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.

Pour candidater, aux stages de physique ou aux stages techniques, vous devez joindre à votre dossier de candidature un CV, une lettre de motivation ainsi que votre dernier relevé de notes (relevé de notes de l'année précédente ou celui du dernier semestre de l'année en cours s'il est à votre disposition). Pour les stages de Master, des lettres de recommandations de vos professeurs ou anciens encadrants de stage pourront vous être demandées.

Quelle que soit la nature de votre stage, une réponse favorable d’un personnel de notre laboratoire ne vous octroiera pas l'obtention du stage au CPPM. En effet, seuls, l'accord de la direction du CPPM et l'établissement d'une convention, seront les deux conditions pour formaliser l'accueil au CPPM en tant que stagiaire.

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

Stages M2


Atlas
Mesure des performances des détecteurs à pixels 3D de l'expérience ATLAS auprès du collisionneur LHC du CERN
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Responsable :
Farès Djama - djama@cppm.in2p3.fr
Description :

Durant la deuxième période d'exploitation du LHC (2015-2018), l'expérience ATLAS s'est équipée d'une quatrième couche cylindrique de détecteurs à pixels, située au plus près des faisceaux, à un rayon moyen de 3.5 cm. Cette couche utilise des détecteurs planaires, mais aussi, et pour la première fois dans une expérience, des détecteurs 3D.

Les détecteurs à pixel 3D sont un développement récent de détecteurs à pixels au silicium.

La différence avec les détecteurs planaires classiques est que la jonction p-n ne s'étend pas le long de l'épaisseur du détecteur, mais entre des colonnes p et n creusées à travers l'épaisseur. Les distances entre les colonnes p et n étant une fraction de l'épaisseur du détecteur, la tension de désertion, ainsi que la distance de dérive des porteurs de charge sont réduites, rendant ces détecteurs plus résistants aux radiations que les détecteurs planaires.

Le stagiaire exploitera des données réelles acquises par l'expérience ATLAS pendant les années 2015 à 2018, et s'intéressera particulièrement à la réponse des détecteurs 3D.

Il pourra ainsi mesurer la charge collectée, le nombre de pixels allumés par particule, vérifier la valeur nulle de l'angle de Lorentz et mesurer la dégradation des performances due aux radiations accumulées et comparer à celle des détecteurs planaires.


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
M2-2122-AT-01
Belle II
Recherche des désintégrations des leptons taus violant la saveur leptonique avec Belle II
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Responsable :
Justine Serrano - serrano@cppm.in2p3.fr
Description :

Les désintégrations violant la saveur leptonique, qui sont interdites dans le Modèle Standard, font partie des désintégrations les plus prometteuses pour rechercher la Nouvelle Physique.

Au vue des récentes anomalies rapportées par LHCb concernant la violation de l'universalité leptonique, l'interêt des désintégrations violant la saveur leptonique des taus s'est vue largement renforcé. Certaines désintégrations telles que τμμμ \tau\to\mu\mu\mu ou τϕμ \tau\to\phi\mu pourraient être juste en dessous des limites expérimentales actuelles.

L'expérience Belle II, située au Japon, a commencé sa prise de données en 2019 dans le but d'acquérir 50 fois plus de statistique que son prédecesseur Belle.

Grâce à un environnement très propre et à la grande section efficace τ+τ \tau^+\tau^- , Belle II fournit un cadre privilégié pour l'étude des désintégrations du lepton tau. Le but de ce stage est de faire une étude de senisbilité sur le canal τK+Kμ \tau\to K^+K^-\mu en utilisant les données simulées.

Le code d'anayse est basée sur le logiciel ROOT et python. Des méthodes multivariées seront étudiées pour optimiser les performances de l'analyse.

