effet: la super-symétrie (SUSY) dans sa version minimale MSSM, les modèles étendant le secteur de Higgs par un ou plusieurs doublets de Higgs (multi-HDM), les modèles incorporant le mécanisme Seesaw, en particulier ceux avec un  triplet de champ scalaire (HTM), les modèles avec des bosons inertes (IHM) candidats à la matière noire.

Le présent projet s’inscrit pleinement dans cette optique et a pour but de contribuer par des études théoriques et phénoménologiques basées sur ces modèles dans l’objectif d’interpréter les résultats expérimentaux obtenus récemment par ATLAS et CMS et de prendre part aux analyses des données de l’expérience ATLAS, dans le cadre des dits modèles, programmées après le redémarrage du LHC en 2015.

Le challenge de toute théorie est d’atteindre une précision des calculs théoriques comparable à celle des expériences. Pour ce faire, un traitement précis des corrections quantiques est à mettre en œuvre, traitement délicat car à la frontière entre des notions importantes de physique des hautes énergies, et un traitement numérique assisté par ordinateur. Ces corrections, notamment pour les modèles HTM, MSSM, NMSSM peuvent changer plusieurs prédictions. Certaines de ces corrections pourraient être paramétrées à l’aide d’    opérateurs effectifs qui ne sont pas contenus dans la description standard. Il se pourrait aussi que ces opérateurs soient aussi l’effet résiduel de physique ayant lieu à des énergies que le LHC ne peut atteindre mais que nous pourrions dévoiler via leurs effets indirects.  Dans cette optique en vue des des prochains résultats expérimentaux, un travail théorique, dans le cadre des modèles précités, est nécessaire pour déterminer si nous sommes en présence de nouvelle physique, et quelles signatures de nouvelle physique sont mises en jeu.

Pour cet axe, l’équipe EPHET du LPHEA compte poursuivre les actions en cours et développer les projets suivants:


Physique du Higgs au delà du Modèle Standard


Modèle du Triplet de Higgs (HTM) :

La principale motivation pour le modèle HTM (HTM2 avec triplet d’hypercharge y=0 ou HTM0 avec y =0) est de permettre, via l’état
triplet de Higgs, de donner une masse aux neutrinos ‘gauches’ sans avoir besoin d’invoquer l’existence de nouveaux états de neutrinos ‘droits’. Les masses, dites de Majorana, de ces neutrinos sont obtenues après brisure spontanée
des symétries de Jauge du modèle standard, cependant mettant en jeu un potentiel de Higgs plus élargi et ayant des propriétés dynamiques
très différentes de sa contrepartie standard. Cette dynamique détermine tous les aspects physiques du modèle et prédit l’existence, en plus du Higgs standard, deux autres Higgs électriquement neutre ainsi qu’un Higgs électriquement chargé et un Higgs électriquement doublement chargé.

a)Étude du potentiel du HTM:

L’étude de la structure des minima et de la stabilité du potentiel du HTM2 n’est pas aisée a priori, car ce potentiel dépend de 10 champs scalaires réels différents ainsi que de 5 couplages non-dimensionnés et de 3 paramètres de masses arbitraires.

Nous avons étudié en détail la structure dynamique de ce potentiel. Cela nous a permis d’établir:

Les conditions générales assurant la stabilité du potentiel;

Les conditions générales garantissant les contraintes d’unitarité;

La structure des masses des Higgs et leur comportement en fonction des paramètres du potentiel;

Que dans la majeure partie de l’espace des paramètres, un des Higgs neutre se comporte essentiellement comme celui du modèle standard;

la région de l’espace des paramètres qui rend les différents bosons de Higgs du modèle accessibles au LHC est justement celle qui rend le mécanisme ‘Seesaw’ presque inopérant.

Les points 4 et 5 se sont avérés très importants pour la phénoménologie du Higgs au LHC. Nous les avons exploités dans un deuxième travail dans le cadre des derniers résultats de ATLAS et CMS. Les points 1 et 2 ont permis d’établir des contraintes de consistance théorique qui réduisent les zones permises de l’espace des paramètres à respecter dans toute étude phénoménologique. Notons en particulier que le point 1 résout de manière exacte et complète un aspect dédiée au HTM2 qui  jusqu’à présent toujours abordé de façon partielle et approximative dans la littérature. Enfin, les points 3 à 5 ont été combinés pour proposer une stratégie phénoménologique dans le cas où une partie ou l’ensemble des états de bosons de Higgs du HTM sont mis en évidence au LHC.

