Imagerie à haute dynamique : coronographie à contraste de phase et détecteurs spécifiques

• Auteur / Autrice : Lyu Abe
• Direction : Farrokh Vakili, Rodolphe Krawczyk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire de la Côte d'Azur
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences

Résumé

La confirmation dans les années 1990 de l'existence de planètes extra-solaires a lancé un véritable challenge aux astronomes dont le but est désormais de pouvoir détecter directement ces objets et de déterminer leur nature physique. Les performances requises en termes d'imagerie à haute dynamique sont de plusieurs dizaines de millions, objectif qui n'a encore jamais été atteint. Pour ce faire j'ai mené une réflexion globale sur ce thème d'imagerie à haute dynamique au travers de coronographie et des détecteurs spécifiques. La première partie du manuscrit est consacrée à la conception de caméras à comptage de photon utilisant des capteurs CCD de 800 par 600 pixels et à une cadence de lecture de 100 images par seconde. Ces développements s'inscrivent surtout dans le contexte de l'observation au sol d'objets faibles, en particulier pour la coronographie stellaire, et aussi dans le domaine de l'interférométrie optique à longue base, là où le temps caractéristique d'évolution de la turbulence atmosphérique n'est que de quelques millisecondes dans le spectre visible. L'exploitation de ces caméras sur l'interféromètre GI2T/REGAIN a permis de valider mon travail au travers de programmes scientifiques dont je présente les objectifs et les résultats. La seconde partie est plus spécifiquement consacrée à la coronographie avec l'étude et le développement du coronographe à couteau de phase dont le but ultime est de pouvoir "annuler" ou rejeter la lumière provenant d'une étoile pour pouvoir observer un compagnon faible en orbite autour d'elle. Cet instrument est théoriquement compatible avec la détection directe de planètes extra-solaires en termes de rapport d'intensité (plusieurs dizaines de million). Afin de valider le principe physique de ce concept, j'ai réalisé un prototype monochromatique du coronographe dont j'expose les résultats et extrapole sur les possibilités d'achromatisation en vue d'observations au sol.

The existence of extra-solar planets was confirmed in the years 1990, and it is now challenging for astronomers to be able to directly observe them and determine their physical nature. The required performance in terms of high dynamic range imaging is about several tens of million, which has never been reached yet. In order to attain this goal, I have carried out a global reflection on this high dynamic range imaging theme through coronagraphy and specific detectors. The first part of this document is dedicated to the design of photon counting cameras using 800 by 600 pixels CCD with a frame rate of 100 images per second. These developments come within the scope of ground-based observations, especially for stellar coronagraphy and optical long baseline interferometry where the atmospheric turbulence coherence time is only about a few milliseconds in the visible spectrum. The operation of these cameras on the GI2T/REGAIN interferometer could validate my work through scientific programs for which I present the goals and obtained results. The second part more specifically focuses on coronagraphy with the study and the development of the phase knife coronagraph which ultimate goal is to "null" or reject the light from a distant star, so as to detect a faint orbiting companion. This instrument is theoretically compatible with the direct observation of extra-solar planets in terms of intensity ratio (several tens of million). In order to validate the physical principle of this concept, I have built a monochromatic laboratory prototype of this coronagraph, for which I give the obtained performance and extrapolate on the achromatisation possibilities aiming future ground-based observations.