Ce stage pourra se poursuivre par une thèse dans le cadre du projet NEPAL: https://www.cppm.in2p3.fr/Belle2/en/


Mots clefs :
Physique des particules
Code :
M2-2122-BE-01
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
Preparatory study for the observation of the PeVatron candidate SNR G106.3-2 with the LST1+MAGIC Cherenkov telescopes
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Responsable :
Franca Cassol - 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). The observatory 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 unconventional capabilities of CTA will address, among others, the intriguing question of the origin of the very high energy galactic cosmic rays by the search of galactic sources capable of accelerating cosmic rays up to the PeV, called PeVatrons. Recently, the Supernova Remnant (SNR) G106.3-2.7 has been indicated as a highly promising PeVatron candidate [4]. In fact, G106.3-2.7 emits gamma-rays up to 500 TeV from an extended region (~0.2o) well separated from the SNR pulsar and in spatial correlation with a molecular cloud.


The CTA observatory completion is foreseen in 2025 but the first large size telescope (LST1) is already installed and taking data in La Palma. LST1 is placed very close to the two MAGIC telescopes [3], which are one of the presently active IACT experiments. This configuration permits to perform joint observations of the same source with the three telescopes LST1+MAGIC. Joint acquisition not only increases the effective detection area but also improves the energy and angular resolution, thanks to the enhanced stereo data. While the LST1+MAGIC telescopes cannot reach enough sensitivity to access energies above 100 TeV, they can provide exclusive and unprecedented data for establishing the spectral morphology of this exiting PeVatron candidate in the 100 GeV-100 TeV energy range. A campaign of joint observations of G106.3-2.7 will start in 2022.


This internship concerns the setup of the reconstruction chain for G106.3-2.7 on the base of Monte Carlo data. In order to maximise the effective area at very high energy, G106.3-2.7 observation will be performed at large zenith angle (62o-70o), which is a challenging detection condition and asks to perform a preliminary verification of the detection performances. The student will first estimate the expected “Instrument Response Function” with the standard LST1 reconstruction [5], using the mono telescope approach. Then, s/he will estimate the performance of the MAGIC + LST1 stereo reconstruction with the joint reconstruction pipeline [6], presently under development. Eventually, the student will simulate the signal expected from the source with the two configurations.


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


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, it will be centred on the analysis of real data from G106.3-2.7, acquired in 2022 and the following years.


References:

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

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

[3] MAGIC Collaboration, Aleksi?, J. et al. Astropart. Phys. 72 (2016) 76–94.

[4] Z. Cao et al. Nature, 594, 33–36 (2021); M. Amenomori et al. Nature Astronomy, 5, 460–464 (2021)

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

[6] https://github.com/cta-observatory/magic-cta-pipe


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-CT-03
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
Implementation d'un module de sélection des neutrinos basé sur des méthodes d'apprentissage dans le cadre des analyses online de KM3NeT
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Responsable :
Damien Dornic / Feifei Huang - 0491827682 - dornic@cppm.in2p3.fr , feifei.huang@cppm.in2p3.fr
Description :

Doing neutrino astronomy is a long dream in astroparticle physics. IceCube and ANTARES have found the first evidences of a few neutrino sources, mainly related to blazars (active galactic nuclei with their jets posting toward the Earth) and tidal disruption events. For most of those explosive events can release enormous amounts of energy both in electromagnetic radiation and in non-electromagnetic forms such as neutrinos and gravitational waves. This is at the basis of multi-messenger astronomy. KM3NeT, the second generation neutrino detectors in the Mediterranean Sea, will have significant better performances, either in term of effective area or in term of angular resolution.


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 coincidence with selected potential external triggers.


During this intern ship, the student will implement a neutrino selection module that takes in inputs the reconstructed and classified neutrino streams. To reach a sustainable false alert rate (1-2 per month), It will be necessary to filter on the topology of the events, the multiplicity, the energy and the estimate of the reconstruction error. The student will have to implement such module based on machine learning tool.