Cette analyse nous a aussi permis d’interagir avec certains expérimentateurs de l’expérience CMS et ATLAS au LHC qui s’intéressent à la recherche des divers bosons de Higgs prédits par le modèle HTM2, en particulier les Higgs chargés, dont l’observation signerait l’existence d’une nouvelle physique.

b)Désintégration du boson de Higgs:

b.1.Higgs en deux photons  et en un photon et un boson Z dans HTM:

Ce sujet est une conséquence importante pour l’interprétation de la recherche du (des) boson(s) de Higgs au LHC. Nous avons étudié en détail le canal de désintégration du Higgs en deux photons (aussi en photon plus Z) dans HTM2 selon deux scénarios : avec 2 Higgs à CP paire  (h, H) dont l’un est plus léger que l’autre. Puis dans un  2ème travail, les deux Higgs h et H sont dégénérés en masse. Nous avons montré que les effets quantiques des bosons de Higgs chargés (H+) et surtout doublement chargés (H++), peuvent modifier de manière drastique le comportement de ce canal en comparaison avec le cas du modèle standard. Le taux de branchement de ce canal peut alors être réduit de plusieurs ordres de grandeur, ou au contraire être renforcé de quelques facteurs, suivant l’endroit où on se place dans l’espace des paramètres. Par ailleurs, en imposant les contraintes expérimentales du LHC sur ces canaux, nous avons déduis des limites inférieures dur les masses du H+ et du H++.

b.2.L’étape suivante est de nous intéresser aux canaux de désintégrations exotiques ou invisibles du Higgs. En particulier, la désintégration du Higgs lourd en deux Higgs légers H  hh. Nous comptons effectuer nos analyses dans le modèle HTM0. Ce modèle ressemble plus au SM, à part son spectre qui contient un 2ème Higgs avec CP paire plus un Higgs simplement chargé H+. (Prof. M. Chabab et Dr. L. Rahili)


II)Modèle 2HDM plus un Triplet de Higgs (2HDMT):

Ce modèle est intéressant non seulement par sa richesse de spectre, mais aussi parce qu’il répond à plusieurs questions laissées sans réponses dans le SM : les masses non nulles des neutrinos et la matière noir. Dans la première phase, à l’instar de ce que nous avons fait pour le HTM, nous allons déterminer toutes les contraintes théoriques  à imposer au modèle délimitant son espace des paramètres. Ensuite nous passons à l’étude phénoménologique de quelques processus dans le secteur du Higgs, et ce en étroite interaction avec les observations expérimentales du LHC. (Prof. R. Benbrik, Prof. M. Chabab et le doctorant Ibrahim Ait Ouazghour).

III)Masses des Bosons scalaires et naturalité dans HTM

Récemment, la communauté connaît un intérêt croissant pour le problème de la naturalité qui s’est traduit par plusieurs travaux dans certaines extensions du SM, avec des résultats importants sur les masses des bosons scalaires des modèles considérés. Ceci nous a motivé à traiter ce problème pour nos modèles à savoir le HTM2 et HTM0. (Prof. Chabab et Dr. L. Rahili)

IV)Le modèle 2HDM plus un singulet :

(Prof. R. Benbrik, et la doctorante Souad Semlali)


  1. 2.Axe II: Physique des Hautes Énergies Expérimentale


Participation à l’expérience ATLAS: mise à niveau du détecteur à Pixels du trajectographe interne & Analyse des données

Nous participons à l’expérience ATLAS auprès du LHC sur deux volets: la mise à niveau du détecteur à Pixels du trajectographe interne, d’une part, et à l’analyse des données portant sur les axes auxquels notre laboratoire s’intéresse.


1.Mise à niveau du détecteur à Pixels:

Notre groupe a pour tradition depuis 1998 de prendre part aux activités ayant trait au détecteur de l’expérience ATLAS. Après avoir participé activement à la construction du tonneau du calorimètre électromagnétique, nous projetons de prendre part à la mise à niveau du détecteur à Pixels du trajectographe interne de ATLAS.

La mise à niveau du grand collisionneur proton-proton du CERN, communément appelé le super LHC, prévue en 2018 nécessitera le remplacement du détecteur Pixel de l’expérience ATLAS. En raison du taux d’irradiation élevé et du nombre de particules produites lors d’une collision, les technologies utilisées actuellement au niveau des capteurs à silicium et des circuits électroniques de lecture sont inadaptées. Plusieurs projets de mise à niveau du détecteur Pixel sont en cours d’étude dont la solution dite « Alpine » proposée par le groupe ATLAS du Laboratoire d’Annecy-Le-Vieux de Physique des Particules et auquel on s’associe. L’originalité de cette dernière est qu’elle utilise la même structure mécanique pour la partie tonneau et pour les bouchons du détecteur Pixel. Les études d’ingénierie validant les propriétés thermique et mécanique sont prises en charge pour le groupe du LAPP.

Nous avons pris part à la validation des performances physiques, en termes de résolution en position et en impulsion entre autres, dans l’environnement du super LHC et en utilisant la géométrie de la solution alpine.


2.Analyse des données du LHC:

Nous proposons dans ce volet de prendre part à l’analyse des données du LHC en s’intéressant aux axes de physique faisant partie des activités de notre laboratoire. En effet, nous proposons de faire la recherche de nouvelles particules à travers des canaux de physique donnant dans l’état final deux ou plusieurs jets. La recherche de résonances dans les di-jets permet de contraindre nombre de modèles proposés pour étendre le SM et de fixer des limites sur la masse de la résonance et sur les paramètres des modèles. La recherche des particules exotiques, prédites par des modèles tels que la chromodynamique quantique chirale, ou les extensions supersymétriques du MS, feront l’objet des analyses que nous proposons dans ce volet.


Axe III: Forte Gravité et  Thermodynamique des Trous Noirs


Actuellement, tous les phénomènes observés en physique des particules sont explicables à l’aide du modèle standard. Ce modèle regroupe dans une seule théorie à la fois la théorie électrofaible et la chromodynamique quantique. Ainsi, il contient l’interaction électromagnétique, l’interaction faible et l’interaction forte.

