Stages


Le CPPM accueille chaque année plus d’une dizaine de stagiaires répartis dans les différentes équipes de recherche du laboratoire. Les stages proposés par le laboratoire peuvent être de plusieurs natures :

  • Stages de physique de niveau licence/master : ils sont spontanés ou obligatoires et s’adressent aux étudiants de niveau Licence et Master ayant suivi une formation de physique. Des offres précises sont déposées par les différents équipes de recherche en cours d’année.
  • Stages techniques (BTS, IUT, Ingénieur) : ils font en général partie de votre cursus scolaire. Des offres précises sont déposées par les différents équipes et services en cours d’année.
  • Stages de collégiens/lycéens : nous accueillons les élèves du secondaire pour des stages d’observation pendant des périodes bien définies.

Quelle que soit la nature de votre stage, une réponse favorable d’un personnel de notre laboratoire n’est pas suffisante pour effectuer votre stage au CPPM. Une convention est indispensable pour formaliser le stage et vous faire connaître de la Direction.

Contacts : William Gillard (stages de physique), Frédéric Hachon (stages techniques), Jocelyne Munoz (partie administrative)

Stages M2


HESS-CTA
Application of Convolutional Neural Network innovative reconstruction to real data of the Large-Sized Telescope of CTA
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Responsable :
Franca Cassol & Rubén Lopéz Coto - 0491827248 - cassol@cppm.in2p3.fr
Description :

The CTA (Cherenkov Telescope Array) is a worldwide project to construct the next generation ground based very high energy gamma ray instrument [1]-[2]. CTA will use tens of Imaging Air Cherenkov Telescopes (IACT) of three different sizes (mirror diameter of 4 m, 12 m and 23 m) deployed on two sites, one on each hemisphere (La Palma on the Canary Islands and Paranal in Chile). CTA will detect gamma-rays with energy ranging from 20 GeV up to 300 TeV by imaging the Cherenkov light emitted from the charge particle shower produced by the interaction of the primary gamma ray in the upper atmosphere.


The CTA unconventional capabilities will address some of the most intriguing questions of astroparticle physics such as the origin of very high energy galactic cosmic rays. The observatory completion is foreseen in 2025 but the first large size telescope (LST1) is already installed and taking data in La Palma. This telescope has a key role in the definition and validation of the methods and software tools for the future observatory.


This internship concerns the reconstruction of LST1 data by the use of innovative convolution neural network methods (CNN). Standard IACT event reconstruction is based on parametrization of the shower images and on machine learning algorithms trained with these parameters, for the estimation of the energy, the direction and the gammaness (the probability to be a gamma) of the primary particles [3]. Recently, several innovative reconstructions based on CNN have been developed in the context of CTA and of LST1 in particular [3]. Till now, these methods have been tested only on Monte Carlo simulated data. The goal of the internship is to verify their performance on data coming from real observations. The student will first make use of the newly proposed CNN methods to access their performance on simulated observations of the Crab Nebula (the standard candle of gamma-ray astronomy). Then, she/he will apply the same methods to Crab real data taken during the present LST1 commissioning phase.


The candidate needs a medium knowledge of the python programming language.


The internship will be in co-supervision with Dr. Rubén López Coto from the University of Padova (Italy). Candidates should send their CV and motivation letter as well as grades (Licence, M1 as well as their M2 if available) to cassol@cppm.in2p3.fr


A PhD contract can eventually follow the internship.


References:

[1] Science with the Cherenkov Telescope Array: https://arxiv.org/abs/1709.07997

[2] https://www.cta-observatory.org/

[3] Lopéz-Coto, R. et al. Physics Performance of the Large-Sized Telescope prototype of the Cherenkov Telescope Array, Proceeding of 37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)

[4] Grespan, P. et al., Deep-learning-driven event reconstruction applied to simulated data from a single Large-Sized Telescope of CTA, Proceeding of 37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-CT-01
Data analysis of the first Large-Sized Telescope of CTA for the search of high energy gamma-ray emission from the PeVatron candidate LHAASO J2108+5157
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Responsable :
Heide Costantini - 049182 72 57 - costantini@cppm.in2p3.fr
Description :

The origin of galactic cosmic rays is one of the main open questions in high energy astrophysics. PeVatrons are objects capable of accelerating particles up to the PeV (=10^{15} eV) energies and are therefore considered the galactic cosmic ray accelerators. The principal signature of PeVatrons is ultrahigh-energy (exceeding 100 TeV) gamma radiation. The search for PeVatrons has recently been boosted by the discovery of several ultrahigh energy gamma-ray sources by the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) [1]. In particular no obvious counterpart has been found for the LHAASO J2108+5157 source at lower energies and its gamma-ray emission seems to be correlated with a giant molecular cloud favoring the hadronic origin [2]. Deeper observations of this source in the 0.1-10 TeV energy region are therefore important to establish its nature.

First observations have been performed on this source with the Large-Sized Telescope (LST1) deployed at La Palma on the Canary Islands. LST1 is the first telescope of the Cherenkov Telescope Array (CTA)[3][4] which is a worldwide project to construct the next generation ground based very-high-energy gamma-ray instrument.

The CPPM group has started since few years to work on the potentiality of CTA in detecting PeVatrons and is also working on the calibration and commissioning of the LST1.

The internship project will focus on the analysis of the first data taken with LST1 on the LHAASO J2108+5157 source. The goal will be to establish if LST1 can detect a high energy gamma emission coming from this source. The candidate will use the reconstruction chain (lstchain [5]) that has been developed for the single telescope and eventually extract significant spectral points in the case of a detection or establish upper limits in the case of no detection. The analysis tools that will be used during the internship are written in Python. The candidate should therefore have basic knowledge of Python programming.


