Thèse soutenue

Kernel. Application et potentiels scientifiques de l’interférométrie pleine pupille : Analyse statistique des observables kernel
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Auteur / Autrice : Alban Ceau
Direction : David MaryFrantz Martinache
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Planète et de l'Univers
Date : Soutenance le 30/06/2020
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire de la Côte d'Azur - Joseph Louis LAGRANGE
Jury : Président / Présidente : Romain G. Petrov
Examinateurs / Examinatrices : David Mary, Frantz Martinache, Romain G. Petrov, Maud Langlois, Frédéric Cassaing, Karine Rousselet-Perraut
Rapporteurs / Rapporteuses : Maud Langlois, Frédéric Cassaing

Résumé

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Les observations à haute résolution du ciel sont assurées par deux grandes techniques : l'imagerie et l'interférométrie. L'imagerie consiste à estimer la distribution spatiale d'intensité d'une source, en formant une image de cette distribution d'intensité sur une plaque photosensible, anciennement chimiquement (plaque photographique), mais désormais exclusivement électronique, sous la forme de détecteur. L'imagerie est limitée par la qualité des images produites, qui peut être approximée par la taille de l'image que forme un point source sur le détecteur. Plus cette image est petite, plus la résolution est importante. La deuxième technique, l'interférométrie consiste à exploiter les propriétés ondulatoires de la lumière pour former non pas une image, mais des franges d'interférence, qui encodent dans leur position et leur contraste des informations sur la structure spatiale de l'objet observé.Bien que l'interférométrie et l'imagerie soient deux techniques différentes, et que leurs spécialistes tendent à former des communautés distinctes, les phénomènes à l'œuvre lors de la formation d'une image d'une part, et d’une figure d'interférence d'autre part sont fondamentalement les mêmes. Cela permet, sous certaines conditions, d'exploiter des techniques interférométriques sur des images. Une de ces techniques permet de former clôtures de phases, des observables robustes aux défauts optiques à partir d'observations interférométriques. Si les défauts optiques sont assez faibles (avec des erreurs sur le chemin optique plus petites que la longueur d'onde), il est possible de former des observables analogues à ces clôtures de phase à partir d'images, appelées des kernel phases, ou noyaux de phase.Le régime dans lequel ces observables peuvent être extraites n'a été rendu accessible que récemment, avec le lancement des premiers télescopes spatiaux d'une part, et d'autre part l'émergence de l'optique adaptative, qui peut corriger en temps réel les défauts liés aux turbulences atmosphériques. Si les défauts sont assez faibles, les images sont dites "limitées par la diffraction“ : la réponse du télescope peut être considérée comme dominée par les effets de diffraction, qui dépendent de la géométrie de l'ouverture d'entrée, et les défauts optiques comme des perturbations de la diffraction.Dans ce régime, la structure de la perturbation peut être utilisée pour construire des observables qu'elle n'affecte pas. Ces observables ne sont toutefois pas robustes à toutes les erreurs. Dans ce cas, je me suis concentré sur la détection de binaires dans les kernel phases extraites à partir d'images, en utilisant des méthodes statistiques robustes. En théorie de la détection, la procédure la plus efficace pour détecter un signal dans des données bruitées est le rapport de vraisemblance. Ici, je propose trois tests, tous basés sur cette procédure optimale pour effectuer des détections systématiques de binaires dans des images. Ces procédures sont applicables aux kernels phases extraites à partir de n'importe quelle image.Les performances de ces procédures de détection sont ensuite prédites pour des observations de naines brunes de type Y avec le télescope spatial James Webb. Nous montrons que des détections de binaires sont possible à des contrastes pouvant atteindre 1000 à des séparations correspondant à la limite de diffraction, qui est communément admise comme la "limite de résolution“ d'un télescope formant des images. Ces performances font de l'interférométrie kernel une méthode performante pour la détection de binaires de faible intensité. Ces limites dépendent fortement du flux disponible, qui détermine l'erreur sur les valeurs de flux mesurées au niveau de chaque pixel, et, par extension les erreurs qui affectent les kernel phases.