Soutenance de thèse de Nicolas Levraud

La soutenance de thèse se tiendra le 11 Décembre au matin à 10h dans l’Amphithéâtre du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, 38 rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille). La soutenance sera également diffusée en ligne par Zoom : https://univ-amu-fr.zoom.us/j/87564991610?pwd=RnljdkwzOFJDaENlY0RCM3RqN2R4dz09

Titre : « Vers le senseur de front d’onde ultime pour l’imagerie haut contraste : application au Large Binocular Telescope (LBT) et à l’Extremely Large Telescope (ELT) »

Résumé:
L’une des questions les plus importantes de l’astronomie moderne est l’existence d’une forme de vie extraterrestre. Et malgré les efforts et théories remontant jusqu’au 16e siècle, pour la science l’univers reste terriblement silencieux et vide. La recherche moderne de la vie extra-terrestre a recommencé en 1995 avec la découverte de la première exoplanète 51Peg b. Il a fallu une décennie de plus pour enfin détecter la lumière directe d’exoplanètes et pouvoir commencer à y étudier la présence de bio-marqueurs. Cette avancée a été permise par la génération des ‘très grands télescopes’ (miroirs de 6 à 10m) et leurs instruments, en particulier les avancées de l’optique adaptative.

L’optique adaptative est une méthode permettant de mesurer la turbulence atmosphérique grâce à un senseur de front d’onde. Puis grâce à un miroir déformable on compense cette turbulence atmosphérique. Cette étape concentre la lumière de l’étoile, facilitant sa suppression par un coronographe et rendant visible les objets proches de l’étoile comme les exoplanètes. La nouvelle génération de télescopes extrêmement grands en cours de construction (ELT, TMT et GMT, miroir de 39 à 29m) devrait augmenter le nombre d’exoplanètes directement observables. Ceci est permis par leur grande taille si l’optique adaptative permet de bien corriger l‘atmosphère. Les instruments de ces télescopes sont en phase de conception et les simulations ont révélé un nouveau type de défaut, le mode pétale.

Ce mode apparaît à cause de la complexité des télescopes géants, la pupille du télescope se trouvant séparée en plusieurs fragments. L’optique adaptative traite ces fragments comme des zones indépendantes, qui se trouvent déphasées les unes des autres. Cela réduit la taille effective de la pupille pour ce qui est de la résolution à la taille d’un de ces fragments de pupille. Pour l’ELT cela signifie que la résolution finale serait celle d’un télescope de 15m et pas de 39m. L’objectif de cette thèse est d’étudier le mode pétale et de proposer des solutions. Une première étude approfondie du senseur d’optique adaptative des télescopes géants, le senseur pyramide, a été conduite pour montrer dans quelles conditions ce senseur devenait insensible au mode pétale. Ce senseur a besoin d’une étape de modulation pour étendre la dynamique de mesure et la rendre compatible avec la mesure de la turbulence atmosphérique. On a montré que cette étape de modulation empêche la mesure du mode pétale.

Pour quand même être capable de mesurer le mode pétale, il est proposé de se servir de deux senseurs, l’un dédié à l’atmosphère et l’autre à la mesure du pétale. Forts de l’étude de la pyramide nous avons étudié dans quelles conditions (en particulier l’absence de modulation) la pyramide pourrait être utilisée comme senseur de pétale. Cela a donné naissance à plusieurs pyramides modifiées pour faciliter la mesure du mode pétale : l’ajout d’une étape de filtrage spatial pour réduire les effets de la turbulence résiduelle, et une asymétrisation de la pyramide pour augmenter la réponse à ce signal.

Les différents senseurs proposés ont été testés en simulation, et se sont montrés satisfaisants pour les conditions médianes de l’ELT. Les solutions proposées devraient donc corriger les effets du mode pétale et restaurer la résolution attendue d’un miroir de 39m pour l’ELT.