Etude des performances des spectromètres miniatures infrarouge à base d'AOTF

par Clément Royer

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de François Poulet et de Cédric Pilorget.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec IAS - Institut d'Astrophysique Spatiale (laboratoire) , Système solaire et systèmes planétaires (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 04-09-2017 .


  • Résumé

    La spectroscopie proche-infrarouge, et notamment l'imagerie hyperspectrale, a révolutionné au cours des dernières décennies notre compréhension de l'évolution des objets du Système Solaire, notamment par sa capacité à identifier et caractériser les minéraux, glaces et composés organiques présents en surface. Les instruments utilisant cette technique sont désormais présents sur la plupart des missions spatiales d'exploration en orbite (exemples : OMEGA et SPICAM sur Mars Express, CRISM sur Mars Reconnaissance Orbiter, VIRTIS sur Rosetta) et maintenant sur les atterrisseurs et rovers dédiés aux analyses in situ (exemples : MicrOmega sur Hayabusa-2/Mascot et ExoMars, ISEM sur ExoMars, IRS/SuperCam sur Mars 2020). Leur miniaturisation, tout en augmentant leur capacité d'analyse, devient ainsi indispensable. Pour cela, une piste privilégiée depuis maintenant une dizaine d'année consiste à utiliser des filtres acousto-optiques (AOTF) comme système de dispersion. Ces systèmes compacts disposent en particulier d'une grande ouverture et d'un rendement de filtrage proche de 100%, qui en font des systèmes particulièrement performants (plusieurs ordres de grandeur supérieurs à un système basé sur un réseau de diffraction), tout en offrant une très grande souplesse d'utilisation. Les AOTFs sont déjà au cœur de certains instruments tels que MicrOmega/Hayabusa-2 et MicrOmega/ExoMars (microscope hyperspectral proche-IR), ainsi que SuperCam sur le rover Mars2020 (spectromètre ponctuel proche-IR) actuellement en développement. Des activités récentes de R&T menées à l'IAS ont également montré la capacité de ces systèmes à réaliser du filtrage en maintenant les performances d'imagerie. Cela ouvre la possibilité de développer des imageurs hyperspectraux ultracompacts, effectuant des analyses depuis l'orbite. C'est notamment le concept de l'instrument MacrOmega, proposé pour la mission MMX (Mars Moon eXplorer) de la JAXA. C'est dans ce cadre que les travaux de thèse s'effectueront avec pour objectif principal de développer et d'optimiser les performances de ces systèmes de spectroscopie proche-infrarouge miniaturisés de nouvelle génération. Au plan instrumental, le volet majeur de la thèse consistera à mettre en place un banc optique intégrant les différents sous-systèmes d'une maquette d'un instrument (AOTF travaillant en imagerie, détecteur, électronique de pilotage, etc.). Des tests spécifiques au niveau de certains sous-systèmes et au niveau du système intégré de la maquette seront effectués afin de valider le concept d'imagerie hyperspectrale par transmission. Une évaluation des performances sera effectuée pour déboucher sur des perspectives d'amélioration de l'instrument en terme de ressources et d'opérations. L'étudiant supervisera ces tests et sera responsable de leur exploitation. Il participera par ailleurs aux améliorations/adaptations instrumentales avec l'équipe technique IAS dédiée à ce projet. L'expérience acquise sera ainsi critique dans la préparation des développements d'imageurs hyperspectraux dédiés aux missions futures d'exploration du Système Solaire, tant in situ que depuis l'orbite (exemple : MacrOmega/MMX). En parallèle, et cela constituera le second volet de sa thèse, l'étudiant complétera son expertise en imagerie spectrale par AOTF au travers une participation active à la campagne d'étalonnage radiométrique de la voie infrarouge IRS de l'instrument SuperCam/Mars 2020. Elle aura lieu début 2018, sous la responsabilité de l'IAS, et se situera donc idéalement dans le déroulé de cette thèse. L'étudiant exploitera les données de l'étalonnage afin de fournir la fonction de transfert de la voie IRS, critique pour le traitement et l'interprétation des données qui seront acquises tout au long des opérations à la surface de Mars. Cette partie des travaux se fera en partenariat avec l'IRAP, co-responsable de SuperCam et du LESIA, responsable de la voie IRS.

  • Titre traduit

    Study of the performances of miniaturized IR spectrometers based on AOTF


  • Résumé

    N/a