Optimisation et cophasage d'un dispositif d'imagerie directe à haute résolution et haut contraste : l'hypertélescope temporel

Abstract

Thanks to high angular resolution abilities, the hypertelescope concept forms a promising way to develop new astronomical instruments. However, its feasibility have to be experimentally demonstrated and especially a solution to the cophasing problem has to be found. This is the aim of this PHD work. In the XLIM laboratory, we have developed a fibered hypertelescope prototype called Temporal HyperTelescope (THT). The concept of this height-telescope-instrument is detailed in the first chapter of this document. A study of the instrument defaults has been carried out to evaluate its theoretical imaging abilities. In a second step, a cophasing system has been implemented. It is based on a joint use of a genetic algorithm and the phase diversity technique. Its efficiency has been experimentally validated in laboratory thanks to the acquisition of a binary star image showing a 9.1 magnitude unbalance and requiring a 3-nanometer-optical-path-lengh-resolution. Then, we have tested this method in the photon counting regime and the experimental results demonstrate that the instrument is able to acquire images even in these extreme running conditions. Finally, the last chapter of this document gives few points to be improved and suggests a draft of space based instrument which could be realized in the next decade.Les hypertélescopes, grâce à leur capacité d'imagerie directe à haute résolution, constituent une voie prometteuse pour le développement de nouveaux instruments dédiés à l'astrophysique. Il reste cependant à démontrer expérimentalement leur faisabilité et notamment à trouver une solution au difficile problème du cophasage. C'est dans cette optique qu'ont été réalisés les travaux présentés dans cette thèse. Le banc de test THT, développé au laboratoire XLIM de Limoges, est le prototype entièrement fibré d'une version particulière d'hypertélescope, appelée hypertélescope temporel. L'historique ainsi que le concept de cet instrument constitué d'un réseau de huit télescopes sont présentés dans le premier chapitre de ce manuscrit. Une étude des défauts expérimentaux intrinsèques à l'instrument a été réalisée afin d'évaluer ses capacités théoriques d'imagerie. Dans un second temps, un dispositif de cophasage a été mis en place. Il est basé sur l'utilisation couplée d'un algorithme génétique et de la technique de diversité de phase. Son efficacité a été validé expérimentalement grâce à l'acquisition en laboratoire d'une image d'un système binaire d'étoiles présentant un écart en magnitude de 9,1 nécessitant un contrôle de tous les chemins optiques avec une résolution d'environ 3 nm. Nous avons ensuite testé cette méthode dans le cas d'un fonctionnement en régime de comptage de photons. Les résultats expérimentaux obtenus démontrent que même dans ces conditions difficiles, les qualités d'imagerie du dispositif sont conservées. Finalement, le dernier chapitre de ce document donne différentes pistes de développement et propose une ébauche d'un projet spatial réalisable à moyen terme