This internship can be continued with a PhD thesis.


Candidates should send their CV and motivation letter as well as grades (Licence, M1 as well as their M2 if available) to costantini@cppm.in2p3.fr


References:


[1] Cao, Z., Aharonian, F.A., An, Q. et al. Ultrahigh-energy photons up to 1.4 petaelectronvolts from 12 ?-ray Galactic sources. Nature 594, 33–36 (2021).

[2] Cao, Z., Aharonian, F.A., An, Q. et al. Discovery of the Ultra-high energy gamma-ray source LHAASO J2108+5157. https://arxiv.org/pdf/2106.09865.pdf

[3] https://www.cta-observatory.org/

[4] Science with the Cherenkov Telescope Array: https://arxiv.org/abs/1709.07997

[5] https://github.com/cta-observatory/cta-lstchain


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-CT-02
KM3NeT
Application des techniques d'apprentissage automatique à l'analyse des données du détecteur de neutrinos des grands fonds KM3NeT/ORCA.
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Responsable :
Paschal Coyle - 04918273 - coyle@cppm.in2p3.fr
Description :

KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) est un

télescope à neutrinos actuellement en construction à une profondeur de 2500m dans le Mer Méditerranée au large de Toulon. ORCA est optimisé pour la détection de

neutrinos atmosphériques de faible énergie (3-100 GeV) et permettra des études de précision des propriétés d'oscillation des neutrinos. ORCA fait partie de l'infrastructure de recherche multi-sites KM3NeT, qui intègre également un deuxième réseau de télescopes (en Sicile) optimisé pour la détection des neutrinos cosmiques de haute énergie.


Les premières lignes de détection ORCA fonctionnent depuis plus d'un an et fournissent des données de haute qualité. Au cours de cette stage, l'étudiant appliquera des techniques d'apprentissage automatique à l'analyse des données dans le but d'améliorer les résolutions angulaires et énergié des algorithmes de reconstruction d'événements actuels. Il est prévu que le candidat suive cette stage avec un doctorat sur la mesure des paramètres d'oscillation des neutrinos.


Links:

http://antares.in2p3.fr

http://www.km3net.org

http://www.cppm.in2p3.fr/rubrique.php3?id_rubrique=259


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-KM-01
imXgam
Etiquetage par apprentissage profond de photons Tcherenkov et de scintillation dans un cristal suite à l'interaction photoélectrique d'un photon d'annihilation
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Responsable :
Christian Morel - 04.91.82.76.73 - morel@cppm.in2p3.fr
Description :

Contexte

L'équipe de recherche imXgam conduit des activités de recherche interdisciplinaire pour les applications d'imagerie des rayonnements ionisants dans le champ de la santé et de l'énergie. Le sujet de stage proposé ici vise à l'amélioration des performances temporelles des détecteurs de rayons gamma dans le contexte de la tomographie par émission de positons (TEP) à temps-de-vol.

La résolution temporelle en coïncidence (CTR) des caméras TEP à temps-de-vol cliniques à l'état de l'art avoisine 210 ps FWHM. Une CTR de 10 ps FWHM permettrait de localiser la position d'une annihilation électron-positon à mieux de 1.5 mm FWHM, rendant possible l'obtention d'une image TEP pratiquement sans inversion tomographique [1]. Une des voies possibles pour améliorer les performances temporelles des détecteurs est d'exploiter le rayonnement Tcherenkov engendré par le mouvement des électrons photoélectriques dans un milieu d'interaction transparent [2]. Si ce milieu transparent est également scintillant, deux types de photons de lumière visible sont alors émis avec des distributions temporelles différentes l'une de l'autre, les premiers pratiquement simultanément par effet Tcherenkov et les seconds légèrement différés par désexcitation d'un centre radiatif à l'origine du phénomène de scintillation [3]. Les photons sont alors susceptibles de subir des réflexions sur les faces du milieu transparent avant d'être collectés par un ou des photo-détecteurs afin d'étiqueter l'interaction photoélectrique avec une heure de détection précise. L'existence de distributions temporelles différentes rend la mesure de la CTR complexe [4].


But du stage

Le but du stage est de déterminer si des techniques d'apprentissage profond peuvent être utilisées pour étiqueter ces deux populations de photons de lumière visible compte tenu de leur heure et de l'endroit de leur détection et, le cas échéant, de dater précisément l'interaction photoélectrique en vue d'améliorer la résolution temporelle de la coïncidence. Le ou la stagiaire constituera des jeux de données Monte Carlo à l'aide du logiciel GATE [5] pour simuler l'interaction de rayons gamma de 511 keV dans un milieu scintillant et exploitera la vérité Monte Carlo pour apprendre la position de l'interaction photoélectrique, le type d'émission (Tcherenkov ou scintillation) et l'heure de l'interaction, puis il ou elle cherchera à réduire tant que faire se peut la dimension de l'espace de phase tout en préservant la précision des observables restitués par apprentissage profond.


Connaissances requises : programmation Python, connaissance des interactions rayonnement-matière, notions d'apprentissage profond (DL)


[1] P. Lecoq, C. Morel et al. Roadmap toward the 10 ps time-of-flight PET challenge, Phys. Med. Biol. 65 (2020) 21RM01

[2] S.K. Kwon et al, Ultrafast timing enables reconstruction-free positron emission imaging, Nat. Photon. (2021) https://doi.org/10.1038/s41566-021-00871-2

[3] D. Yvon et al. Design study of a “scintronic” crystal targeting tens of picoseconds time resolution for gamma ray imaging: the ClearMind detector, J. Instrum. 15 (2020) P07029

[4] J. Nuyts et al. Estimating the relative SNR of individual TOF-PET events for Gaussian and non-Gaussian TOF-kernels, in Proc. Fully-3D'2021, G. Schramm, A. Rezaei, K. Thielemans and J. Nuyts eds, pp. 19-23.

