Thèse Développement de Nouveaux Analyseurs de Surface d'Onde Multi-Chromatiques Basés sur des Matrices de Filtres Colorés pour l'Observation d'Exoplanètes avec les Futures Grands Observatoires H/F - 40

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : Laboratoire J.L. LAGRANGE
Direction de la thèse : Mamadou N'DIAYE ORCID 0000000217213294
Début de la thèse : 2026-11-01
Date limite de candidature : 2026-03-30T23:59:59

Au cours des trois dernières décennies, la découverte de près de 6 000 exoplanètes a révélé une extraordinaire diversité dans les systèmes planétaires. L'imagerie directe, en particulier la coronographie, s'est imposée comme l'une des méthodes les plus prometteuses pour détecter et caractériser les exoplanètes situées dans la zone habitable (HZ) de leur étoile hôte. Une telle approche est envisagée dans les futures grandes installations, par exemple Habitable Worlds Observatory (HWO) de la NASA dans l'espace et l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO avec le Planetary Camera and Spectrograph (PCS) au sol.Le projet AMINO (co-PIs : J. Mazoyer et V. Chambouleyron) vise à relever les défis considérables liés à l'imagerie directe, en particulier pour l'observation d'exo-Terres dont le rapport flux planète/étoile peut descendre jusqu'à 10-10. L'un d'entre eux est le contrôle précis des aberrations de la lumière incidente à l'aide d'optiques déformables, produisant des régions à fort contraste dans l'image d'une étoile observée, appelées « dark hole », afin de révéler les exoplanètes à faible luminosité. Une difficulté majeure réside dans le maintien de ces régions sombres sur de larges bandes spectrales, ce qui est essentiel pour la spectroscopie des atmosphères exo-terrestres et la détection de biosignatures.

Le projet AMINO vise à faire progresser les techniques d'analyse de surface d'onde au plan focal (FPWFS) afin d'estimer les aberrations et de générer ou de maintenir des régions sombres dans les images stellaires. Notre équipe a été pionnière dans certaines de ces méthodes et participe actuellement à leur intégration dans des démonstrateurs technologiques spatiaux et terrestres : les instruments actuels doivent s'appuyer sur des mesures séquentielles lentes dans plusieurs bandes étroites, ce qui limite leurs performances: l'instrument Coronographique (CGI) du télescope spatial Roman de la NASA et SPHERE+ du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO. Mais l'efficacité de ces FPWFS diminue rapidement dans les larges bandes spectrales : les instruments actuels doivent s'appuyer sur des mesures séquentielles lentes dans plusieurs bandes étroites, ce qui limite leurs performances.

Dans le cadre d'une collaboration entre le LAM et le Laboratoire Lagrange, Nous proposons un projet qui se définit par deux axes de recherche distincts mais liés :

1/ Étudier les mesures d'analyse de surface d'onde à l'aide de détecteurs à matrices de filtres colorés (CFA).
La personne doctorante réalisera des simulations Python basées sur l'optique de Fourier afin de combiner des approches de détection du front d'onde (Pair-Wise Probing, Self-Coherent Camera, Zernike Sensor) et des détecteurs CFA. Ce travail de recherche aura pour objectif de trouver les configurations les plus adaptées pour mesurer simultanément les erreurs de surface d'onde dans plusieurs bandes étroites.

2/ Mettre en oeuvre l'approche basée sur la CFA avec un analyseur de surface d'onde de Zernike (ZWFS)
La personne doctorante mènera des travaux expérimentaux visant à démontrer la combinaison du ZWFS et du CFA. Le Laboratoire Lagrange a récemment mis en place un banc optique afin d'évaluer de nouvelles approches avec le ZWFS. Le doctorant poursuivra le développement du banc d'essai et permettra la validation de la combinaison ZWFS+CFA.

Des télescopes post-James Webb et post-Very Large Telescope sont actuellement à l'étude au sein de la communauté et l'un de ses objectifs scientifiques consistera à observer des planètes analogues à la terre autour d'étoiles jumelles au soleil. Afin de préparer au mieux ces moyens d'observation, il est nécessaire de développer dès à présent les briques technologiques nécessaires pour former des images de planètes terrestres et analyser spectralement leur atmosphère pour déterminer leur nature et déceler des indices de vie en dehors de notre système solaire.

Recherche et développement de nouveaux systèmes d'imagerie à haute dynamique pour l'observation d'exo-terres

Physique, optique, astronomie. Instrumentation: optique de Fourier et optique géométrique, programmation scientifique, tests et validation en laboratoire, traitement de données