De plus, le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard a été observé très récemment au LHC. Ce boson est un ingrédient majeur du modèle Standard, vu qu’il est responsable de la brisure spontanée de la symétrie, rendant massifs les bosons de jauge, mais aussi générant les masses particules fermioniques via les couplages de Yukawa. Cependant, ce modèle reste impuissant devant notre compréhension de plusieurs problèmes tels que la matière noire et l’énergie noire, oscillation des neutrinos....

Pour y remédier, les efforts théoriques privilégient actuellement deux directions: la supersymétrie (SUSY) et les théories de cordes.

L’autre axe est la théorie des cordes, qui repose sur une idée « radicale », à savoir que les particules fondamentales ne seraient pas des points, mais plutôt de petites boucles ou des cordes en vibration. Les différentes forces et particules ne constituent que des modes oscillatoires différents d’un seul et unique type de corde. Étrangement, cette théorie implique qu’outre les trois dimensions spatiales et la dimension temporelle que nous connaissons, il existe six dimensions spatiales supplémentaires! Ces dimensions supplémentaires seraient « repliées » si étroitement que nous ne pourrions les percevoir à notre échelle.

De plus de cela le trou noir constitue un axe très riche en matière de recherche scientifique. Ce pendant contrairement à ce que l’on pourrait penser, la découverte des trous noirs ne date pas d’hier. Laplace en a fait une première  au dix-huitième siècle, alors que l’observation du premier trou noir n’a eu lieu qu’au début des années soixante dix. Suite aux travaux d’Einstein sur la relativité en 1916, Schwarzschild reprend les équations et leur trouve une solution élégante.

Dans ce projet intitulé « Thermodynamique des Trous Noirs et Physique des Cordes »,   on propose étudier la thermodynamique des différent type trous noirs, en particulier un type spécifique de trou noir, qui est le trou noir de Anti-de-Sitter en dimensions arbitraires. Dans cette étude on va explorer quelques propriétés de sa thermodynamique, dont l’équation d’état, et son comportement critique analogue par analogie avec un gaz de Van der Waals.  Pour cela on déterminera des coordonnées des points critiques dans le diagramme P − V, puis le nombre universel prédit Van der Waals en fonction de la dimension de l’espace temps. D’autres propriétés telles que la fonction de l’énergie libre et l’énergie de Gibbs…seront également considérées.

Dans la même voie, et d’une manière similaire, on pourra aussi traiter les trous noirs en 3D avec un scalaire de cheveux. (Prof. A. Belhaj, Prof. Chabab, Dr. H. El Moumni, et la doctorante Karima Masmar).


Axe IV: Physique Nucléaire et Atomique Théorique


Propriétés des noyaux exotiques par la méthode de Hartree- Fock - Bogoliubov

Dans le cadre de nos recherches en physique nucléaire théorique, nous sommes en cours d’utilisation d’un nouveau code, récemment élaboré par une équipe de chercheurs de Lawrence laboratory (en 2013), sur la méthode de Hartree-Fock-Bogoliubov et que nous comptons développer par la suite pour étudier les propriétés des noyaux situés aux frontières de la vallée de stabilité. Ces noyaux présentent une importance particulière dans les recherches actuelles sur la structure nucléaire. Les travaux de recherche, que nous entreprenons aujourd’hui et que nous comptons développer au cours des quatre années à venir, rentrent dans le cadre de la thèse de doctorat préparée par l’étudiant Y. El Bassem sous la direction du Prof. M. Oulne. 

2)Méthode d’itération asymptotique et Formalisme de Bohr: Applications en physique nucléaire et physique atomique

Suite aux travaux de recherche, que nous avons pu réaliser et publier tout récemment en utilisant une nouvelle méthode de résolution de l’équation de Schrödinger, l’équation de Klein – Gordon et l’équation de Dirac, à savoir : la méthode d’itération asymptotique, nous comptons, pour les quatre années à venir, étendre l’application de cette méthode à étudier des problèmes concrets de physique nucléaire, tels que : les états collectifs via l’hamiltonien de Bohr et les états de résonance, et de la physique atomique, …etc. Aussi  nous nous intéresserons au développement des algorithmes assurant une très grande précision dans la détermination des niveaux d’énergie par exemple. Ces travaux de recherche rentrent dans le cadre d’encadrement des thèses de doctorat des étudiants A. El Batoul, A. Lahbas et Y. Mennioui par Prof. M. Chabab. Et Prof. M. Oulne. 

3)Étude de la structure nucléaire par la théorie de la fonctionnelle de la densité

En parallèle avec les thématiques mentionnées ci-dessus (en 1 et 2), nous comptons développer une nouvelle approche, dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité en se basant sur la méthode de transformation de l’échelle locale, pour étudier les propriétés des noyaux atomiques légers, lourds et super-lourds. Cette nouvelle thématique fera l’objet d’une nouvelle thèse de doctorat, à partir de l’année universitaire 2015-2016, et qui sera encadrée conjointement par Prof. M. Oulne et Prof. A. Adahchour.

4)Modèle à trois corps :

L’étude d’un certain nombre de systèmes représentés dans une configuration à trois corps en utilisant la méthode microscopique de la coordonnée génératrice GCM. Le but est de déterminer les énergies des états liés et des états excités ainsi que leurs largeurs. (Prof. Adahchour).