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


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-KM-02
Machine Learning Assisted Neutrino Flavour Tagging
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Description :

The Neutrino Team at CPPM is strongly involved in the KM3NeT/ORCA neutrino telescope, under construction in the abyss (-2500m) of the Mediterranean sea, 40km offshore Toulon. The first detection units that have been deployed are successfully collecting data. The detector is now large enough to access yet unexplored physics territories. A very exciting topic is the search for tau neutrinos appearing in the neutrino flux created in the collisions of cosmic rays in the atmosphere. The appearance probability is poorly known and KM3NeT/ORCA has a unique potential to measure it. Such measurements could lead to a major discovery regarding the existence of sterile neutrinos.

One of the keystones for these studies is the tag of the neutrino flavours (electron, muon, or tau); hence, in this project, the student will develop Machine Learning algorithms to perform this kind of identifications. The expected skills are to master the basics of neutrino oscillation and to program in python, c++, ROOT.


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M2-2122-KM-03
Renoir
Contrainte des paramètres de l'énergie sombre ou exploration de la nouvelle cosmologie grâce aux supernovas
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Responsable :
Dominique Fouchez - 04 91 82 76 49 - fouchez@cppm.in2p3.fr
Description :

Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste le moyen le plus précis de mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.


Les mesures de précision qui pourront être effectuées par la sonde supernova seront un élément crucial qui, en combinaison avec d'autres sondes (LSS, lentilles faibles, CMB, etc.), apporteront des contraintes fortes sur la nature de l'énergie noire. Cela sera rendu possible par l'ensemble exceptionnel de données sur les supernovas que fournira LSST, avec une combinaison de statistiques énormes et une précision de calibration extrême.


L'observatoire Rubin avec le projet Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2023 et fonctionnera à plein régime mi-2024. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.

Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.


Dans ce stage de Master 2, nous proposons de préparer la première analyse des données de supernova LSST en effectuant une analyse à l'aide du logiciel LSST et de notre méthode d'apprentissage profond pour l'identification des supernova sur les données existantes HSC/Subsaru. En effet, les données HSC ont des caractéristiques très proches de celles que nous attendons avec Rubin/LSST. Le groupe LSST du CPPM est déjà engagé dans des travaux de photométrie de précision pour LSST avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3] et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovae [4] et les redshifts photométriques [5].


[1] https://www.lsst.org/content/lsst-science-drivers-reference-design-and-anticipated-data-products

[2] https://arxiv.org/abs/1211.0310

[3] https://www.lsst.org/about/dm

[4] https://arxiv.org/abs/1901.01298

[5] https://arxiv.org/abs/1806.06607

[6] https://arxiv.org/abs/1401.4064


Mots clefs :
Cosmologie observationnelle
Code :
M2-2122-RE-01
Caractérisation de la réponse spectrale de l'instrument NISP
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Responsable :
William GILLARD - gillard@cppm.in2p3.fr
Description :

Euclid est une mission spatiale de classe M du programme de Cosmic Vision de l'ESA qui a été sélectionnée en 2011 par l'ESA pour un lancement prévu en 2023. La mission Euclid est conçue pour cartographier l'Univers observable afin de comprendre les origines et la nature de l'accélération de l'expansion de l'Univers découverte en 1998. Pour ce faire, la mission Euclid est optimisée pour étudier la nature de l'énergie noire, de la matière noire et de la gravité à partir de la mesure de deux sondes cosmologiques indépendantes : le cisaillement cosmique au travers des mesure de cisaillement gravitationnelle de faible amplitude et au travers de la mesure du spectre de puissance de la matière tracé par la distribution des galaxies. Ces mesures sont effectuées par deux instruments indépendants : un imageur visible (VIS) optimisé pour les mesures de la lentille gravitationnelle faible et un spectrophotomètre travaillant dans proche (NISP) dédié aux mesures du redshift des galaxies. Un des avantages du NISP est de faire de la spectroscopie sans fente qui lui permet de mesurer le redshift de millier de galaxies sur un seul champ d'une taille angulaire comparable à la taille angulaire apparente de la lune. L'inconvénient de la spectroscopie sans fente est qu'elle induit une contamination des spectres (contamination entre sources voisines ainsi qu'auto contamination de la source étendue) et une bonne connaissance de l'instrument est nécessaire pour obtenir une extraction optimale des spectres observés.


