Thèse Mesure et Correction Avancées du Front d'Onde pour l'Imagerie Coronographique avec l'Elt H/F - Université Côte d'Azur

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : Laboratoire J.L. LAGRANGE
Direction de la thèse : Patrice MARTINEZ
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59L'imagerie directe d'exoplanètes de type terrestre autour d'étoiles proches constitue l'un des défis majeurs de l'astronomie moderne. Atteindre cet objectif nécessite des systèmes d'imagerie à très haut contraste capables de supprimer la lumière stellaire avec une précision extrême tout en conservant un rendement optique élevé et une excellente résolution angulaire. Dans ce contexte, les instruments de nouvelle génération de l'Extremely Large Telescope (ELT), en particulier ANDES et PCS, joueront un rôle central dans la détection et la caractérisation des exoplanètes.

Cette thèse porte sur le développement de techniques avancées de mesure et de mise en forme du front d'onde pour la coronographie à fort contraste, avec un focus particulier sur le coronographe PIAACMC (Phase-Induced Amplitude Apodization Complex Mask Coronagraph). Cette architecture coronographique offre des performances théoriques remarquables, notamment à très petits angles de séparation, ce qui en fait un candidat privilégié pour l'imagerie directe de planètes potentiellement habitables. Toutefois, l'atteinte de ces performances repose de manière critique sur une connaissance et une correction précises des aberrations du front d'onde.

Les travaux s'appuient sur la technique de mesure du front d'onde par Differential Optical Transfer Function (dOTF), une méthode non invasive initialement développée pour le cophasage d'optiques segmentées, et aujourd'hui en cours d'adaptation aux systèmes coronographiques à haut contraste. La thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude préliminaire (pré-Phase A) de l'instrument PCS pour l'ELT et du développement du bras coronographique de l'instrument ANDES, en lien étroit avec la plateforme expérimentale SPEED du Laboratoire Lagrange.

Les objectifs scientifiques de la thèse sont triples. Le premier consiste à explorer l'espace des paramètres du PIAACMC à travers le développement d'outils d'optimisation dédiés, afin de concevoir des solutions adaptées aux contraintes instrumentales de l'ELT et de proposer un design optimisé pour PCS. Le second objectif vise à évaluer l'applicabilité et les limites de la technique dOTF dans différents contextes coronographiques, incluant le concept retenu pour ANDES, ainsi que l'étude d'architectures alternatives permettant d'améliorer les performances à petits angles. Le troisième objectif concerne l'intégration du dOTF dans des stratégies avancées de mise en forme du front d'onde, notamment la création de « dark holes » à l'aide de systèmes à miroirs déformables multiples, et l'évaluation de sa compatibilité avec les exigences du très haut contraste.

Cette thèse vise à lever plusieurs verrous technologiques majeurs liés à l'imagerie directe d'exoplanètes avec l'ELT. Les résultats attendus auront un impact direct sur les développements des instruments ANDES (horizon 2032) et PCS (horizon 2040), tout en présentant un intérêt plus large pour les futures missions spatiales dédiées à la recherche de mondes potentiellement habitables.

Le développement du PIAACMC a été largement étudié dans le cadre du projet SPEED, avec le soutien du CNES via trois programmes successifs de R&T, en collaboration avec le NAOJ (Observatoire du Japon) et le fabricant français SILLIOS. Parallèlement, la technique de mesure du front d'onde par dOTF a été initiée pour le cophasage des optiques, notamment pour l'alignement précis des miroirs segmentés, en partenariat avec l'Indian Institute of Astrophysics (IIA).

Plus récemment, nos efforts se sont concentrés sur l'adaptation de la méthode dOTF aux systèmes coronographiques pour l'imagerie à fort contraste. Pour le PIAACMC, nous avons acquis une expertise dans la fabrication de structures fines et précises (masques de plan focal et miroirs de pupille) et dans l'alignement de ses éléments sur le banc SPEED, avec l'objectif de maîtriser localement la conception numérique initialement développée avec le NAOJ.

Cette thèse vise à renforcer le cadre de conception et les stratégies d'implémentation (contrôle et mise en forme du front d'onde et coronographie faible séparation angulaire) nécessaires pour atteindre les performances d'imagerie à très haut contraste requises pour la détection d'exoplanètes habitables avec ANDES (2032+) et PCS (2040), avec des retombées possibles pour des missions spatiales futures comme HWO (2040+).

En particulier, les travaux de thèse se dérouleront dans le contexte d'une participation à la pré-phase A de l'instrument ELT/PCS (2025-2028) et pourraient naturellement également s'inscrire dans le cadre de la phase A du même instrument (2028+).

Proposer un design optimisé PIAACMC pour l'instrument ELT/PCS dans le cadre de l'étude de pré-phase A en cours (2025-2028) et augmenter le niveau de maturité technologique de la dOTF (mesure de front d'onde) pour le même instrument. Dans les deux cas (PIAACMC et dOTF) avec des applications possibles à plus court terme (ELT/ANDES, 2032+) et plus long terme (HWO, 2040+).

Ecole d'ingénieur physique ou optique ou signal, Master 2 optique ou astronomie/astrophysique. Une expérience pratique en optique (alignement, mesures optiques) est un plus. Connaissances en C/C++, Matlab, IDL ou équivalent. Une formation en astronomie et astrophysique est fortement souhaitée.