LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Marion Mas le mardi 15 mai 2012

mercredi 2 mai 2012

La soutenance aura lieu le mardi 15 mai 2012 à 14h30 dans l’amphithéâtre du bâtiment Evry Schatzman, à Meudon.

Titre de la thèse

Self-Coherent Camera : suppression des speckles pour l’imagerie directe des exoplanètes

Directeurs de thèse

Gérard Rousset et Pierre Baudoz

Résumé

Plus de 700 exoplanètes ont été détectées par diverses méthodes, la plupart indirectes. Ces méthodes permettent d’étudier les variations d’une étoile provoquées par la présence d’une planète en orbite autour de celle-ci. Elles nous renseignent sur les paramètres de la planète tels que son rayon, sa masse, le demi-grand axe et la période de son orbite. L’imagerie directe permet d’étudier directement les photons du compagnon. Elle nous renseigne sur les paramètres intrinsèques de la planète tels que la composition chimique et la température de son atmosphère. En lumière visible, le contraste entre la planète et son étoile hôte est de l’ordre de 109-1010. L’imagerie directe est confrontée à deux problématiques : il faut tout d’abord séparer angulairement la planète proche de l’étoile (dans le cas de télescopes spatiaux) et éteindre le flux stellaire afin de distinguer l’image d’un compagnon de faible flux. La correction par optique adaptative est utilisée sur les télescopes au sol afin de s’affranchir de la turbulence atmosphérique qui engendrent des aberrations dynamiques. Il est possible d’atténuer le flux stellaire en utilisant un coronographe. Les coronographes sont sensibles à la position du faisceau. Une erreur de positionnement par rapport au centre du masque coronographique d’une fraction de λ/D dégrade significativement les performances du coronographe. De plus, la correction par optique adaptative et des aberrations statiques et quasi-statiques dues aux défauts intrinsèques de l’instrument introduisent des speckles en plan focal qui limitent la détection directe du compagnon.

La Self-Coherent Camera (SCC) est un concept d’instrument dédié à l’imagerie directe d’exoplanètes à haut contraste. Son principe est fondé sur la non-cohérence des lumières stellaire et du compagnon. Elle permet d’estimer les aberrations du front d’onde en amont du coronographe en codant les speckles en plan focal selon des franges de Fizeau. Il est possible d’extraire l’information sur la phase et l’amplitude à partir de ces speckles frangés. Ainsi, l’estimation du front d’onde est faite directement à partir de l’image en plan focal. Un miroir déformable permet de corriger le front d’onde et ainsi de réduire le bruit de speckles en plan focal. La SCC est alors utilisée comme analyseur de surface d’onde. Elle peut aussi être utilisée comme estimateur du compagnon en utilisant une méhode d’imagerie différentielle.

Pendant ma thèse, j’ai étudié numériquement et validé expérimentalement la SCC en tant qu’analyseur de surface d’onde en utilisant le banc Très Haute Dynamique (THD) développé au LESIA. La simulation a pour but de représenter les phénomènes observés sur le banc THD. Les contrastes obtenus en plan focal après estimation et correction des aberrations sont meilleurs que 108 entre 4 et 11 λ/D en simulations numériques. Expérimentalement, les contrastes atteints sur le banc THD sont de l’ordre de 106 entre 5 et 11 λ/D. Une partie importante de mon travail de thèse a été de stabiliser le faisceau sur le masque coronographique. Pour cela, j’ai proposé une méthode permettant d’estimer les erreurs de tip-tilt à partir de l’image des speckles. Cette méthode a été mise en oeuvre sur le banc THD. L’utilisation du miroir tip-tilt en boucle fermée a permis de stabiliser le faisceau sur le banc avec une précision meilleure que 6,5.10-2 λ/D. L’ensemble de ces résultats démontrent les potentialités et l’intérêt de la SCC pour les instruments futurs à haut contraste au sol ou dans l’espace.