Pour atteindre cette extraction optimale et atteindre l'objectif scientifique, l'étalonnage spectroscopique du NISP est une étape importante pour la réduction des données. En outre, il ne faut pas négliger le fait que l'exactitude de la réponse instrumentale affecte fortement la précision et le biais des résultats scientifiques. Pour répondre à cette problématique, l'instrument NISP a été testé au sol en 2019 et 2020 pour obtenir une série de mesure dédié à l'évaluation de ces performances et à sa calibration. Une grande partie de ces test étaient sous la responsabilité de notre équipe, composée du l'Instrument Scientist du NISP, ancien responsable de l'étalonnage spectroscopique du NISP.


Le travail de se stage consistera donc à analyser l'ensemble des données collectées par l'instrument NISP lors des différentes campagnes d'essais qui ont été mené au sol afin pour construire un modèle de la réponse spectral de l'instrument, dans ces canaux de mesure spectrométrique.


Ce stage s'adresse à des étudiants de M1 ou M2 de physique, possédant de solides connaissances en optique et montrant un fort interêt pour l'instrumentation et l'analyse de données. La maitrise des languages de programmations python et C++ est fortement recommandé. Pour déposer votre candidature, vous devez transmettre au responsable du stage un CV, une lettre de motivation et votre dernier relevé de notes (le relevé de note du premier semestre de l'année en cours si vous l'avez). Des lettres de recommandations en provenance de vos précédent directeur de stage ou professeurs vous seront également demandé si votre candidature est retenue.


Tout dossier incomplet ne serra pas considéré.


Mots clefs :
Instrumentation
Code :
M2-2122-RE-02
Contraindre l'énergie noire avec l'effet Sachs-Wolfe intégré dans la mission spatiale Euclid
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Responsable :
Description :

Les observations de notre univers à grande échelle par différentes sondes cos-miques tendent à concorder pour un modèle d'univers relativement plat dont la matière est majoritairement sous forme de matière sombre et qui est récemment dominé par une énergie sombre causant l'accélération de son expansion. La mission spatiale Européenne Euclid (Laureijs et al. (2011)) dont le lancement est prévu pour 2023, collectera la position spectroscopique de plus de 35 millions de galaxies et l'image photométrique d'environ 1,5 milliard de galaxies. Euclid observera pendant une durée d'environ 6 ans et couvrera une surface d'environ 15,000 deg2. Les observations d'Euclid permettront à travers l'analyse de la position des galaxies ainsi que leur déformation par effet de lentillage gravitationnel d'estimer les paramètres cosmologiques décrivant notre univers avec une précision inédite. Les vides cosmiques sont définis comme ces grands (quelques dizaines de Mpc/h) espaces de faible densité entourés de galaxies (regroupées en amas et filaments) dans la toile cosmique. Ces objets ont depuis peu suscité de l'intérêt de part leur nature de faible densité faisant d'eux de bons candidats pour tester la gravité. Néanmoins, contrairement aux amas de galaxies caractérisés comme des regroupements de galaxies virialisés, la notion de vide cosmique peut être définis de différentes manières et on trouve de nos jours dans la littérature divers algorithmes utilisant différentes méthodologies pour les identifier (voir par exemple Colberg et al. (2008) pour une comparaison).

