LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Fabrice Vidal le 16 décembre 2009

jeudi 10 décembre 2009

Titre de la thèse : "Calibrations et reconstruction tomographique en optique adaptative multi-objet pour l’astronomie : Application au démonstrateur CANARY".

Mercredi 16 décembre 2009 à 14h00 dans l’amphithéâtre du LAM (bâtiment 18) à l’Observatoire de Meudon.

Résumé de la thèse

Une des priorités scientifiques justifiant la construction de télescopes géants (classe 30-50m) est l’étude des premières générations de galaxies situées à de très grands décalages vers le rouge (1<z<6). Ces objets extrêmement faibles et petits nécessitent à la fois l’important pouvoir collecteur de lumière d’un ELT (Extremely Large Telescope) et la haute résolution angulaire fournie par un système d’optique adaptative. De plus, seule une approche statistique permet d’identifier les phénomènes prépondérants dans la formation de ces galaxies : il est alors indispensable de multiplexer les observations en raison des grands temps de pose mis en jeu (8h) et d’explorer un très grand champ (environ 10 minutes d’arc).

Ces besoins observationnels ont mené depuis 2001 au nouveau concept d’optique adaptative multi-objet (ou MOAO). Un instrument de MOAO permet de segmenter le champ d’observation grâce à des sous-systèmes individuels. Les uns sont les miroirs déformables qui corrigent individuellement la turbulence atmosphérique pour chaque direction d’intérêt scientifique, les autres sont les analyseurs de surface d’onde (ASO). Ceux-ci sont dirigés hors de l’axe de correction vers des étoiles guides déployées dans tout le champ. Ces dernières peuvent êtres naturelles ou artificielles afin d’améliorer la couverture du ciel de l’instrument. En effet, l’utilisation de toutes les mesures effectuées par les ASO hors-axes aboutit, après calcul tomographique du volume turbulent au dessus du télescope, à une estimation de la turbulence dans chacun des axes de correction. Enfin, du fait du découplage des voies d’analyses et des voies de correction, chacun des miroirs déformables assurant la correction est alors piloté en boucle ouverte, ou autrement dit "en aveugle". Ces deux thèmes, boucle ouverte et tomographie, nécessitent une démonstration car ils constituent les principaux points durs de la MOAO.

EAGLE est un instrument de MOAO en cours d’étude de faisabilité (phase A) sur le futur ELT européen. Il sera équipé de 20 voies scientifiques de correction permettant d’effectuer des observations spectroscopiques de 20 galaxies réparties dans un champ d’environ 5 minutes d’arc. Les ASO des voies d’analyse sonderont la turbulence grâce à 6 étoiles laser ainsi que 5 étoiles naturelles présentes dans tout le champ. Dans le cadre de la R&D pour le programme EAGLE, un démonstrateur technique est prévu : CANARY aura pour but de démontrer la faisabilité du principe de la MOAO sur le ciel, il sera installé en 2010 sur le télescope WHT (William Herschel Telescope) aux îles Canaries.

La thèse proposée s’inscrit dans le cadre de EAGLE et plus particulièrement du démonstrateur CANARY, avec pour but d’analyser les 2 points durs cités plus haut et de proposer des solutions. Dans un premier temps, l’utilisation du banc de recherche et développement en optique adaptative SESAME a permis de valider le principe du contrôle en boucle ouverte. De nombreux tests de miroirs déformables utilisant différentes technologies susceptibles d’êtres utilisés pour EAGLE ont été effectués. Des méthodes de calibrations ont ainsi été développées et testées instrumentalement sur le banc SESAME. Dans un deuxième temps, la thèse a consisté à développer un nouveau type d’algorithme de tomographie, fonctionnant en boucle ouverte, et permettant notamment de mesurer le profil de turbulence directement à partir des données issues de l’instrument. Cet algorithme a également l’avantage de permettre de calibrer l’instrument. Il a été testé et validé sur SESAME ainsi qu’en simulation, et sera appliqué sur le ciel dans le cadre du démonstrateur CANARY.