Thématique : Astronomie & Astrophysique (Équipe EA2)


1.Axe : Études et de qualification des sites astronomiques :


Mots clefs: Seeing - site testing- optique atmosphérique - Haute résolution angulaire – Modélisation – Météorologie – Photométrie et extinction – Aérosols ...

Titre: Etude et qualification des sites d’observation Astronomique :

Le LPHEA, a depuis quelques années acquis une certaine expertise dans la thématique d’étude et de qualification des sites d’observation astronomique. Cet axe sera poursuivi aussi bien du point de vue théorique, par la modélisation des différents paramètres Optiques qui renseignent sur la dégradation de l’observation à travers l’atmosphère terrestre que du point de vue expérimental. En effet nous projetons de mettre en oeuvre plusieurs instruments d’observation de la qualité du ciel.

Experience ISM : Pour « Interferential Seeing Monitor ». Basé sur l’étude des figures d’interférence produite par un système interférentiel, à division de front d’onde (fentes de Young), au foyer d’un petit télescope. De cette figure on calcule la fonction de structure de la phase de l’onde qui arrive d’une étoile puis on déduit le seeing. Après avoir publié ce principe, nous somme en train de caractériser l’ISM : Effet des dimensions des fentes, Effet du bruit, Effet de la non-monochromaticité, Possibilité d’utilisation d’autres configurations… . Cet instrument est appelé a remplacer le moniteur de seeing classique vu la simplicité de sa mise en œuvre utilisant deux simple fente reproduisant la l’interferogramme des fentes de Young.

La caractérisation des sites par l’étude globale des conditions météorologiques et photométriques à grande échelle fait également partie de nos récentes études. Les mesures satellitaires et les bases de données météorologiques, en scannant la terre entière, constituent un outil incontournable pour l’aide à la prise de décision concernant la pré-sélection de sites astronomiques. Il s’agit de deux thématiques différentes. Les mesures satellitaires concernent la caractérisation de la teneur en aérosols affectant la transparence du ciel, ainsi que les bases de données météorologiques concernent les paramètres qui affectent la turbulence optique. Concernant ces deux axes de recherche, le laboratoire a déjà une production scientifique. Nous projetons pour les quatre prochaines années d’approfondir nos analyses et nos modélisations. En ce qui concerne l’analyse des données astro-climatiques relatives à la turbulence atmosphériques affectant le trajet des rayons stellaires, il existe plusieurs bases de données de sites ayant subi des campagnes de mesures exhaustives. Nous envisageons d’y intégrer les bases de données Météorologique pour améliorer les modèles déjà développés au LPHEA.


Base de données ELT :

Un site Marocains à fait partie du programme ELT Design Study, ou un appareillage complet comprenant un MASS+DIMM fixé à une monture  automatisée, ainsi qu’une station Météorologique et un Dimm local ont été installé sur le site d’Aklim dans l’Anti-Atlas. Il est à noter que ce programme a bénéficié de l’appui de l’Académie Hassan II des Sciences et Techniques.

Cette campagne nous a permis de constituer une base de donnée pour le site d’Aklim, mais aussi d’avoir accès aux données des autres sites candidats. Il s’agira d’exploiter cette importante quantité de données pour améliorer notre connaissance sur les caractéristiques des paramètres astro-climatiques et leur évolution à l’échelle de la planète.


2. Axe : « Exoplanètes »:


Mots clefs: Exoplanètes – spectrographe – Apodisation – Choronographie – Transit – vitesse radiale

Titre : Détection d’exoplanètes par mesures Photométriques:

Le principe de cette technique est d’observer les variations lumineuses de l’étoile pour en déduire la présence d’une planète extra-solaire, c’est la méthode du transit: Une planète qui passe devant l’étoile provoque forcément une diminution temporaire de la quantité de lumière (à l’instar d’une éclipse). L’amplitude de la diminution de l’intensité de la lumière dépend des tailles de l’étoile et de la planète. La durée du transit dépend de la distance de la planète à l’étoile et de la masse de l’étoile. Il est donc possible d’estimer la taille et la distance de la planète à partir de la seule observation des rayonnements émis par une étoile et de la diminution de ceux-ci lors du transit. En plus, en observant les transits (transit secondaire) avec des instruments très précis, il est également possible de détecter certains éléments présents dans l’atmosphère des planètes. Nous avons au LPHEA, et grâce à l’instrumentation de l’observatoire de l’Oukaimeden, effectué plusieurs campagnes d’observation qui ont permis de valider la méthode. Nous prévoyons approfondir cet axe en procédant la détection par transit de nouvelles exoplanètes.