D'autre part, le fond diffus cosmologique (CMB), rayonnement électromagnétique nous provenant de l'univers primordial est une sonde cosmique riche en information et l'étude statistique des cartes de température du CMB aura permis de contraindre les paramètres cosmologiques à des degrés inégalés (Planck Collaboration et al. (2020)). Ce rayonnement venant du fond l'univers traversera, et sera affecté par differents processus, le champ de matière que l'on observe avec les sondes de galaxies. De ce fait, il existe des corrélations entre le rayonnement cosmique observé aujourd'hui et la position des larges structures observés par un satellite comme Euclid. La combinaison des sondes cosmologiques provenant de différents types d'observations a récemment montré être un excellent outil pour augmenter la précision de nos mesures (Baxter et al. (2019); Abbott et al. (2019)). De la même manière que pour les zones de forte densitè l'emprunte des zones de faible densité peut être détecté dans les cartes du CMB. Non seulement par leur effet de de-lentillage graviationel mais aussi par leur signal de Sachs-Wolfe intégré (ISW, Sachs & Wolfe (1967)). En effet, le signal ISW est défini comme une propriété dynamique de l'énergie noire causant la désintégration des potentiels gravitationnels à grande échelle qui impriment de petites anisotropies aux fluctuations primaires du rayonnement du CMB. De façon interressante, le signal ISW des vides cosmiques a déjà été measuré de différentes manières sur des données provenant d'observation différentes et dans des simulations cosmologiques et certaines mesures ont revendiqué un désaccord avec le modèle standard de la cosmologie à un niveau d'environ 3? (voir par exemple Kovacs et al. (2021)).

Dans ce contexte, ce stage, adressé a un étudiant de Master 2, consistera avec l'aide de simulations réalistiques des données Euclid à développer une méthodologie d'identification et de traitement optimal des vides cosmiques

d'Euclid afin de maximiser le signal de corrélation de ces derniers avec les cartes du signal intégré de Sachs-Wolfe du CMB. L'étudiant sélectionné devra posséder des connaissances en language de programmation (notamment python). Ce

stage donnera suite a une thèse, financée en partie par le CNES, dans le groupe Renoir du cppm.


Références

Abbott T. M. C., et al., 2019, , 100, 023541

Baxter E. J., et al., 2019, , 99, 023508

Colberg J. M., et al., 2008, , 387, 933

Kov ?acs A., Beck R., Smith A., R ?acz G., Csabai I., Szapudi I., 2021, arXiv

e-prints, p. arXiv:2107.13038

Laureijs R., et al., 2011, arXiv e-prints, p. arXiv:1110.3193

Planck Collaboration et al., 2020, , 641, A6

Sachs R. K., Wolfe A. M., 1967, in Liege International Astrophysical Colloquia.


Mots clefs :
----
Code :
M2-2122-RE-03
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


Atlas
Development or Machine Learning Algorithms for ATLAS Data Acquisition
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Responsable :
Lauri Laatu - 0491827640 - laatu@cppm.in2p3.fr
Description :

Our group is developing machine learning for embedded trigger systems for the ATLAS detector, and as such the developed neural networks need to be optimized for speed and resource consumption on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). The networks are developed using Tensorflow/Keras which is a Python library, but historically C++ has been the language used in particle physics for its speed. While Python has a reputation as a slow language, that is not anymore the case with new methods such as Numba that uses LLVM and Just In Time (JIT) compilation to optimize the performance. The purpose of this internship is to develop methods for fast data processing with Python that would replace and complement the existing parts written in C++ or (slow) Python. This work consists of writing and evaluating Numba as a method to speed up Python used in the data processing and analysis as well as possibility to merge Python with C++, such as pybind11. This internship would also consist of developing neural networks with tools suitable to create more optimized networks that would retain their original accuracy, but be compressed to run fast and consume low resources when running on FPGAs.


The project is done in English. The candidate is expected to have knowledge in Python programming and good communication skills in English. The project length is expected to be 2 to 3 months and can start in spring 2022.


Mots clefs :
Informatique
Code :
M1-2122-AT-01
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
Studies of neutrino oscillations with the KM3NeT/ORCA detector
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Responsable :
Chiara Lastoria - lastoria@cppm.in2p3.fr
Description :

The KM3NeT experiment is a next-generation neutrino telescope, currently under construction in the two sites: ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) and ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss).

