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Thèse soutenue

Étude de la déflectométrie appliquée à la métrologie de surfaces optiques free-form ou de grande taille

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Auteur / Autrice : Hugo Jonquière
Direction : Laurent Mugnier, Vincent Michau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 17/05/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
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
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
Jury : Président / Présidente : Coralie Laurence Neiner
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Mugnier, Yvan Sortais, Elise Vernet, Loïc Denis
Rapporteur / Rapporteuse : Yvan Sortais, Elise Vernet

Résumé

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La fabrication optique requiert une métrologie de précision afin d'identifier l'amplitude, la position et la fréquence spatiale des défauts de forme à polir. Du fait de la grande dynamique des défauts de forme en termes d'amplitude et de fréquences spatiales, les procédés de fabrication optique reposent sur l'utilisation de diverses méthodes de mesures de forme. La déflectométrie, une méthode de mesure de forme des surfaces optiques spéculaires à partir de la distorsion d'un motif connu, est un moyen métrologique prometteur du fait de son faible coût et sa facilité de mise en oeuvre expérimentale. En particulier, l'utilisation de la déflectométrie pour la mesure des hautes fréquences spatiales constitue un moyen rapide de comparaison à un autre instrument et de suivi d'un procédé de polissage. Cependant, la propagation de biais et bruits à travers la chaîne de traitement des données d'un montage déflectométrique limite la précision de mesure des hautes fréquences spatiales d'une pièce optique par cet instrument.Mon travail de thèse a consisté à identifier les facteurs limitant la mesure des hautes fréquences par déflectométrie, à modéliser la propagation de ces erreurs à travers la chaîne de traitement des données, et à concevoir des méthodes algorithmiques et des bancs de mesure déflectométriques permettant la mesure des hautes fréquences spatiales de surfaces optiques free-form, asphériques, et des grands miroirs quasi-plans. Mon approche au cours de cette thèse a été de modéliser systématiquement la propagation des différents biais et bruits à travers la complexe chaîne de traitement des données déflectométriques. En particulier, j'ai exhibé des algorithmes de phase shift bien choisis, et conçu des méthodes de reconstruction de forme auto-étalonnées robustes aux erreurs dominant la mesure des hautes fréquences spatiales dans un montage déflectométrique. En me basant sur les modèles de propagation d'erreur développés au cours de cette thèse, j'ai ensuite démontré via des simulations que les méthodes proposées permettaient la mesure des hautes fréquences spatiales d'une pièce optique avec une précision comparable à celle d'un autre moyen métrologique de référence~: l'interférométrie.J'ai mis en oeuvre ces méthodes de traitement des données sur des bancs déflectométriques classiques, mais également sur des bancs originaux co-conçus au cours de cette thèse pour la mesure des grands miroirs plans. Les méthodes développées au cours de cette thèse, couplées à des procédures d'étalonnage des défauts de déformation de l'écran, ont permis la démonstration de performances équivalentes à celle d'un banc de mesure utilisant un capteur Shack-Hartmann sur la mesure d'un segment du miroir primaire de l'Extremely Large Telescope.