Ingénieur de Recherche pour le Développement du Modèle Numérique de l'Instrument Picam à Bord de la Mission Bepicolombo H/F - CNRS

L'objectif du travail pour ce poste est la mise à jour du modèle numérique de l'optique électrostatique de PICAM à bord de la mission BepiColombo. PICAM (Planetary Ion CAMera) fait partie de l'ensemble d'instrument SERENA à bord de Mercury Planetary Orbiter (MPO) de la mission BepiColombo. Il a pour objectif de mesurer la distribution angulaire, en masse et en énergie des ions planétaires autour de Mercure. PICAM est un instrument d'une conception orginale avec un champ de vue instantannée de quasiment 2. Le LATMOS est à l'origine du design de cet instrument, a développé lors des phases B/C un modèle numérique complet de cet instrument et a participé à la réalisation mécanique de plusieurs éléments clefs de cet instrument

L'ingénieur physicien (H/F) sera en charge de la reprise en main du modèle numérique de l'instrument et de son adaptation aux besoins de calibration de l'instrument en support à la valorisation des observations. La première étape consistera à analyser les données d'étalonnage du modèle d'ingénierie de l'instrument PICAM/BepiColombo, en les comparant aux résultats de simulation, afin d'identifier les éléments optiques et/ou les interfaces nécessitant des ajustements ou une amélioration de leur modélisation. L'objectif est de faire converger les résultats de simulation et les mesures obtenues lors des étalonnages de manière à disposer, durant la mission, d'un modèle numérique capable de reproduire aussi fidèlement que possible le fonctionnement de l'instrument. Celui-ci devra garantir la qualité des observations et, grâce à la mise en place d'une «fonction de transfert inverse», convertir précisément l'image détectée en une distribution angulaire des ions à l'entrée de l'instrument, c'est-à-dire au sein de l'environnement mercurien. Cette étape doit également tenir compte des multiples modes de fonctionnement définis pour PICAM au sein du consortium SERENA, chacun pouvant induire une réponse instrumentale spécifique que seul le modèle de simulation du LATMOS permet d'appréhender de manière complète. Ces nouveaux jeux de données, à forte valeur ajoutée et complémentaires de ceux déjà archivés auprès de l'ESA-PSA, seront mis à la disposition de la communauté scientifique via l'archive pérenne du CDPP au CNES ainsi que dans les outils de valorisation de ces données développées par le CDPP.

Le poste proposé sera encadré par un chercheur du laboratoire. L'ingénieur (H/F) intégrera l'équipe de développement formée au laboratoire, interagira au quotidien avec les membres de l'équipe scientifique et technique et utilisera les moyens mis à disposition par le laboratoire et le projet. L'ingénieur (H/F) rejoindra par ailleurs l'équipe Informatique Instrumentale & Scientifique du LATMOS.
Activités
- analyse de données expérimentales d'étalonnages d'un spectromètre de masse et énergie,
- analyse de données instrumentales réalisées à bord d'une mission spatiale,
- lecture et maîtrise du modèle SIMION de l'instrument PICAM,
- développement des outils de visualisation des sorties de modèle et des données d'étalonnage et en vol,
- comparaison entre les différents jeux de données afin d'identifier les sources possibles de différences entre jeux de données,
- construction d'un nouveau modèle de l'instrument reproduisant les données d'étalonnage et en vol,
- développement d'une interface pour son utilisation et d'une documentation associée,
- présentation de ces outils aux équipes travaillant sur PICAM.
Compétences
Savoirs
- Bonne connaissance en physique,
- Bonne connaissance en spectrométrie de masse spatiale,
- Bonne connaissance du langage SIMION avec si possible une expérience en développement de modèle numérique d'instrument,
- Bonne connaissance du langage Python, expérience en développement de scripts de traitement automatique de données,
- Maîtrise de méthodes mathématiques et statistiques utilisées par les techniques d'analyse des données scientifiques,
- Gestion de la configuration logicielle, fiabilité du code (tests) et documentation
- Maîtrise des systèmes de versioning logiciel tels que git

Savoir-faire
- Savoir accompagner des utilisateurs et présenter son travail ou des services
- Savoir rédiger des documentations techniques et utilisateurs
- Savoir participer activement à des réunions et être force de proposition