[5] D. Sarrut et al. Advanced Monte Carlo simulations of emission tomography imaging systems with GATE, Phys. Med. Biol. 66 (2021) 10TR03


Mots clefs :
Imagerie médicale
Code :
M2-2122-IM-01
Développement et évaluation d'une méthode de segmentation automatique par apprentissage profond dans le cadre d'une étude in vivo sur l'hépatocarcinome cellulaire
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Responsable :
Yannick Boursier - 04 91 82 76 41 - boursier@cppm.in2p3.fr
Description :

L'équipe de recherche imXgam conduit des activités de recherche interdisciplinaire pour les applications d'imagerie des rayonnements ionisants dans le champ de la santé et de l'énergie. Le sujet de stage proposé ici vise à améliorer les performances d'un processus de segmentation automatique de tumeurs du foie dans le contexte de la tomodensitométrie (TDM) pour le petit animal.


Contexte

Ce stage s'inscrit dans le cadre du projet DePIcT financé par la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires) du CNRS (https://miti.cnrs.fr/projet-multi-quipe/depict/ , https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/palmares-des-80prime-2020-4-projets-pilotes-par-lin2p3-decrochent-un-financement). Dans le cadre d'une étude pré-clinique sur l'hépato-carcinome, des suivis longitudinaux in vivo sont réalisés à l'aide du PIXSCAN-FLI, un micro-TDM à comptage de photons (PC-CT) développé au CPPM. Il a été démontré que le comptage de photons garantit de très hauts contrastes sur les images 3D.

De plus, l'acquisition ultra-rapide (100 images par seconde) permet de capturer les mouvements respiratoires de la souris. Cette étude se base sur un protocole d'imagerie établi au CPPM (Cassol et al. 2019), qui consiste à marquer le foie avec des nanoparticules de Baryum, un agent de contraste absorbé par les macrophages du foie. On peut alors observer et caractériser les tumeurs apparaissant en négatif grâce à la radio-opacité de l'agent de contraste entourant les tumeurs. Cette technique permet ainsi de différencier le foie des tumeurs et de pouvoir estimer une série de paramètres importants des tumeurs au cours du temps (taille, forme, etc.)


Objectifs

Le but du stage est d'implanter et d'évaluer les performances d'une méthode de l'état de l'art en apprentissage profond (Deep Learning) en micro-CT pour la segmentation automatique (Léger et al. 2018, Brion et al. 2020). Il s'agit ici de segmenter automatiquement le foie ainsi que les tumeurs du foie. Le ou la stagiaire pourra s'appuyer sur une base de données réelles conséquente pour laquelle la segmentation de tumeurs effectuée par un expert est déjà disponible. Si ces méthodes s'avèrent satisfaisantes, elles seront incorporées dans le pipeline de traitement automatique des données du PIXSCAN-FLI pour être utilisées en routine.

Cette étude pourra inclure une analyse et une correction des mouvements respiratoires de la souris pour améliorer la netteté des images 3D.


Compétences requises : programmation Python, notions d'apprentissage profond. Une connaissance du contexte et de la physique d l'imagerie CT sera appréciée.


Bibliographie

E. Brion et al., Domain adversarial networks and intensity-based data augmentation for male pelvic organ segmentation in cone beam CT in Computers in Biology and Medicine https://dial.uclouvain.be/pr/boreal/object/boreal:245104

J. Léger et al., Contour Propagation in CT Scans with Convolutional Neural Networks in Advanced Concepts for Intelligent Vision Systems https://dial.uclouvain.be/pr/boreal/object/boreal:203221

F. Cassol et al., Tracking dynamics of spontaneous tumours in mice using Photon Counting Computed Tomography, iScience 21 (2019) 68-83 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004219303943


Mots clefs :
Imagerie médicale
Code :
M2-2122-IM-03

Stages M1


KM3NeT
Development of a neutrino filter in the FINK broker
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Responsable :
Damien Dornic - 0491827682 - dornic@cppm.in2p3.fr
Description :

Time-domain astronomy has received a considerable boost in recent years due to its ability to study extreme physics, to track cataclysmic phenomena like the birth of stellar mass black holes or the mergers of neutron stars, to probe distant

regions of the Universe, and to identify candidate sources for multi-messenger astrophysics. These explosive events can release enormous amounts of energy both in electromagnetic radiation and in non-electromagnetic forms such as neutrinos

and gravitational waves. They lie at the frontier of our understanding of the laws of physics under the most extreme conditions. Multi-messenger astronomy – the observation of astrophysical objects and processes using combinations of different messengers such as electromagnetic radiation, neutrinos, cosmic rays and gravitational waves – has emerged as a major new field in astronomy during the last years.


In CPPM, we are mainly working on the development of multi-messenger analyses with high-energy neutrinos detected with ANTARES and KM3NeT neutrino telescopes. In this context, we are developing a real-time analysis framework that is able to send neutrino alerts and to receive and process a cross-match analysis with high-energy neutrinos. In the next years, the LSST telescope in Chile will be one of the major discover of optical transients. Around a million triggers are expected each night. To account for these large numbers, LSST is developing some brokers to filter the alerts. In France, some colleagues are implementing the FINK broker (https://arxiv.org/abs/2009.10185). Some actual data are available with the ZTF telescope in US.


