Thèse soutenue

Analyse et correction de surface d’onde post-coronographique pour l’imagerie d’exoplanètes

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Auteur / Autrice : Olivier Herscovici-Schiller
Direction : Laurent Mugnier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 11/10/2018
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Optique et Techniques Associées - DOTA- ONERA- Université Paris Saclay / DOTA, ONERA, Université Paris Saclay (F-91123 Palaiseau - France)
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
Jury : Président / Présidente : Daniel Rouan
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Mugnier, Frantz Martinache, Dimitri Mawet, Kjetil Dohlen, Karine Rousselet-Perraut, Raphaël Galicher, Jean-François Sauvage
Rapporteurs / Rapporteuses : Frantz Martinache, Dimitri Mawet

Mots clés

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Résumé

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L’imagerie d’exoplanètes est limitée par deux obstacles intrinsèques : le faible écart angulaire entre planète et étoile, et le très faible flux lumineux en provenance de la planète par rapport à la lumière de l’étoile. Le premier obstacle est surmonté par l’utilisation de très grands télescopes, de la classe des dix mètres de diamètre, et éventuellement depuis le sol de systèmes d’optique adaptative, qui permettent d’atteindre de hautes résolutions angulaires. Le deuxième obstacle est surmonté par l’utilisation de coronographes. Les coronographes sont des instruments conçus pour filtrer la lumière de l’étoile tout en laissant passer la lumière de l’environnement circumstellaire. Cependant, toute aberration optique en amont du coronographe engendre des fuites de lumière stellaire à travers le coronographe. Ces fuites se traduisent par un fouillis de tavelures dans les images scientifiques, tavelures qui cachent d’éventuelles planètes. Il est donc nécessaire de mesurer et de corriger les aberrations quasi-statiques à l’origine des tavelures. Cette thèse présente des contributions théoriques, numériques et expérimentales à la mesure et à la correction des aberrations des imageurs coronographiques. La première partie décrit le contexte et présente la méthode de la diversité de phase coronographique, un formalisme qui considère l’analyse de surface d’onde post-coronographique comme un problème inverse posé dans un cadre bayésien. La deuxième partie concerne l’imagerie depuis le sol. Elle présente tout d’abord une expression analytique permettant de modéliser l’imagerie coronographique en présence de turbulence, puis l’extension de la méthode de diversité de phase coronographique à la mesure depuis les télescopes au sol donc en présence de turbulence résiduelle, et enfin une validation en laboratoire de cette méthode étendue. La troisième partie est consacrée aux futurs imageurs spatiaux à très hauts contrastes pour lesquels il faut corriger non pas seulement la phase mais tout le champ complexe. Elle présente la validation en laboratoire de la mesure d’un champ complexe d’aberrations par diversité de phase coronographique, ainsi que des premiers résultats d’extinction de la lumière en plan focal par une méthode non linéaire, le non-linear dark hole.