Titre : Détection et caractérisation d’exoplanètes par mesures Vélocimétriques:

La détection d’exoplanètes par mesure photométrique est déjà testée et confirmée au LPHEA. L’utilisation d’un spectrographe haute résolution permettra, néanmoins, de compléter et d’enrichir cette technique de détection et aussi de caractériser la composition chimique de l’atmosphère des exoplanètes. Une étoile et son exoplanète tournent autour de leur centre de gravité. Au cours de leur mouvement le spectre émis par le couple étoile exoplanète est déplacé vers le bleu s’ils se rapprochent de l’observateur et ils virent vers le rouge s’ils s’en éloignent ; C’est l’effet Doppler. La méthode de détection par mesure vélocimétrique consiste à mesurer la vitesse radiale des étoiles, par effet Doppler, et de ce fait permettra de détecter et / ou confirmer la présence d’exoplanètes. En utilisant un spectrographe de résolution moyenne, nous pourrions réaliser des mesures fiables des déplacements des raies spectrales émises par des étoiles autour desquelles gravitent de potentielles exoplanètes. En associant ces mesures à des techniques de traitement adéquat (Cross Correlated Function), nous pourrions déterminer la vitesse radiale de ces exoplanètes de masse plusieurs fois celle de Jupiter. D’autre part, la composition chimique de l’atmosphère des exoplanètes peut aussi être révélée par l’identification du spectre d’absorption reçu d’elles en le soustrayant du spectre de l’étoile autour de laquelle elles gravitent.


Titre : Observation direct des exoplanètes, chornographie et  Apodisation de pupille:

L’observation directe des exoplanètes est actuellement parmi les axes de recherche les plus ambitieux.

Ce thème s’inscrit dans le cadre de l’imagerie à très haute dynamique. Les techniques coronographiques s’avèrent des outils incontournables pour « observer » des objets faibles (exo-planète par exemple) situés au voisinage d’un objet de très forte luminosité (étoile). En effet, les exoplanètes sont beaucoup moins brillantes que l’étoile et donc noyée dans les  pieds de diffraction. L’apodisation a pour but de couper les pieds de diffraction pour mieux voir ce qui est au voisinage d’une étoile.

La contribution de notre groupe est basée sur l’étude et la réalisation expérimentale de l’apodisation par interférométrie. L’apodisation a pour but d’améliorer l’efficacité des coronographes. Au laboratoire, nous travaillons sur  l’apodisation à deux dimensions d’une pupille rectangulaire, en utilisant une méthode interférométrique, ainsi que l’effet de la polychromaticité sur les résultats.

Le laboratoire s’est équipé à cet effet d’une table d’optique de haute précision et d’un interféromètre Mach-Zhender grâce à la collaboration avec le Centre Régional des Métiers de l’Éducation et de la Formation. Cette instrumentation devra être complétée afin de vérifier plusieurs études de simulation ayant fait l’objet de publication de premier rang et de la soutenance d’une thèse de doctorat.


Titre : Projet TRAPPIST Nord :

Un accord de coopération a été conclu avec l’université Belge de Liège dans le but d’installer un télescope robotisé de 60 cm de diamètre à l’Observatoire de l’Oukaimeden. Il rentre dans le cadre du projet TRRAPIST pour (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope). Un télescope analogue est déjà en fonction dans l’hémisphère sud au Chili. Son jumeau de l’Oukaimeden viendra compléter la couverture du ciel pour l’hémisphère nord, un consortium est mis en place à cet effet.

Le consortium est formé de deux programmes avec des thèmes différents : le programme exoplanète et le programme comète. A chaque programme sont associés des Co-investigateurs (CoIs). Les données de chaque programme sont gérées de façon autonome et publiées de façon indépendante. L’équipe «exoplanètes» et l’équipe «comètes» gèrent de façon conjointe l’exploitation de TRAPPIST afin d’optimiser les observations en fonction des contraintes de chacun. Le temps d’observation disponible est calculé et réparti de commun accord sur une base mensuelle, avec possibilité de réajustements en fonction des priorités scientifiques. L’équipe de l’Observatoire OUCA est associée aux deux thèmes de recherche au travers de projets définis de commun accord. Des échanges entre les équipes seront mis en place.


3.Axe : « Haute résolution angulaire, Interférométrie »


Mots clefs: Optique, interféromètres, apodisation, cophasage, magnitude limite, seeing, isoplanitic, isopistonic,  Interférence - Diffraction, Fonction de structure, Phase,  HRA, ISM.


Titres: - Interférométrie, cophasage et magnitude limite:

En observation astronomique, pour atteindre des objets de plus en plus lointains, les interféromètres stellaires constituent des instruments efficaces. Constitués de plusieurs ouvertures (télescopes), ses instruments sont confrontés principalement au problème de « mise en pas ». C’est-à-dire que les ouvertures doivent être en phase de point de vue optique, cette opération s’appelle cophasage de l’interféromètre.

La mise en équation du problème de cophasage a constitué un des axes développés au laboratoire ces dernières années.  L’étude a concerné en premier lieu  l’architecture  de cophasage : un interféromètre cophasé hiérarchiquement par paires de télescopes s’avère plus performant que ce lui cophasé de manière globale (toutes les ouvertures  cophasées en même temps). On s’est intéressé en suite à chercher  les conditions  optimales d’obtention et d’utilisation d’une source de référence pour faire du cophasage : ou domaine isopistonique. Du faite du caractère aléatoire de la turbulence atmosphérique, le cophasage doit se faire en temps réel ce qui nécessite un système de correction asservi. Tenant compte de tous ces aspects, on a élaboré une formulation analytique de la couverture du ciel, notion qui traduit la probabilité de  trouver une source de référence pour faire du cophasage en temps réel. Cette étude permet d’évaluer la limite qu’on peut atteindre en magnitude pour l’observation des objets extragalactiques.