During this intern ship, the student will implement a filter chain in the broker to identify the most interesting candidates for the neutrino searches. It will filter on the nature of the transient, the number of detections, the light-curve and some cross-matches with astrophysical catalogues.


The analyses will be performed using C++ or python.


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M1-2021-KM-01

Stages Techniques


Electronique
Implémentations de circuits neuronaux sur différents FPGAs, évaluation de performances
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de Physique des Particules de Marseille, unité mixte CNRS/Aix-Marseille

Université, (http://marwww.in2p3.fr) est un des laboratoires de l'Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3), institut du CNRS qui regroupe les moyens de la physique des particules. Le CPPM travaille notamment sur des systèmes d'acquisition sur le LHC, l'accélérateur de particules et collisionneur proton-proton le plus puissant du monde, au CERN à Genève (http://www.cern.ch).

Le nombre de collisions va dans un avenir proche être multiplié par 10, rendant difficile l'identification des particules générées tant elles seront nombreuses.

Une piste possible est d'utiliser des algorithmes neuronaux au plus près du détecteur pour trier et identifier les particules générées ainsi que les phénomènes recherchés. The challenge est que le LHC génère 40 millions de collisions par seconde, chacune d'entre elles «~illuminant~» des dizaines, voire des centaines de milliers de capteurs. Il est donc nécessaire d'implémenter ces algorithmes «~au vol~» sur des FPGAs très puissants.

L'objet du projet THINK (Testing Hardware Instantiations of Neural Kernels) est d'évaluer la capacités de FPGAs ou de circuits spécialisés tels que des chips neuromorphiques à traiter ce type de données en temps réel.


Activité principale :


L'évaluation consistera à hiérarchiser les performances de différents types de FPGAs ou chips neuromorphiques en implémentant plusieurs benchmarks communs. L'évaluation portera non seulement sur les performances mais aussi sur la qualité des outils de mise en œuvre, notamment leur facilité d'emploi ou leur versatilité.

Deux types de FPGAs relativement différents seront étudiés~:


- Le Stratix NX d'Intel doté d'AI Tensor Blocks répartis dans le FPGA


- Le Versal AI de Xilinx doté d'un processeur scalaire avec accélérateur de fonctions AI

Si le temps le permet un chip neuromorphique ou un GPU sera également étudié.


Connaissances apréciées

- Conception FPGA en langage VHDL, HLS~;

- Langage Python~;

- TensorFlow, Queras, Pytorch.

Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « LHCb_Conception » à

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Electronique
Code :
Ingenieur-2122-EL-08
Conception de building block en technologie CMOS adapté au détecteur pixellisé de BelleII
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

BelleII est un détecteur polyvalent du collisionneur SuperKEKB au Japon.

Il a été conçu et construit pour étudier la physique au-delà du Modèle Standard, pour tester de nouveaux modèles de physique et rechercher les signatures de nouvelles particules.

Le détecteur BelleII est un détecteur de particules qui mesure 7,5 m de long, 7 m de haut. Il est composé principalement d'un détecteur de Vertex et d'un calorimètre. En augmentant la luminosité de l'accélérateur de particule

SuperKEKB, le sous-ensemble Vertex de BelleII doit être mis à jour d'ici 2026.


Une collaboration internationale s'est ainsi structurée afin de réfléchir et concevoir cette jouvence du détecteur.

Au CPPM, un groupe d'une dizaine de physiciens, ingénieurs et techniciens est

impliqué dans le projet BelleII et s'intéresse en particulier à l'évolution du détecteur de vertex (VXD), détecteur interne le plus proche du point d'interaction. Ce détecteur de traces(trajectographe) est destiné à suivre le passage des particules dès leur formation.

La brique élémentaire du trajectographe est un circuit intégré spécifique (ASIC) matriciel de plusieurs millions de transistors.

Ce circuit opère comme un appareil photo à pixels, qui doit prendre une image de la détection des particules. Plusieurs contraintes de conception sont imposées sur l'électronique, comme la surface,la rapidité, la consommation et la précision. De plus, afin de fonctionner en toute autonomie, le circuit a besoin de fonctions générales, comme un « bandgap reference », un capteur de

température, un buffer analogique et son ADC, des circuits numériques de décisions et mémoires,ou encore un système de distribution des alimentations ou polarisations des étages. Des étages d'entrée/ sortie à hautes vitesses comme les standards LVDS ou CML seront aussi intégrés.


Activité principale :

Dans un premier temps, le/la stagiaire doit mener une recherche bibliographique détaillée sur le circuit servant de référence au projet (TJ-MONOPIX2) ainsi que sur les détecteurs à pixels monolithiques et sur les fonctions générales. Ensuite, il lui sera proposé d'étudier et concevoir une des fonctions qui soit le mieux adaptée à l'application selon le cahier des charges fourni.

En fonction de l'avancement du projet, le/la stagiaire aidera l'équipe de conception à finaliser le circuit prototype OBELIX, pour une fabrication courant 2022.

- Etude bibliographique sur les architectures de la fonction.

- Conception, simulation sous Cadence

- Dessin des masques (Layout)

- Simulation post-layout

- Des tests sur d'anciens circuits sont à prévoir.


Connaissances requises :


- Bonnes connaissances en conception de circuits intégrés en technologie CMOS


- Connaissance dans la manipulation d'instruments de mesure


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-01 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Electronique
Code :
Ingenieur-2122-EL-01
Bancs de test et de caractérisation de circuits intégrés pour les futurs collisionneurs de particules
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) participe à plusieurs projets visant à développer des circuits intégrés monolithiques pour les futurs collisionneurs de particules. Notre groupe travaille en collaboration avec plusieurs partenaires, en particulier le CERN (« Centre Européen pour la Recherche Nucléaire ») ainsi que l'Université de Bonn, le CEA et d'autres laboratoires CNRS. Cette activité est présente au CPPM depuis près de 10 ans et est proche d'aboutir à une utilisation au sein d'un futur détecteur.

