Thèse Récepteurs Hétérodynes à Détecteurs Schottky pour l'Étude des Atmosphères de Planètes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Observatoire de Paris École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique Direction de la thèse : Jeanne TREUTTEL ORCID 0000000155429793 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-17T23:59:59 L'analyse spectroscopique des planètes et de la terre permet d'approfondir notre compréhension de la chimie atmosphérique et de produire des données en entrée des modèles de circulation atmosphérique globaux. Les spectromètres submillimétriques sondent la stratosphère et la mésosphère (entre 12 et 80 km pour la Terre, 20 et 60 km pour Mars). Les spectres mesurés dans les fréquences Térahertz présentent une haute résolution spectrale (R ~ 10) qui permet l'identification de raies d'émission ou d'absorption moléculaires individuelles (sur une largeur de bande relative atteignant 20 %), un spectre instantané jusqu'à plusieurs dizaines de GHz (FI), mais aussi la détermination des vents par la mesure du décalage Doppler de ces raies. En ce qui concerne la stratosphère terrestre, le sondeur Aura Microwave Limb Sounders (AURA-MLS) a mesuré l'ozone à 2.5 THz (NASA, 2004). Avec la mission KEYSTONE, l'ESA envisage des observations directes de l'oxygène atomique, allant de 0.8 THz à 4.7 THz. Des récepteurs hétérodynes ont été conçus pour mesurer les émissions d'H20 et de CO des comètes (MIRO, imageur micro-ondes de la sonde Rosetta Orbiter à 557 GHz), ou encore celles de Jupiter et de ses lunes glacées (JUICE-SWI), avec deux canaux fonctionnant à 0.6 et 1.2 THz (principalement pour la détection de la raie d'absorption de l'H20 et du CH4 comme traceurs des vents). En septembre 2025, l'instrument MADNESS a été sélectionné par l'ESA pour la mission Lightship pour l'étude de l'atmosphère martienne, et son adaptation à la mission ZefERO est à l'étude. La gamme térahertz (1-10 THz) permet d'accroître la bande passante et la résolution spatiale, de réduire l'encombrement des radiomètres, mais de nombreux défis subsistent. La technologie III-V pour les Schottky THz, tant pour le détecteur (mélangeur) que pour sa source d'oscillateur locale (chaîne de multiplication de fréquence) intègrent des jonctions (diodes) à anode de taille submicronique, dans des circuits de quelques millimètres de long (MMIC). A ces fréquences, les éléments parasites et les pertes de lignes de transmission sont critiques pour les performances de bruit et de la,température du système. Chaque MMIC est intégré dans des blocs mécaniques séparés. Le bloc mélangeur et sa chaîne de multiplication d'oscillateur local (un bloc par élément de multiplication) sont assemblés via des interfaces en guides d'ondes, le tout occupant un volume typique de 20 × 10 × 3 cm³ pour la partie haute fréquence uniquement. Il est donc dicile d'envisager plus qu'un seul élément récepteur par canal, et l'encombrement reste encore très inférieur à celui requis pour constituer un réseau focal entier. Par conséquent, les architectures plus complexes intégrant des canaux à des polarisations diérentes ou les récepteurs à double bande latérale (2SB) ne sont pas pleinement mises en oeuvre au-delà de 300 GHz. Cette thèse vise à développer de nouvelles architectures, telles que des récepteurs 2SB et leurs méthodes d'intégration. Ces méthodes permettront également de réduire drastiquement l'encombrement de l'étage d'entrée ou d'accroitre les modes d'observation, afin de le rendre compatible avec les configurations multicanaux et/ou multifocales. De nouvelles approches technologiques seront explorées, telles que l'intégration du récepteur frontal dans un élément compact unique, soit par des techniques de fabrication mécanique traditionnelles, soit par usinage par procédé silicium. L'étude portera sur l'exploration de la conception RF de nouveaux schémas de mélangeurs ou de multiplicateurs MMIC, avec des simulations multi-harmoniques, et l'amélioration des performances grâce à des interfaces RF plus optimisées. L'étude théorique, la conception et les mesures RF des nouveaux frontaux THz seront réalisées au LIRA sous la direction de Jeanne Treuttel et Yan Delorme.
Le contexte scientifique correspond à la recherche instrumentale principalement liée au composant Schottky et sa mise en oeuvre dans
des systèmes pour la radiomètrie Térahertz. Un compréhension des phénomène physiques et du traitement des signaux térahertz et leur
électronique est nécessaire pour générer des modèles physiques et électroniques du système complet. Le doctorant devra proposer des solutions d'architecture et des concepts de récepteurs Térahertz à base de diode Schottky adaptés aux
observations pour les atmosphères de planètes, en se focalisant en particulier sur les mélangeurs et/ou les multiplicateurs de fréquence. Le doctorant utilisera et développera une méthodologie de co-simulations de modèles électromagnétiques 3D ansi que de banc d'optimisation multi-harmonique. Il devra également installer les bancs de mesures nécessaire à la caractérisation du récepteur.

Le candidat doit avoir une formation en électronique, de préférence hyper fréquence, et/ou avec une composante physique et/ou système. Le doctorant devra être capable d'assimiler différentes notions et de mener une formation continue via la lecture de papiers de référence et de s'ouvrir à des domaines variés (quasi-optique, astronomie, thermique). Il est nécessaire qu'il/elle soit capable de mettre en place une analyse critique et de déductive. Un enthousiasme pour le projet et une certaine autonomie sont aussi nécessaires pour présenter son travail, par écrit et par oral. Un bon niveau d'anglais est requis.