4.Axe : « Physique Solaire »


Mots clefs: Activités solaires – Magnétosphère – ISWI – Expérience Renoir – Ionosphère – Particules de hautes énergies – climat spatiales ...


Titre : Activité Solaire et Météorologie Spatiale:

Le Soleil est la source du vent solaire, un flux de gaz qui atteint la Terre à une vitesse de plus de 500 km par seconde. Les perturbations dans le vent solaire secouent le champ magnétique de la Terre, introduisent des particules accélérées et de l’énergie dans la ceinture de radiation de la Terre. La Météorologie de l’espace étudie les effets de l’activité solaire sur l’atmosphère de la terre. Car en plus d’avoir une influence sur le climat de la terre, ce rayonnement en excès peut endommager les satellites et constitue une menace pour les astronautes. Secouer le champ magnétique terrestre peut aussi provoquer des pointes de courant dans les lignes électriques qui ont pour effet d’endommager les réseaux électriques à large échelle causant des dommages économiques importants.

Plusieurs énigmes scientifiques sont à résoudre concernant l’activité, le cycle, la composition interne, et l’atmosphère du Soleil. La distribution de la température interne et externe, ses éjections de masses coronales et de particules énergétiques et surtout la distribution de son champ magnétique due à l’hypothétique effet dynamo sont également autant de champs d’investigation. Depuis les années soixante-dix, plusieurs satellites observent notre astre dans plusieurs longueurs d’onde et permettent ainsi d’établir une large base de données scientifiques.

Comme nous disposons de l’observatoire Oukaimeden, qualifié comme étant excellent pour les observations solaires, nous avons envisagé l’installation d’un matériel d’observation solaire ainsi que l’étude des bases de données déjà existantes au sein de la communauté scientifique internationale.

Comme nous devenons de plus en plus dépendants des satellites dans l’espace nous allons de plus en plus ressentir les effets de la météo spatiale et la nécessité de la prédire.

Le LPHEA a pu intégrer cet axe de recherche suite à une rencontre ; ISWI (International Space Weather Initiative) ayant eu lieu à Rabat les 19-20 novembre 2010. Lors de ce workshop, le directeur de l’observatoire a proposé à une équipe Américaine de l’Université de l’Illinois d’installer l’expérience RENOIR (Remote Equatorial Nighttime Observatory of Ionospheric Régions) à l’observatoire Oukaïmeden.  Il s’agit de deux interféromètres Fabry-Perrot, une caméra all-sky, et trois systèmes de positionnement GPS à fréquences duales et moniteur à scintillation. L’équipe Américaine a réussi à avoir le financement de la NSF (National Science Fundation) pour ce projet. L’objectif scientifique étant l’étude du système Ionosphère/ Thermosphère terrestre en relation bien entendu avec l’activité solaire.

L’instrumentation est en fonction depuis novembre 2013 et Une école OISA-ISWI a été organisée en mai 2014. Deux doctorants on été inscrits dans cette thématique. Dans la même mouvance une thèse en collaboration avec le LESIA de l’Observatoire de Paris est en cours. Elle porte sur l’étude des particules de hautes énergies crées lors des éruptions solaires.


5.Axe : « Planétologie » et petits corps du système solaire.


Mots clefs: Flashs lunaires – flux d’impact – cratères d’impact – ondes de chocs – datation – trajectoire des météores - Météores – All Sky


Titre : Détection des flash lunaires:

Cet axe très récent au LPHEA est une retombée de l’école d’astrophysique de l’Oukaimeden OISA’9, qui avait retenu la planétologie pour thème. Une coopération est née à cette occasion entre plusieurs partenaire participant à cette manifestation et à aboutit au financement d’une action intégrée.

Le projet s’inscrit dans le contexte international de préparation des missions sismologiques lunaires qui utiliseront les impacts comme source sismique.  Dans le cadre de ce programme de recherche, le réseau franco-marocain initié pour ce projet focalisera ces efforts sur l’observation et l’interprétation des flashs lunaires, et sur la structure de l’onde de choc. De plus, les résultats concernant le flux d’impact dans le système Terre-Lune intéresseront au premier plan la communauté internationale utilisatrice des méthodes de comptage de cratère pour dater les surfaces planétaires, les 5 dernières années ayant été particulièrement animés par la vitalité du débat concernant les fondements de ces méthodes (e.g., variabilité du flux d’impact, rôle des cratères primaires et des cratères secondaires dans le courbe de production de cratères d’impact). De nouvelles observations permettront de prendre part à ce débat et de faire évoluer ces méthodes afin d’en poursuivre l’application pour la chronologie des surfaces planétaires avec confiance. La question de la structure de l’onde de choc est également un sujet très pertinent, soulevé en particulier depuis que les moyens expérimentaux permettent d’effectuer des observations dans ce domaine. Les résultats obtenus sur les roches impactées sont essentiels pour extrapoler les mesures expérimentales, réalisées sur des objets centimétriques, aux objets planétaires. Enfin, cette connaissance de la structure des chocs dans les solides composés d’assemblage minéralogiques complexes permettra d’obtenir une représentation juste de la source sismique « impact », et de son contenu fréquentiel.

