Note publique d'information : La mission MICROSCOPE a pour ambition la mise à l'épreuve du principe d'équivalence
(PE) et ce avec une précision inégalée de 10^{-15}, ce qui représente une avancée
de deux ordres de grandeur par rapport aux précédentes expériences. Le satellite MICROSCOPE,
lancé le 25 avril 2016, a parcouru des milliers d'orbites en recueillant les mesures
permettant d'atteindre cet objectif. L'instrument à bord, développé par l'ONERA, fournit
les mesures d'accélérations de deux paires de masses qui sont comparées en vue de
tester l'identité de leurs chutes libres, conséquence directe du PE. Ces mesures sont
également utilisées à bord en temps réel par le système de contrôle d'attitude et
d'orbite du satellite. Ce système calcule les poussées nécessaires à appliquer au
satellite pour le maintenir dans une trajectoire de chute libre. C'est une mission
conçue comme un laboratoire dans l'espace avec la possibilité de modifier les conditions
expérimentales comme le spin du satellite, son accélération, sa température ou le
centrage des masses. Le bon fonctionnement du satellite et de l'instrument ont été
testés en orbite jusqu'en novembre 2016. Ensuite plusieurs mois de mesures scientifiques
ont suivi jusqu'à fin 2018.Le but de cette thèse consiste à utiliser les données de
vol collectées pour améliorer ou modifier les modèles instrumentaux d'une part, les
modèles de sources d'erreur de la mission d'autre part. L'évaluation des performances
et des erreurs systématiques, en particulier les perturbations thermiques représentant
94% des erreurs systématiques dans une première publication en 2017, sont au cœur
de ce travail de thèse.Afin d’améliorer les résultats de la mission, le comportement
thermique de l’instrument a été étudié. Pour ce faire, 13 sessions spécialement conçues
pour l'évaluation du modèle thermique ont été jouées lors de l’expérience. Elles consistent
en l’introduction d’un stimuli thermique à une fréquence f_{sti} proche de la fréquence
du test du PE f_{EP}. Le but est d’observer l’impact de ce signal thermique sur l’accélération
mesurée afin d'estimer la sensibilité thermique de l'instrument.Les méthodes employées
consistent à analyser la corrélation des deux signaux dans les domaines temporel et
fréquentiel. Après deux chapitres consacrés à la description de l'expérience et de
son contexte, une première partie de ce travail consiste à estimer cette sensibilité
thermique à la fréquence de stimuli f_{sti} et à ses harmoniques à l’aide d'un algorithme
des moindres carrés. L’amplitude des variations de température est estimée afin d’en
déduire l’impact de la systématique thermique sur la mesure d’accélération et donc
sur le test du PE. Une seconde partie se focalise sur la dérive long-terme qui résulte
des variations de température afin d’en estimer une sensibilité prise en compte sous
forme d'un modèle polynomiale dans l'étude précédente. Enfin une dernière partie cherche
à mettre en évidence l’origine de ces perturbations thermiques. Ces méthodes d'estimation
ont permis d'améliorer d'un facteur 10 la systématique thermique initialement estimé
dans la publication de 2017.
Note publique d'information : The MICROSCOPE mission aims to test the Equivalence Principle (EP) with an unprecedented
accuracy of about 10^{-15} on the Eötvös parameter, which corresponds to an improvement
of 2 more orders of magnitude than previous experiments.The MICROSCOPE satellite,
launched on April 25th 2016, has collected thousands of data in order to reach this
goal.The on-board instrument, T-SAGE, developed by ONERA, provides the acceleration
measurements of two pairs of masses and compares them to test the EP. These measurements
are also used in real time by the satellite’s attitude and orbit control system. This
system calculates the necessary thrusts to apply to the satellite to keep it in free
fall. It is a mission designed as a laboratory in space with the capacity to modify
the experimental conditions (satellite spinning, acceleration of the satellite, temperature,
centering of the masses). The satellite and its instruments were tested in orbit until
November 2016. Thus, until the end of 2018, scientific measurements were performed.
The thesis objective is to improve or modify the instrumental models with the help
of all collected data. The evaluation of performances and systematic errors is at
the heart of the PhD’s topic, particularly the thermal systematic, which represents
94% of the systematic errors.In order to improve EP test results, the thermal behavior
of the instrument was studied. To do so, 13 sessions dedicated to the thermal behavior
of the instrument were played during the experiment. These sessions consist in introducing
a periodic thermal stimulus at a frequency f_{sti} near the EP test frequency f_{EP}.
The goal is to evaluate the impact of this stimulus on acceleration and to estimate
the thermal sensitivity of the instrument.The analysis methods used focus on the evaluation
of both signals’ correlation (acceleration and temperature) in the time and frequency
domain.The first part of this work consists in the estimation of the thermal sensitivity
at a stimulus frequency f_{sti} and its harmonics with a Least Square algorithm. The
estimation of the thermal variations amplitudes allows to evaluate the impact of the
temperature variations on the acceleration measurement and on the EP test. A second
part focuses on the drift thermal sensitivity due to the thermal variations. The goal
is to obtain a drift thermal sensitivity which is not considered in the previous analysis.
A last part consists in studying the origins of the thermal systematic. These methods
allow to improve by a factor 10 the thermal systematic estimated in 2017.
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