En 2021, avec nos partenaires, 3 circuits intégrés différents ont été fabriqués. Leur caractérisation doit être finaliser en 2022. Les deux premiers circuits, baptisés ‘TJ_MONOPIX2' et ‘LF_MONOPIX2', sont conçus en technologie TJ 180 nm et LF 180 nm respectivement. La particularité de ces circuits est d'être constitué d'une matrice de pixels et d'une électronique Front End effectuant la mise en forme de signaux et leur discrimination. Leur association permet de détecter les particules qui traversent le circuit. Un troisième circuit est conçu en technologie innovante (TJ 65 nm) et contient un ensemble d'oscillateurs en anneau formé de cellules numériques standards. La mesure de la fréquence d'oscillation permet de caractériser les performances de ces cellules en fonction de plusieurs paramètres : la température, les conditions de polarisation et la dose en irradiation.


Activité principale :

Le/la stagiaire a pour mission de contribuer au développement des bancs de tests et de caractérisation des circuits.

Un banc est constitué de manière générale de :

- Un circuit intégré (ASIC) monté sur une carte fille

- Une carte mère qui intègre un FPGA et un micro-processeur

- Un PC contrôlant les cartes et instruments de mesures (alimentation,

multimètres, etc..)


Un programme en Python ou C++ pilote le microprocesseur qui gère les alimentations sur la carte mère, ainsi que le « slow control ». Ensuite, un firmware en VHDL est développé pour le FPGA qui commande l'ASIC en temps réel et récupère les résultats de la mesure. Les données sont stockées sur le PC et traitées par un software en Python ou autre. LabView peut être envisagé pour piloter des appareils de mesures.


Le stage comportera :


- La lecture de la documentation et la prise en main du banc de test,


- Développement du banc de test (automatisation de certains tests par exemple)


- Tests de différents circuits intégrés


- Traitement de données et interprétation des résultats


- Présentations des résultats en réunion de groupe


Connaissances requises :


- Bonnes connaissances en électronique générale


- Développements de programmes en langage Python, C++, LabView


- Bonnes connaissances en design FPGA en langage VHDL et avec Quartus


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-03 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
Ingenieur-2122-EL-03
Participation aux développements d'une carte d'acquisition de données rapides avec FPGA
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de Physique des Particules de Marseille, unité mixte de recherche CNRS/Aix-Marseille Université vient de construire et de livrer au CERN le système d'acquisition des données de l'expérience LHCb : lecture de l'ensemble des données (30 Terabits/s) des sous-détecteurs via 10000 liens optiques à 10 Gbits/s, traitement en temps réel puis envoi vers une ferme de calcul constituée de plusieurs milliers de processeurs. Le CPPM s'intéresse désormais à la prochaine génération qui devra avoir une puissance de calcul 10 fois supérieure au système actuel. Le FPGA le plus récent d'Intel (AgileX, 2.7 million de logic cells) et des liens sériels à 112 Gbits/s seront utilisés


Activité principale :

Il s'agit de participer aux développements de la carte prototype du futur système. La mission proposée sera définie avec le/la candidat(e), selon ses goûts et ses connaissances . Il s'agira de participer aux développements de la carte prototype du futur système, soit en conception hardware, soit en développant des firmwares et softwares qui permettront de tester le premier prototype de la carte :

- Intégrité de signal et simulations de liaisons à 58 Gbits/s PAM4

- Monitoring automatique de la carte (courants, tension, température)

- Étude thermique et simulation du refroidissement de la carte

- Conception hardware (distribution d'horloge précise, drivers optiques ..)

- Firmware d'interfaçage périphériques (PLLs,senseurs,interfaces optiques)

- Interfaçage de la carte au bus PCI Express Gen5

- Logiciel en Python de programmation des circuits périphériques du FPGA

- Monitoring en temps réel de la qualité des liens sériels (eye diagram)

Le ou la stagiaire sera accueilli(e) au sein du service électronique du CPPM qui possède un savoir-faire étendu dans la programmation des FPGA et en conception de cartes à très haute densité.

Le travail s'effectuera dans un environnement de recherche international.,quelques déplacements au CERN (Genève) seront possibles en vue d'assister à des réunions de collaboration.


Connaissances appréciées :

Les connaissances suivantes seront appréciées pour travailler sur les différents sujets du stage :

- Électronique analogique et numérique

- Conception de firmware FPGA en langage VHDL

- Conception logicielle, langage Python et éventuellement PyQt

- Appareils de mesure~: Serial Data analyser, TDR, analyseur de spectre~

- Simulations électriques et thermiques (alimentations de FPGA)

- Intégrité de signal,transmission de signaux rapides, liaison série à haut

débit sur fibres optiques

Le ou la candidat(e) sera formé(e) sur les compétences requises pour mener à bien les missions choisies.


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-04 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
Ingenieur-2122-EL-04
Développement de la carte DAQTemp pour le système d'acquisition du projet TIARA
Voir détails Cacher détails
Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de Physique des Particules de Marseille, unité mixte CNRS/Aix-Marseille Université est un des laboratoires de l'Institut National de Physique Nucléaire et Physique des Particules (IN2P3), institut du CNRS qui regroupe les moyens de la physique des particules.


Le CPPM participe au projet TIARA (Time-of-flight Imaging Array), dont l'objectif est de réduire les incertitudes liées au parcours des protons lors de traitements par protonthérapie grâce au développement d'un détecteur pour l'imagerie par temps-de-vol des gammas prompts créés lors de l'irradiation.