Savoir-être
- Souci de la qualité, de la précision et rigueur dans le travail
- Sens du dialogue, de la communication et de la pédagogie.
- Capacité de travail en interaction avec des équipes scientifiques et techniques
- Savoir s'intégrer au sein d'une équipe ou d'un projet
- Être autonome
Contexte de travail






Le LATMOS (Laboratoire ATMosphères, Observations Spatiales) est une unité mixte de recherche (CNRS, Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, Sorbonne Université) spécialisée dans l'étude des processus physico-chimiques fondamentaux régissant les atmosphères terrestre et planétaires et leurs interfaces avec la surface, l'océan, et le milieu interplanétaire. Il est composé de 230 personnes et situé sur le site de l'OVSQ (Observatoire de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines) et sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université. Le laboratoire a contribué de manière significative aux avancées scientifiques, telles que la compréhension des aurores et la caractérisation des atmosphères de la Terre, de Vénus et de Mars. Le LATMOS emploie environ 230 personnes.
Le LATMOS excelle dans la conception et le développement d'instruments innovants pour les satellites, les avions, les ballons et les stations au sol. Ses principaux domaines d'expertise sont les suivants
- Instruments optiques : Spectromètres, lidars et imagerie CCD/CMOS pour l'étude de la composition et de la dynamique de l'atmosphère, terrestre et extraterrestre, ainsi que pour les observations solaires.
- Instruments hyperfréquences : Radars et radiomètres utilisés pour étudier les systèmes météorologiques, les nuages et les caractéristiques de la surface et de la sous-surface.
- Chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse : Analyse de la composition chimique des atmosphères et des sols planétaires, et étude des polluants atmosphériques.
- Mesure du champ électrique : Étude de l'atmosphère terrestre.

La mission BepiColombo, préparée conjointement par l'ESA et la JAXA, sera mis en orbite fin 2026 pour explorer l'environnement de Mercure. La sonde comporte deux orbiteurs : MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter, aussi appelé MIO) et MPO (Mercury Planetary Orbiter). L'orbiteur MMO sera dédié à l'étude de la magnétosphère de Mercure tandis que les instruments à bord de MPO ont pour objectif principal l'étude de la structure interne et de la surface de la planète. Le spectromètre de masse PICAM (Planetary Ion CAMera) fait partie de l'ensemble d'instruments appelé SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances) à bord de MPO.

L'instrument PICAM/SERENA embarqué sur la sonde BepiColombo (MPO), placé sous la responsabilité de l'IWF (Graz, Autriche), est un spectromètre conçu pour mesurer les ions de basse énergie (environ 30 eV à 3 keV) dans l'environnement de Mercure. Il fournit la distribution en angle et en énergie des ions tout en identifiant leur masse, afin de déterminer leur origine. Ces ions peuvent en effet provenir du vent solaire dans la magnétosphère de Mercure ou de l'ionisation de neutres issus de l'exosphère mercurienne et éjectés depuis la surface de la planète.

Une caractéristique notable de PICAM réside dans son champ de vue instantané quasi-hémisphérique. Grâce à cette configuration, il est possible d'acquérir, pour chaque énergie, la distribution angulaire des ions sur un demi-espace complet en une seule mesure. Cette approche améliore considérablement la résolution temporelle et diminue les incertitudes liées à la difficulté de distinguer les variations spatiales des fluctuations temporelles dans l'environnement de Mercure, connu pour ses changements très rapides. La résolution en masse de PICAM (supérieure à 50) permet de séparer distinctement les ions Na+ (majoritaires) des ions Mg+, tandis que sa résolution en énergie avoisine 10 %. L'instrument offre en outre une résolution angulaire de 60° en azimut et de 25° en élévation autour de l'axe de visée.

Le LATMOS et le LPP ont participé à la conception de PICAM en prenant en charge l'étude et la modélisation de l'optique ionique, ainsi que la réalisation du détecteur imageur. Au cours de la thèse de J. Becker (LATMOS, 2013), un modèle numérique complet a été élaboré afin de simuler précisément le fonctionnement global de l'optique ionique, d'optimiser les composants et leurs interfaces, et d'assurer au mieux l'isochronisme des trajectoires ioniques, paramètre essentiel pour garantir une bonne résolution en masse via les mesures de temps de vol. En collaboration avec le LPP, le LATMOS a également participé à la conception et à la réalisation du détecteur imageur et de son électronique, bâtie autour d'un ASIC développé avec le soutien du BIRA (Belgique) et de l'ESTEC.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.