Section 17 Système solaire et univers lointain

II. Les outils de l'astrophysique

La recherche astrophysique en France s'appuie naturellement sur l'observation à l'aide de grands instruments au sein d'observatoires nationaux et internationaux, mais elle fait aussi appel aux grands instruments de la physique en laboratoire, aux moyens de calcul nationaux et européens ainsi qu'à des centres de traitement, d'archivage et de diffusion de données.

A. Moyens d'observation lourds

Les moyens d'observation de l'INSU gérés en agences ou sociétés internationales (principalement ESO, CFHT, IRAM) sont des outils incontournables pour la communauté astrophysique française. Les évolutions et développements instrumentaux en cours offrent une excellente visibilité à court et moyen terme et permettront à la communauté de rester à la pointe de l'astronomie mondiale, avec notamment l'arrivée de SPIROU en 2017 au CFHT, la construction d'une caméra millimétrique (NIKA2) pour le 30 m de l'IRAM, l'achèvement de NOEMA sur le Plateau de Bure, les premières lumières de MUSE et SPHERE au VLT, l'arrivée prochaine de MATISSE et GRAVITY au VLTI, et la montée en puissance d'ALMA. Dans le domaine des astroparticules, l'observatoire Pierre Auger, pour les rayons cosmiques d'énergie extrême, et HESS, pour les photons de très haute énergie, restent des instruments uniques, tandis que le projet Advanced Virgo devrait conduire, à l'horizon 2021, à la première détection d'ondes gravitationnelles d'objets astrophysiques.

Sur le territoire national, les stations d'observation exploitent des créneaux scientifiques plus spécifiques et les évolutions instrumentales prévues assurent la visibilité et la compétitivité des équipes françaises à l'échelle d'une dizaine d'années. On citera Sophie à l'OHP dans le domaine des exoplanètes, le spectro-polarimètre Narval, avec des caractéristiques améliorées (NeoNarval), au TBL, et, à Nançay, la station LOFAR en voie d'extension (NenuFAR). Par ailleurs, le réseau temps-fréquence, moyen national de l'INSU, reste un domaine d'excellence français en pleine évolution.

Pour la prochaine décennie, la construction de l'E-ELT, télescope de 39 m, demeure la toute première priorité et doit se faire dans un délai compatible avec la compétition internationale. Après les instruments de première lumière MICADO et HARMONI, puis le spectrographe/imageur METIS, la priorité de notre communauté dans le plan de financement actuel est le spectrographe multi-objets (MOS) pour lequel les équipes françaises, regroupées dans le consortium MOSAIC, sont prêtes à jouer un rôle majeur. Avec une moindre priorité, la communauté est aussi fortement intéressée par le spectrographe à haute résolution HIRES, et à plus long terme, par la possibilité de participer à haut niveau à l'instrument PCS d'imagerie directe des exoplanètes.

Dans la catégorie des nouvelles infrastructures de type TGIR, deux fortes priorités sont ressorties de cet exercice : l'observatoire des photons de très haute énergie CTA, qui a un potentiel de découvertes considérable, et l'entrée au board de l'interféromètre radio SKA, qui permettra des avancées majeures dans des domaines extrêmement variés. Le paiement du ticket d'entrée permettra à la France de participer pleinement à la phase de définition de la première phase du projet (SKA1). Par ailleurs, le projet NOEMA d'extension de l'interféromètre millimétrique de l'IRAM, engagé suite aux recommandations de l'exercice de prospective 2009, reste bien sûr une forte priorité et doit donc être mené à son terme.

La participation à deux projets majeurs de l'astronomie américaine est recommandée. En premier lieu, le LSST, qui imagera le ciel profond de façon répétée pendant 10 ans, est une opportunité sérieuse. L'IN2P3 du CNRS contribue fortement au projet et il est recommandé que cette contribution permette à des chercheurs INSU d'accéder au LSST. Une participation française au projet CCAT, télescope submillimétrique avec des capacités uniques en imagerie grand champ et spectroscopie à haute résolution, constituerait une excellente opportunité scientifique si un financement peut être trouvé.

En ce qui concerne l'instrumentation sur des infrastructures existantes, deux spectrographes multi-objets ont émergé en première priorité : MOONS sur le VLT au Chili, et WEAVE sur le WHT aux Canaries. Ces instruments permettront, entre autres, l'accompagnement sol de la mission Gaia, dans les hémisphères sud et nord respectivement. La priorité suivante est NenuFAR, un projet d'extension de la station française de LOFAR sur le site de Nançay, qui sera important dans le cadre du projet international LOFAR et de la préparation de notre communauté à SKA. Enfin, l'instrument 4MOST pour le télescope VISTA de l'ESO est ressorti comme un projet ambitieux qui permettra le suivi sol de sources Gaia de façon complémentaire à MOONS et qu'il convient de soutenir.