Ce détecteur consiste en un ensemble de convertisseurs cherenkov en fluorure de plomb entourant le volume irradié et lus en coïncidence avec un moniteur de faisceau. Le temps-de-vol entre les pixels de fluorure et leurs positions permettent de reconstruire le parcours des protons en temps réel.

Le CPPM est en charge du développement du système d'acquisition de données du projet TIARA basé sur la carte DAQTemp, qui permet de lire simultanément 64 SiPM et d'étiqueter en temps et en énergie les événements avec une résolution inférieure à 100 ps. Cette carte est dotée d'un FPGA Intel Arria 10, de circuits ASIC pour la lecture des SiPM et d'un système d'horloge d'une précision de 100 fs.


Activité principale :

Pour la mise au point du système d'acquisition de données du projet TIARA, il s'agit de poursuivre, avec l'ensemble de l'équipe, le développement du firmware FPGA, du software commande-contrôle de la carte DAQTemp ainsi que du software de calibration, d'analyse et de traitement de données des événements détectés par les SiPM.

Ces développements utiliseront principalement les langages VHDL, Python et C++.


Le ou la stagiaire sera accueilli(e) au sein du service électronique du CPPM, composé d'une vingtaine de personnes, qui possède un savoir-faire étendu dans la programmation des FPGA de la marque Intel/Altera et dans la conception de cartes d'acquisition à grande bande passante pour des expériences de physique des particules telles que celles menées au CERN.


Connaissances requises :

- Conception FPGA en langage VHDL sous Quartus et simulation Modelsim;

- Programmation en C/C++, des connaissances en Qt seraient un plus;

- Programmation en Python pour l'analyse et le traitement de données;

- Des tests de caractérisation sur les cartes sont à prévoir.


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-05 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
Ingenieur-2122-EL-05
Caractérisation de lignes de transmission rapides sur plateformes électroniques de test à base de FPGA
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de physique des particules de Marseille est une unité mixte de recherche (UMR 7346) qui relève du CNRS, et d'Aix-Marseille Université. Le CPPM travaille notamment sur l'expérience ATLAS basée au CERN à Genève, le plus puissant accélérateur de particules au monde. Le CPPM est l'un des membres d'une collaboration internationale de 3 000 scientifiques issus de 174 instituts, représentant pas moins de 38 pays. Une mise à niveau («~upgrade~») d‘ATLAS doit être opérée à l'horizon 2026. Dans ce cadre,le CPPM participe fortement à l'upgrade du système d'acquisition des données et de trigger. Cette activité de R\&D a amené l'équipe du CPPM à développer une plateforme de test au format ATCA, standard très utilisé dans le monde des Télécoms. Cette carte de haute densité (20 couches), intègre 24 modules optiques et deux FPGA INTEL Stratix 10 de dernière génération. Elle permettra de mettre en œuvre des liaisons série sur fibres optiques à très haut débit (jusqu'à 25 Gbit/s). Ces liaisons sont basées sur des protocoles propriétaires du CERN tolérants aux radiations. Cette carte permettra également de valider les composants, ainsi que le challenge technique de gestion de la consommation et la dissipation thermique.


Activité principale :

Le ou la stagiaire sera intégré(e) à l'équipe de développement. Le travail proposé est un travail de R\&D destiné à caractériser par différentes approches l'intégrité des transmissions électriques et optiques à très haut débit jusqu'à 25 Gbps.

Cette évaluation s'effectuera à travers l'emploi de différentes techniques et technologies mises en œuvre autour de l'outil de diagnostic embarqué sur FPGA~ODI pour «~On-Die Instrumentation~» , d'instruments de mesures de pointe et de logiciels d'analyse et de simulation d'intégrité de signaux sur circuit imprimé. Ce travail d'évaluation nous permettra de confronter les résultats pour comprendre les phénomènes observés et proposer des solutions optimisant la qualité des signaux. Le but est d'élargir notre expertise dans la conception de cartes numériques pour lesquelles les débits augmentent perpétuellement.


Ce travail permettra à l'étudiant d'approfondir plusieurs domaines techniques~:

- l'étude des architectures électroniques des cartes à base de FPGA

- le développement de code VHDL pour FPGA qui solliciteront notamment l'ODI

- la caractérisation des liens sériels en mesurant le diagramme de l'œil

avec un oscilloscope de pointe (type Serial Data Analyser de chez Lecroy)

et en mesurant les jitters.

- La simulation des liens sériels par l'outil SIGRITY sous CADENCE.


Le ou la stagiaire sera accueilli(e) au sein du service électronique qui possède un savoir-faire étendu et reconnu dans le design de firmware FPGA et la conception de cartes électroniques rapides à haute densité.

Le travail s'effectuera dans un environnement de recherche international. Des déplacements au CERN à Genève sont à prévoir en vue d'assister à des réunions de collaboration et y présenter son travail~.


Connaissances requises :

- Bonnes connaissances en électronique générale et en instrumentation,

- Bonnes connaissances en design FPGA en langage VHDL,

- Développements d'outils logiciels en langage C, C++, Python, LabView


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-06 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
Ingenieur-2122-EL-06
Développement et mise au point d'un banc de tests pour la caractérisation de circuits intégrés dans le cadre de l'expérience ATLAS du CERN
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

ATLAS («~A Toroidal LHC ApparatuS») est une expérience de physique des particules installée auprès du LHC («~Large Hadron Collider~») au CERN («~Centre Européen pour la Recherche Nucléaire~») situé à Genève. Elle a été conçue pour tester de nouveaux modèles de physique, et rechercher les signatures de nouvelles particules, telles que le boson de Higgs dont l'existence a été découverte expérimentalement en 2012.