Cet axe a connu un certain succès avec la détection récente de trois flashs par l’équipe du LPHEA et un article est en cours de publication suite à ces découvertes. On propose de créer un réseau de détection autour du globe en mettant à profit la récente coopération avec les chercheurs de l’Université King Abdulaziz d’Arabie saoudite.


Titre : Détection et suivi des météores:

L’étude sur les météores est fondamentale  pour comprendre leur nature et savoir de quel système stellaire  elles proviennent. Pour réaliser cette étude nous allons installer le matériel nécessaire pour l’acquisition simultanée  des images des météores et ensuite le traitement par des logiciels spécifiques afin de déterminer les caractéristiques photométriques de ces objets. 

Un projet de collaboration avec une équipe de l’observatoire de Paris à permis  d’installer deux cameras ALL Sky sur les deux observatoires de Marrakech  et de l’Oukaimeden. Ce réseau est appelé à s’étendre grâce notamment à l’appui du réseau français FRIPON et de l’appui d’une équipe australienne en contact avec Hasnaa Chenaoui de l’université de Casablanca. Une doctorante est déjà en deuxième année de thèse sur cette thématique.


Titre : Détection et suivi des petits corps du Système Solaire:

L’installation en Octobre 2011 du Télescope MOSS à l’observatoire de l’Oukaimeden à connu un grand succès avec la découverte de Quatre nouvelles Comètes de trois géocroiseur ainsi que plusieurs nouveaux astéroïdes dont trois on déjà été répertoriés par l’union astronomique internationale. Nous prévoyant d’utiliser les images du programme MOSS pour faire d’autre découvertes et procéder aux suivi des geocroiseurs. Pour ce faire nous nous proposons d’élaborer un programme d’analyse systématique des observations.

En outre cette thématique est aussi appelée à se développer d’une façon conséquente grâce à la récente coopération avec l’Agence Spatiale Coréenne qui vient de procéder à l’installation d’un nouveau télescope robotisé de 50cm de diamètre sur le site de l’Observatoire de l’Oukaimeden. En plus des petits corps du système solaire cet instrument est appelé à traquer les débris des satellites. L’équipe du LPHEA est appelée à intégrer ce programme de recherche.


6.Axe: «  Spectroscopie des étoiles variables »


Titre : Pulsation et dynamique des étoiles variables:

Le développement récent de l’observatoire universitaire de l’Oukaimeden permet actuellement aux chercheurs du Laboratoire de Physique des hautes Énergies et d’Astrophysique (LPHEA) l’utilisation de deux Télescope C14 et T500 fonctionnant totalement en mode contrôle à distance. Grâce à l’acquisition d’un spectrographe Eshell qui permet de réaliser des mesures spectroscopiques, nous développons à travers ce projet, une nouvelle thématique de recherche qui combine la photométrie et la spectroscopie.

Nous avons entrepris des observations qui ont permis par des mesures photométriques et spectroscopiques d’étoiles variables comme l’étoile pulsante RR Lyrae. L’étoile RR-Lyrae (HD 182989) est une étoile géante de type spectral A8-F7. Sa Luminosité varie sur une plage de magnitude 1.06 avec une période de 13h36mn. C’est l’étoile pulsante la plus brillante de sa catégorie, elle a été découverte en 1899 par l’astronome écossaise W. Fleming. En 1906, l’astronome russe Sergey Blazhko découvre une variation de l’amplitude de la courbe de lumière sous forme d’une modulation cyclique de 39 jours. Cet effet, connu sous le nom de l’effet Blazhko, n’est pas encore expliqué malgré plus d’un siècle d’effort pour le comprendre ! Récemment en 2013, Denis Gillet a présenté une interprétation sur la base d’existence de l’excitation systématique de deux modes (fondamental et le 1er harmonique) en même temps dans les couches photosphériques de l’étoile (Astronomy & Astrophysics, 2013 Volume 554, A46). Une thèse est en cours sur ce thème dont l’objectif est d’une part d’essayer de vérifier si ce modèle est en accord avec nos observations spectroscopiques et photométriques de haute qualité (résolution temporelle et spectrale).

L’observatoire universitaire de l’Oukaimeden offrira à la communauté scientifique internationale un outil observationnel d’une valeur inestimable. En effet, la courbe de vitesse radiale de l’étoile présente une discontinuité au moment de l’expansion de son atmosphère. Cette atmosphère subit un mouvement de compression et d’expansion lors de chaque phase de pulsation. Il résulte de l’équilibre entre la force de pression du gaz et du rayonnement qui tend à éclater l’étoile et la force de gravitation qui tend à la contracter. Ces pulsations sont interprétées sur la base de l’existence d’ondes de chocs traversant son atmosphère à chaque cycle de pulsation. Différentes manifestations spectroscopiques liées à l’existence des ondes de chocs sont actuellement confirmées. Entre autre, la présence de éboulement de raies métalliques juste après la forte émission de la raie H de l’hydrogène. Ce dédoublement de raies, interprété par le mécanisme de Schwarzschild, a été observé uniquement au moment du maximum de la phase Blazhko. Or, comme on assiste actuellement à une diminution spectaculaire de l’amplitude de modulation de la courbe de lumière. Le sujet présenté ici a pour objectif d’observer ce dédoublement des raies métalliques sur de longues durées afin de détecter une corrélation entre ce phénomène est les différentes phases de pulsation et les différents cycles Blazhko. Différents modèles hydrostatiques devront être utilisés afin d’interpréter ces phénomènes.

