Soutenance de thèse

La soutenance se tiendra le vendredi 15 décembre à 14h30 dans l’amphitheatre du LAM.
Lien Zoom: https://univ-amu-fr.zoom.us/j/82643195786?pwd=dnlZZ1dadmgreTJ4eitZNlZBNzhnUT09

Titre: “Développement de méthodes de post-traitement en optique adaptative : déconvolution robuste d’images et de cubes de données hyperspectrales”

Résumé:

L’atténuation de l’impact de la turbulence atmosphérique constitue un défi important pour les observations astronomiques au sol dans les longueurs d’onde visibles. En l’absence de mesures correctives, même les plus grands télescopes terrestres sont limités à une résolution angulaire équivalente à celle d’un télescope de 10-20 cm, ce qui se traduit par une résolution ne dépassant pas 0,5-1 seconde d’arc. La technologie de l’optique adaptative (OA) a partiellement remédié à ce problème en corrigeant les distorsions atmosphériques, améliorant ainsi la résolution angulaire jusqu’à la limite théorique de la diffraction. Néanmoins, une limite critique persiste dans l’obtention d’une fonction d’étalement du point d’optique adaptative (AO-PSF) précise pour un traitement efficace des données, en particulier lorsque des méthodes de déconvolution sont employées. Étant donné la nature complexe et variable dans le temps de la PSF, les étoiles d’étalonnage observées avant ou après les observations scientifiques fournissent souvent des PSF de référence inadéquates, ce qui entraîne des artefacts dans l’image déconvolutionnée. En outre, il est de plus en plus nécessaire de tenir compte des propriétés de la PSF qui dépendent de la longueur d’onde, en particulier lors de l’utilisation de systèmes d’imagerie hyperspectraux tels que HARMONI. Cette thèse vise à améliorer les méthodes existantes d’estimation marginale de la PSF en améliorant les antécédents des objets et en introduisant la variabilité de la longueur d’onde dans le modèle de la PSF. La méthode affinée est plus robuste pour les observations impliquant des objets étendus résolus et est flexible pour incorporer la diversité spectrale de la PSF dans l’imagerie hyperspectrale. Des simulations utilisant des configurations de système réalistes, telles que le télescope de type VLT et ELT-HARMONI, ont été réalisées pour évaluer les caractéristiques et les performances de cette approche. En outre, les observations de SPHERE-ZIMPOL (un imageur visible qui travaille avec différentes bandes d’ondes) et de MUSE-NFM (un imageur hyperspectral) ont été utilisées pour valider la méthodologie dans le contexte d’observations réalistes assistées par OA.

Jury :

Jessica Lu (Rapporteure), UC Berkeley
Niranjan Thatte (Rapporteur), Oxford University
Joel Vernet (Examinateur), ESO
Magali Deleuil (Présidente du jury), Aix Marseille Université
Benoit Neichel (Directeur de thèse), CNRS
Thierry Fusco (Co-Directeur de thèse), ONERA
Romain Fétick (Membre invité), ONERA

La soutenance se tiendra le jeudi 14 décembre à 15h30, à Telecom Paris.
Lien Zoom: https://univ-amu-fr.zoom.us/j/82603634558?pwd=Z1JpbVFMMnlQQkVYcEY5NUlLS0Nadz09

Titre: “Adaptive Optics for LEO-to-Ground Optical Communication: Modeling, Optimization, and Experiment”

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.

La soutenance de thèse se tiendra le vendredi 8 décembre 2023 à 09h30 à Marseille, dans le grand amphithéâtre de l’École Nationale Supérieure Maritime (ENSM).

Sujet de la thèse :
Projet MARIS STELLA : récepteur stellaire de haute précision pour la navigation maritime

Résumé :
La navigation astronomique est entourée d’une aura de magie pour le commun des terriens mais c’est aussi un casse-tête pour le futur marin qui doit maîtriser cet art ancestral : l’Organisation Maritime Internationale impose cet enseignement à tout marin souhaitant travailler à la passerelle d’un navire destiné aux longues traversées. Elle impose aussi l’emploi simultané de deux moyens de positionnement pour garantir la sécurité du navire et des personnes en cas de défaillance : au large, le récepteur G.P.S. a le premier rôle mais il manque un candidat pour le second. En pleine mer, les méthodes de navigation à l’estime et du « point astro » sont considérées comme des moyens de secours, rangés avec le radeau de survie et le gilet de sauvetage.
Le projet MARIS STELLA étudie la faisabilité d’un « récepteur stellaire » exploitant une caméra pour détecter les étoiles et un inclinomètre pour mesurer la distance zénithale. Le but est de fournir la position et les attitudes du navire avec une précision de 100 m ou mieux, de jour comme de nuit. Ce capteur optique et inertiel doit permettre une navigation autonome, automatique et précise sans recourir à une connexion internet ni à un recalage extérieur autre qu’astral.
Cette exigence de précision sollicite des domaines scientifiques que la navigation au sextant ignorait : en plus de l’astronomie et de l’optique, l’étude explore les performances des capteurs inertiels disponibles en 2023, interroge la géophysique sur la déviation de la verticale gravimétrique et met à contribution la météorologie sur le transfert radiatif. Après un état de l’art de ces sciences et des technologies actuellement mises en œuvre pour des applications directes ou connexes de la visée stellaire, le défi majeur apparaît : détecter les étoiles la nuit comme le jour. Un choix s’impose entre les détecteurs au silicium pour la lumière « visible » et ceux capables d’observer en infrarouge.
L’examen détaillé des deux options conduit à préférer l’infrarouge en pariant sur l’évolution récente et rapide de ces technologies : des essais sont organisés pour explorer pas à pas le potentiel et les difficultés de la visée stellaire depuis le sol en plein Soleil, un sujet rarement traité dans les publications scientifiques. Les premières leçons de cette expérience valident la pertinence du projet et conduisent à prévoir d’autres essais.

Composition du jury
Isabelle RIBET, Rapporteur & Président du Jury, Directrice de recherche, Institut d’Optique Graduate School – Paris Saclay
David BETAILLE, Rapporteur, Directeur de recherche, IFSTTAR, Université Gustave EIFFEL
Myriam ZERRAD, Examinateur, Ingénieure de recherche, Institut Fresnel – Aix Marseille Université
Hervé TRINQUET, Examinateur, Ingénieur Expert, D.G.A. Maîtrise de l’Information
Marc FERRARI, Directeur de thèse, Astronome, Aix Marseille Université