En prévision d'une jouvence complète du détecteur à pixel de l'expérience, une collaboration internationale, RD53 a été mise en place pour développer le prochain circuit de lecture associé au détecteur en technologie CMOS~65~nm. Le CPPM fait partie de cette collaboration et a en charge plusieurs cellules implantées dans le circuit global comme un ADC de type SAR permettant la numérisation des informations provenant de références de tension, dosimètres, et capteurs de température. Il a également la responsabilité de la conception de mémoires tolérantes au SEU («~Single Event Upset~») et exerce une activité dans le groupe «~Radiation Tolerance~» puisque l'ASIC de lecture devra fonctionner dans un environnement très radioactif, supportant une dose totale de 500~Mrad (5~MGray) pendant 5 ans d'exploitation.


Activité principale :

Plusieurs prototypes de circuits intégrés (CI) ont été conçus en différentes technologies, 65~nm, 28~nm, etc… et testés sur table ainsi qu'en irradiation au CERN. Les tests de ces CI permettent la validation de leur architecture auprès de la collaboration où les résultats sont présentés. Un banc de tests de CI prototypes a été développé au CPPM. Il est basé sur une carte du commerce nanoPC de type BeagleBone, communicant avec un FPGA (Altera-Cyclone III) via un bus parallèle de type GPMC (General-Purpose Memory Controller). Les séquences de tests sont préalablement implantées dans le FPGA (programmation VHDL), Le contrôle-commande s'effectue au niveau de la carte BeagleBone en C++. D'autres paramètres tels que, la consommation, la température, les niveaux d'alimentation, sont enregistrés via un bus I2C. Ces éléments sont indispensables pour s'assurer du


Le stage de 6 mois devra comporter plusieurs étapes~:

- Prise en main du banc de test.

- Maitrise, débogage des différentes fonctions du banc.

- Amélioration et finalisation de l'ensemble, paramétrage intuitif et convivial via une interface utilisateur de type Qt Python.

Connaissances requises :

Le(la) candidat(e) devra posséder de bonnes bases en électronique ainsi que de solides connaissances en programmation VHDL, C++, Qt Python


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-07 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Electronique
Code :
Ingenieur-2122-EL-07
Conception d'un circuit de réception optique en CMOS 28 nm pour les futures expériences du CERN
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Responsable :
Frédéric Hachon - 04 91 82 76 71 - hachon@cppm.in2p3.fr
Description :

Le stage se déroule au Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), une unité mixte de recherche (UMR 7346) qui relève de l'IN2P3, institut regroupant les activités de physique des particules et de physique nucléaire au sein du CNRS et d'Aix-Marseille Université.


Le CPPM participe depuis plusieurs années au projet à l'expérience ATLAS du CERN à Genève, au sein d'une collaboration internationale de plus 3 000 scientifiques issus de 174 instituts, représentant pas moins de 38 pays.


L'un des grands challenges techniques au niveau de l'expérience ATLAS réside dans l'augmentation du nombre de données à acheminer depuis le détecteur vers les centres de calculateurs et les circuits intégrés spécifiques très haut débit et durcis contre les irradiations sont des éléments essentiels pour la transmission de ces données.


Le CPPM associé à des équipes du CERN, s'intéresse à la conception de l'ASIC de réception optique pour les futures mises à niveau de l'expérience ATLAS. Le circuit devrait utiliser le process CMOS 28 nm et fonctionner à un débit supérieur à 20 Gbp/s.


Activité principale :


Le but du stage est de proposer une architecture haute vitesse, très bas bruit très basse consommation pour le circuit de transmission de données. Le circuit est par la suite conçu en utilisant le process CMOS 28~nm.


Le stage de 6 mois sera organisé en plusieurs étapes :


- Etude de l'interface de transmission des données à haut débit

- Etude et optimisation du circuit d'émission ou de réception à 20~Gbit/s

- Etude des effets de la dose ionisante

- Simulation et optimisation du circuit sous Cadence Virtuoso

- Dessin des masques sous cadence


Connaissances requises :

- Bonnes connaissances en conception de circuits analogiques CMOS

- Le développement de bancs de test basés sur des composants programmables

de type FPGA est considéré comme un avantage.


Contact : CV + lettre de motivation avec la référence « Ingenieur-2122-EL-02 »

Frédéric HACHON, Ingénieur de Recherche CPPM

Tél : +33 4 91 82 76 71 - Mél : hachon@cppm.in2p3.fr


Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Electronique
Code :
Ingenieur-2122-EL-02
Instrumentation
Contrôle-commande et traitement du signal d'un banc interférométrique pour la mesure des ondes gravitationnelles dans le cadre de la mission spatiale LISA de l'ESA
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Responsable :
Aurélia Secroun - 04 91 82 72 15 - secroun@cppm.in2p3.fr
Description :

La mission LISA (https://www.elisascience.org) est un projet satellite majeur de l'ESA dont l'objectif est de détecter des ondes gravitationnelles par mesure interférométrique grâce à une constellation de trois satellites en orbite autour du soleil. Un consortium de dix laboratoires français, dont le CPPM fait partie, s'est engagé à intégrer et tester les instruments à bord de LISA et le CPPM en particulier est responsable de la mise en œuvre du contrôle-commande (CC) du banc de test qui comprend tout le pilotage et monitoring du banc ainsi que la mise en place de tests automatisés.


