Segmentation de plans focaux avec des optiques freeform pour l'observation planétaire à haute résolution : voie ouverte aux futures missions spatiales d'observation à haute résolution

Focal plane segmentation using freeform optics for high-resolution planetary observation : paving the way for future high-resolution observation space missions

• Auteur / Autrice : Grégoire Hein
• Direction : Marc Ferrari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Optique, photonique et traitement d'image
• Date : Soutenance le 23/11/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) - Thales Alenia Space
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Beuzit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ulrike Fuchs, Thierry Lépine, Nicolas Tetaz, Matthieu Castelnau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jannick Rolland, Guillaume Druart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie à haute résolution

Télescopes spatiaux

Astronomie -- Instruments

Photonique

Optique -- Instruments

Optique

Mots clés libres

Design optique

CodeV

Freeform

Ifu

Telescope

Haute-Résolution

Espace

Optical design

CodeV

Freeform

Ifu

Telescope

High-Resolution

Space

Résumé

Si les campagnes d’observations haute résolution et grand champ depuis l’espace permettent une acquisition et une gestion de l’information sans commune mesure, elles ne sont pas dépourvues de difficultés techniques qu’il advient de surmonter. Génération après génération, les performances de ces satellites et de leurs télescopes ont atteint des niveaux impressionnants, au détriment toutefois de complexités galopantes. Les designs tendent depuis quelques années vers une réduction des coûts, de la taille de ces systèmes et vers une réduction de leur temps de mise sur le marché, tout en conservant les meilleurs niveaux de performances. Les travaux de cette thèse se penchent sur ces problématiques en proposant une méthode de conception optique pour un design de télescope novateur, permettant des observations haute résolution et grand champ tout en réduisant considérablement la taille de son détecteur. D’autre part, les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des optiques freeform (conception,fabrication et métrologie) permettent aux ingénieurs opticiens d’implémenter de nouveaux degrés de liberté dans leurs designs. L’accès à des systèmes de plus en plus performants, compacts et complexes laisse entrevoir de nouvelles perspectives qui n’ont pour limites que l’inventivité et la productivité des ingénieurs. Ces travaux prennent pleinement appui sur les possibilités offertes par les optiques freeform et les développements récents dans le domaine des détecteurs CMOS TDI, ouvrant une voie potentielle aux futures générations d’imageurs haute-résolution et grand champ

The benefits of high-resolution, wide-field planetary observations are as profitable as they are technically challenging. Generation after generation, the performances of such systems have improved to astonishing levels, at the cost however of galloping complexities.The trend these days is to reduce the costs, the size and the time to operations while keeping high performance yields. The work presented in this thesis addresses these concerns : it offers an optical designmethod for a compact telescope that offers high-resolution observation capabilities while considerably reducing the size of its detector. On the other hand, the recent developments in freeform optics design, manufacturing and testing have allowed optical engineers to implement new degrees of freedom in their designs. These increasingly efficient, compact and complex systems have opened the door to a new area of design by boosting the creativity and productivity of the engineers. This work takes advantage of the possibilities offered by freeform optics and the recent developments in CMOS TDI sensors, paving the way for the next generations of high-resolution, wide-field planetary observation missions