Les étoiles pulsantes de forte amplitude sont le plus souvent des objets évolués : RR Lyrae, Céphéides, Miras... qui possèdent une atmosphère étendue, de quelques 10% à quelques 100% de leur rayon photosphérique. Ce milieu dilué fait que les ondes de compression engendrées sous la photosphère déferlent en onde de choc entraînant des signatures observationnelles particulières : courbes de vitesse et de lumière asymétriques avec parfois des structures de « bumps », dédoublement des raies, émission dans ces raies, etc... Si ces phénomènes commencent à être bien documentés dans le cas des variables en phase de brûlage de l’hydrogène en couche, seules quelques études éparses existent pour les étoiles plus évoluées, post-AGB, en phase de brûlage de l’Hélium. Leur composition chimique évoluée, la présence quasi systématique d’une enveloppe circumstellaire liée à une perte de masse encore mal comprise, font que ces objets sont intéressants à étudier afin de vérifier la généralisation des phénomènes existant dans des objets moins avancés.

Parmi ces objets en marche vers le stade de nébuleuse planétaire, les RV Tauri, des étoiles pulsantes de population II, présentent des caractéristiques très attrayantes. En particulier, l’étoile R Scuti montre 2 ondes de choc par période de pulsation (~150 jours) traversant l’atmosphère (Gillet et al. 1989, Gillet, Burqui & Duquennoy 1990). Quelques raies métalliques présentent un dédoublement, et la raie Halpha est en émission pour chaque passage d’un choc (Lèbre & Gillet 1991).


Titre : Projet de conception d’un spectrographe à l’université Cadi Ayyad:

Ce projet d’instrument consiste  à concevoir et à développer pour l’observatoire de l’Oukaimeden un spectrographe échelle à haute résolution. C’est un pont entre : d’une part la recherche fondamental (de par la destination de l’instrument), la recherche appliquée et l’ingénierie (pour sa conception), l’enseignement et la formation (par la contribution déterminantes des étudiants dans le processus de création). Cet outil en conjuguant d’une part les caractéristiques exceptionnelles du site de l’Oukaimeden et un « image slicer de Bowen-Walraven » modifié permettra d’atteindre un haut niveau de résolution tout en gardant la maitrise des coûts. La participation d’astrophysiciens internationalement reconnus disposant d’une expérience réussi dans la conception de spectroscopes (notamment AURELIE, OHP, …) permettra de développer un instrument parfaitement adapté au défi de la physique stellaire du 21ème siècle et de transférer cette expérience au sein de l’université tant pour le volet astrophysique que pour celui de l’ingénierie. L’objectif visé est de réaliser un spectroscope échelle (400 à 800 nm) à R= 50 000 permettant d’atteindre un rapport signal sur bruit de 50 en 15 min d’acquisition sur des cibles de magnitude 12 avec un télescope de 0.8 m et un seeing de 0.8 second d’arc ce qui en terme de rendement est une véritable gageure.

Titre: Projet MOOR (Massive, Online, Open, Course )

Nous associons à ce projet de recherche  ci dessus, un volet pour  la formation à distance MOOC. Dans le cadre de la mise en place d’un portail d’initiation à la recherche en astrophysique MOOC (open-astronomy.org ) international, multilingue à l’intention des étudiants  des différents niveaux LMD et des amateurs astronomes avertis , associé à  des travaux pratiques. En intégrant le système de recherche avec un support interactif et un MOOC, cela crée un pipeline pour canaliser cette transition et délivre ainsi une très grande valeur ajoutée d’apprentissage aux étudiants qui y participent.

Cela permet également de profiter des possibilités de l’intelligence collective pour résoudre des problèmes ouverts, offrant par la mise en réseau d’un très grand nombre d’apprenant, une capacité de réflexion et de travail que la plupart des laboratoires ne peuvent réunir. La progression fulgurante de la puissance de calcul disponible pour les particuliers permet d’envisager de s’attaquer à la modélisation de problèmes autrefois inaccessibles.

Au-delà de cet aspect opérationnel c’est aussi la résolution des problèmes théoriques et la modélisation numérique qui ce mariant à merveille avec l’informatique et le réseau, deviennent accessibles. Cette expérience sera complétée pour ce premier MOOR en Astrophysique au monde par des stages pratiques et des séminaires intensifs à l’observatoire pour les étudiants les plus brillants.


Impacts et retombées scientifiques (sur la formation, sur le plan scientifique) :

Pour les retombées scientifiques on peut citer :

Apporter notre contribution au savoir universel dans le domaine de la physique des hautes énergies

Développer des codes informatiques pour automatiser les calculs théoriques de la production et désintégration des particules susceptibles d’aider les expérimentateurs des diverses collaborations (CDF, ATLAS, CMS…)

  1. -La mise au point et l’amélioration d’instruments scientifiques.

  2. -Le développement de l’Astronomie et de l’Astrophysique.

  3. -Le renforcement  de liens avec les astronomes des différentes institutions internationales.

  4. -La constitution d’une base de données sur la qualité des sites potentiels d’Observatoires au Maroc.

  5. -La dissémination la culture scientifique.