Activité principale~:


Dans ce cadre, un démonstrateur de banc interférométrique est en cours de développement. Deux séries de tests sont prévues~: une première série à l'APC (à Paris) fin 2021 pour laquelle une première version du code CC réalise l'acquisition et l'affichage en temps réel des données.~Pour la deuxième série de tests, planifiée fin 2022, le banc sera installé en salle propre au LAM (à Marseille) pour des tests fins et entièrement automatisés. Le CC doit piloter les composants critiques de ce banc, à savoir deux lasers «~maison~» fonctionnant à 1064~nm qui génèrent le signal interférométrique, des injecteurs fibrés qui permettent de contrôler finement l'alignement des faisceaux, et des photodiodes à quadrants lues par des phasemètres qui mesurent le signal interféromètrique à la recherche d'un minuscule décalage de phase significatif du passage d'une onde gravitationnelle. L'ensemble des instruments à piloter est accessible depuis le CPPM par une prise de contrôle à distance via un LAN Gbit.


L'objectif de ce stage sera de prendre en main le pilotage des paramètres critiques tels que l'alignement des faisceaux laser, leur fréquence ou leur amplitude de fonctionnement et de mettre en place l'automatisation des tests qui seront réalisés à Marseille. Ainsi l'ingénieur?e-stagiaire devra~:

Prendre en main le code existant et l'adapter à l'environnement du LAM

Ajouter au code existant des commandes sous forme de fonction paramétrable

Mettre en place l'automatisation sous forme de scripts

L'ingénieur?e stagiaire sera amené?e à participer aux réunions du projet pour exposer son travail.


Connaissances requises~:


Base technique solide en instrumentation

Base solide en programmation en langage Python

Bonnes connaissances en traitement du signal

Connaissance de la Raspberry PI considéré comme un atout supplémentaire


Contact~: CV + lettre de motivation avec la référence «~LISA~» à

Aurélia Secroun, Ingénieure Chercheure CPPM

Tel~: 04 91 82 72 15 email~: secroun@cppm.in2p3.fr

Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré.


Mots clefs :
Instrumentation
Code :
Ingenieur-2122-IS-01
imXgam
Développement du système de contrôle-commande sans fil et d'acquisition de données de la sonde intracrânienne MAPSSIC
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Responsable :
Mathieu Dupont - mdupont@cppm.in2p3.fr
Description :

Le Centre de Physique des Particules de Marseille est une unité mixte de recherche (UMR 7346)dépendante du CNRS et d'Aix-Marseille Université, qui déploie ses activités de recherche à la fois dans le domaine de la physique fondamentale et aussi pour des applications basées sur les rayonnements ionisants.

Les circuits de satiété ou d'addiction sont pilotés dans le cerveau par des boucles de contreréaction négative ou positive utilisant des neurotransmetteurs. Ces circuits peuvent être imagés en tomographie par émission de positons (TEP) grâce au marquage de neurotransmetteurs par des ions radioactifs émetteurs de positons, comme par exemple la cocaïne marquée au 11C.

Cependant, les examens TEP requierent d'anesthésier le sujet, ce qui ne permet pas de rendre compte du comportement réel du cerveau en conditions d'éveil.

Le CPPM participe au projet MAPSSIC, qui consiste à développer une sonde intracrânienne de pixels CMOS pour l'imagerie de positons chez le rat vigile et libre de ses mouvements. La sonde IMIC, qui forme une aiguille de plusieurs centaines de pixels CMOS actifs, a été développée par l'IPHC à Strasbourg pour être implantée de manière permanente dans le cerveau d'un rat qui,muni d'un sac à dos comprenant une pile et un émetteur sans fil relié aux pixels CMOS, permettra de d'imager directement les positons émis lors de la désintégration des noyaux d'un traceur radioactif attachés aux molécules du neurotransmetteur étudié.


Activité principale :

Le (la) stagiaire sera intégré(e) au projet MAPSSIC participera à l'étude du design et à la mise en oeuvre d'une solution sans fil permettant d'assurer le contrôle-commande et la transmission des données recueillies simultanément par 4 sondes IMIC vers un PC d'acquisition.

Cette solution sans fil devra être embarquée dans un sac à dos adapté à la corpulence d'un rat et pouvoir atteindre une autonomie de plusieurs heures correspondant à plusieurs périodes de décroissance du traceur radioactif utilisé pour marquer le neurotransmetteur.


Profil recherché :

• Pratique du langage C/C++

• Programmation systèmes embarqués (µC) en C/C++

• Connaissance de python est un plus


Le stage de 6 mois sera rémunéré.


Mots clefs :
Instrumentation
Code :
Ingenieur-2122-IM-01

Licences


Le CPPM accueille des stagiaires des licences L1, L2 et L3.

Les demandes de stage de licences sont centralisées par William Gillard. Pour postuler, adressez-lui une lettre de motivation, votre CV, votre dernier relevé de notes ainsi que vos coordonnées afin qu’il puisse reprendre contact avec vous. Le dossier administratif sera suivi par Jocelyne Munoz.

Contacts : William Gillard, Jocelyne Munoz

Secondaire


Nous accueillons en stage des élèves du secondaire pendant des périodes définies ci-après. Les demandes devront être motivées mais ne pourront pas être toutes retenues, compte tenu du nombre limité de places.

  • pour les collégiens : une semaine en décembre (précédant les vacances de Noël) Reporté la semaine du 31 janvier au 4 février

  • pour les lycéens : une semaine en juin (durant la période d'examens du baccalauréat)

Contact : Jocelyne Munoz

TIPE


Depuis 1998, nous accueillons au CPPM des élèves de classes préparatoires aux grandes écoles afin de les aider à effectuer leur TIPE.

La plupart d’entre eux ont obtenu, lors de leur épreuve TIPE, une note supérieure à la moyenne nationale et ont brillamment intégré une grande école.

Contact : Heide Costantini