The ORCA site foresees the installation of 115 detection units (DUs), at 2500m depth in the Mediterranean Sea off Toulon and it is optimized for the atmospheric neutrino detection in the 3-100 GeV energy range, allowing for precision studies of neutrino oscillation parameters. Currently, only partially instrumented, KM3NeT/ORCA has already been operating for several months and it is collecting high-quality data. During this internship, the student will have the opportunity to become familiar with neutrino physics and analyze the KM3NeT/ORCA data collected so far, for studying neutrino oscillation properties. It is expected that the candidate will pursue similar studies in an M2 internship and eventually a Ph.D. in our group.


Mots clefs :
Astroparticules
Code :
M1-2122-KM-01
Renoir
Caractérisation de la réponse spectrale de l'instrument NISP
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Responsable :
William Gillard - gillard@cppm.in2p3.fr
Description :

Euclid est une mission spatiale de classe M du programme de Cosmic Vision de l'ESA qui a été sélectionnée en 2011 par l'ESA pour un lancement prévu en 2023. La mission Euclid est conçue pour cartographier l'Univers observable afin de comprendre les origines et la nature de l'accélération de l'expansion de l'Univers découverte en 1998. Pour ce faire, la mission Euclid est optimisée pour étudier la nature de l'énergie noire, de la matière noire et de la gravité à partir de la mesure de deux sondes cosmologiques indépendantes : le cisaillement cosmique au travers des mesure de cisaillement gravitationnelle de faible amplitude et au travers de la mesure du spectre de puissance de la matière tracé par la distribution des galaxies. Ces mesures sont effectuées par deux instruments indépendants : un imageur visible (VIS) optimisé pour les mesures de la lentille gravitationnelle faible et un spectrophotomètre travaillant dans proche (NISP) dédié aux mesures du redshift des galaxies. Un des avantages du NISP est de faire de la spectroscopie sans fente qui lui permet de mesurer le redshift de millier de galaxies sur un seul champ d'une taille angulaire comparable à la taille angulaire apparente de la lune. L'inconvénient de la spectroscopie sans fente est qu'elle induit une contamination des spectres (contamination entre sources voisines ainsi qu'auto contamination de la source étendue) et une bonne connaissance de l'instrument est nécessaire pour obtenir une extraction optimale des spectres observés.


Pour atteindre cette extraction optimale et atteindre l'objectif scientifique, l'étalonnage spectroscopique du NISP est une étape importante pour la réduction des données. En outre, il ne faut pas négliger le fait que l'exactitude de la réponse instrumentale affecte fortement la précision et le biais des résultats scientifiques. Pour répondre à cette problématique, l'instrument NISP a été testé au sol en 2019 et 2020 pour obtenir une série de mesure dédié à l'évaluation de ces performances et à sa calibration. Une grande partie de ces test étaient sous la responsabilité de notre équipe, composée du l'Instrument Scientist du NISP, ancien responsable de l'étalonnage spectroscopique du NISP.


Le travail de se stage consistera donc à analyser l'ensemble des données collectées par l'instrument NISP lors des différentes campagnes d'essais qui ont été mené au sol afin pour construire un modèle de la réponse spectral de l'instrument, dans ces canaux de mesure spectrométrique.


Ce stage s'adresse à des étudiants de M1 ou M2 de physique, possédant de solides connaissances en optique et montrant un fort interêt pour l'instrumentation et l'analyse de données. La maitrise des languages de programmations python et C++ est fortement recommandé. Pour déposer votre candidature, vous devez transmettre au responsable du stage un CV, une lettre de motivation et votre dernier relevé de notes (le relevé de note du premier semestre de l'année en cours si vous l'avez). Des lettres de recommandations en provenance de vos précédent directeur de stage ou professeurs vous seront également demandé si votre candidature est retenue.


Tout dossier incomplet ne serra pas considéré.


Mots clefs :
Instrumentation
Code :
M1-2122-RE-01

Stages Techniques


Electronique
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
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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 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
Voir détails Cacher détails
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
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
Attention cette offre n'est plus disponible
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
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