B. Grands moyens en astrophysique de laboratoire

L'astrophysique de laboratoire constitue l'un des grands moyens indispensable pour assurer l'avenir d'un retour scientifique pertinent sur les quantités croissantes de données astronomiques. Elle requiert des instruments engagés dans la mesure, la synchronisation et la compréhension des phénomènes observés, des dispositifs de simulation expérimentale de la diversité physique et chimique spécifique aux environnements astrophysiques, et s'étend jusqu'à l'analyse de matière extraterrestre collectée. Les activités d'astrophysique de laboratoire, pour s'inscrire dans la durée, appellent à une véritable politique incitative sur les développements d'expériences en laboratoire au travers d'un financement récurrent du fonctionnement et du développement des dispositifs expérimentaux, et au couplage d'expériences ambitieuses sur les très grands équipements de la physique. L'INSU fournit un support de coordination en particulier par l'intermédiaire des programmes nationaux. Cette discipline nécessite un soutien lui permettant d'animer une interface interdisciplinaire forte avec d'autres communautés spécialistes, l'intégration de chercheurs à profil interdisciplinaire et de personnels techniques permanents spécialisés. L'INSU doit mener une politique inter Instituts active et en parallèle mener des actions structurantes tant au niveau national qu'européen.

C. Moyens de calcul nationaux et européens

Le calcul intensif est un outil essentiel de tous les champs de l'astrophysique. Ces cinq dernières années, le financement soutenu de GENCI, les investissements d'avenir, et la contribution des régions, ont permis à la France de mettre en place une infrastructure claire et robuste du HPC. Les moyens du HPC sont organisés sous la forme d'une pyramide, avec au centre GENCI et les trois centres nationaux (CINES, IDRIS, TGCC), en haut les centres européens PRACE, et à la base les mésocentres (notamment Equip@meso). Globalement, les chercheurs de la communauté INSU-AA sont extrêmement satisfaits de ces moyens qui répondent à la diversité de leurs besoins et de leurs pratiques. Certains points durs apparaissent néanmoins de manière récurrente, qui posent des questions de fond en termes de prospective.

D'abord, nous constatons ce que l'on peut appeler la « crise du Tier-3 » : si la pyramide du HPC met en place avec succès les trois Tiers (0, 1, 2) qui permettent de réaliser les calculs, et donc de produire les données, elle n'inclut pas le dernier niveau où sont analysées et valorisées ces données. Les infrastructures locales qui ont été mises en œuvre pour répondre à ce problème atteignent déjà souvent le point de rupture et ne paraissent pas pouvoir tenir dans les années qui viennent avec le passage à l'ExaScale. Ensuite, l'évolution extrêmement rapide du HPC a entraîné une professionnalisation des activités du calcul, et il est de plus en plus difficile pour un chercheur d'être spécialiste et acteur de l'ensemble des éléments constituant la chaîne de production et de valorisation des données simulées. Nous faisons trois recommandations principales : (1) La réactivation de l'ASSNA, (2) La constitution d'un groupe de réflexion qui devra proposer et évaluer des solutions coordonnées à la crise du Tier-3, et (3) la création d'un comité ad hoc qui devra réfléchir à un soutien possible au calcul intensif en termes de Services d'Observation.

D. Centres de données nationaux

Les services de référence des centres de traitement, d'archivage et de diffusion de données sont le cœur du Service d'Observation SO5. Ces services doivent être pérennes sur le moyen et long terme (au minimum 10 ans) et doivent évoluer selon les besoins des utilisateurs. Recommandée par la dernière prospective INSU-AA, la structuration des services d'observation SO5 a été depuis menée à bien. Un élément central de cette structuration est la mise en place de centres d'expertise régionaux et de pôles thématiques nationaux. Un centre d'expertise régional ou un pôle thématique national est labellisé par l'INSU avec une liste des services associés. Au cours d'une première campagne, cinq centres et quatre pôles ont été labellisés. La nouvelle structuration représente un grand changement et un effort important pour la communauté. Il est désormais nécessaire de pérenniser et consolider cette nouvelle structuration qui devra assurer le bon fonctionnement des services SO5. Déjà bien avancé, le processus de mise en place de centres d'expertise régionaux doit continuer sans relâche. La constitution des pôles thématiques nationaux représente une étape clé du processus de structuration. Leur mise en place opérationnelle doit être effectuée le plus tôt possible.