Observables robustes pour la détection haut-contraste à faible séparation angulaire

Robust observables for high-contrast detection at small angular separation

• Auteur / Autrice : Romain Laugier
• Direction : Frantz Martinache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Planète et de l'Univers
• Date : Soutenance le 22/09/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Joseph-Louis Lagrange (Nice, Alpes-Maritimes ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Mourard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frantz Martinache, Denis Mourard, Sylvestre Lacour, Pierre Kervella, Élodie Choquet, Laurent Mugnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvestre Lacour, Pierre Kervella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie en astronomie

Apodisation

Interférométrie

Exoplanètes

Mots clés libres

Exoplanètes

Haut-contraste

Interférométrie

Interférométrie en frange sombre

Coronographie

Apodisation

Clôture de phase

Kernel

Noyaux

Imagerie

Exoplanets

High contrast

Interferometry

Nulling interferometry

Coronagraphy

Apodization

Closure phase

Kernel

Imaging

Résumé

L'étude des exoplanètes est un domaine très actif. