Mesures optiques de profils de turbulence atmosphérique pour les futurs systèmes d'optique adaptative

par Juliette Voyez

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers

Sous la direction de Aziz Ziad.

Soutenue le 06-12-2013

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Laboratoire Joseph-Louis Lagrange (Nice, Alpes-Maritimes) (laboratoire) .

Le président du jury était Gérard Rousset.

Le jury était composé de Aziz Ziad, Gérard Rousset, François Rigaut, Elena Masciadri, Pierre-Yves Madec, Michel Tallon.

Les rapporteurs étaient Gérard Rousset, François Rigaut.


  • Résumé

    L’optique adaptative classique est limitée par l'anisoplanétisme. Pour remédier à cette limitation, de nouveaux concepts, appelés optiques adaptatives grand champ, ont été développés. Ces systèmes analysent la turbulence atmosphérique dans le volume, ce qui accroît le champ de correction. Ces techniques requièrent une connaissance précise du profil de Cn2. Mon étude consiste à valider sur le ciel une nouvelle technique de mesure du profil de Cn2, appelée CO-SLIDAR, à partir des corrélations des mesures de pentes et de scintillation réalisées avec un analyseur Shack-Hartmann sur étoile binaire. Elle s’organise autour de deux grands axes. On réalise d’abord une simulation bout-en-bout de la reconstruction du profil de Cn2 dans un cas concret d’observation astronomique. On peut ainsi étudier l’impact des différentes sources d’erreur sur la reconstruction du profil de Cn2. Ceci nous permet d’améliorer la procédure d’estimation du profil de Cn2, en prenant en compte les bruits de détection. La deuxième partie de mon étude se consacre à la validation expérimentale. On dimensionne et caractérise en laboratoire un banc d’acquisition, le banc ProMeO. Ceci conduit à une bonne connaissance du fonctionnement du banc et nous permet de corriger certains effets instrumentaux. Le banc ProMeO est finalement couplé au télescope MeO de 1,5 m de diamètre. Les données acquises permettent une reconstruction du profil de Cn2, du sol jusqu’à 17 km, avec une résolution de 600 m. Les profils obtenus par la méthode CO-SLIDAR sont comparés avec succès à des profils issus de données météorologiques. L’ensemble de ces travaux constitue la première validation sur le ciel de la méthode CO-SLIDAR.

  • Titre traduit

    Optical measurements of atmospheric turbulence profiles for future adaptive optics systems


  • Résumé

    Classical adaptive optics is limited by anisoplanatism. New concepts, known as Wide Field Adaptive Optics systems, have been developed in order to go beyond this limitation. These systems analyse atmospheric turbulence within a volume, increasing the correction field. These techniques require a precise knowledge of the Cn2 profile. The purpose of my thesis is the on-sky validation of a new measurement method of the Cn2 profile, called CO-SLIDAR, using correlations of slopes and of scintillation, both measured with a Shack-Hartmann on a binary star. My study is organized as follows. First, we perform an end-to-end simulation of the reconstruction of the Cn2 profile in a practical astronomical case. We can thus examine the impact of the different error sources on the reconstruction of the Cn2 profile. This allows us to improve the reconstruction method, taking into account the detection noises. The second part is dedicated to the experimental validation. We design and characterize an acquisition bench, the ProMeO bench. This leads to a good knowledge of the bench's operation and we can compensate for some instrumental effects. The ProMeO bench is then coupled to the MeO 1.5 m telescope. The acquired data allow the estimation of the Cn2 profile, from the ground up to 17 km, with a resolution of 600 m. The CO-SLIDAR profiles are successfully compared with profiles estimated from meteorological data. This work is the first on-sky validation of the CO-SLIDAR method.


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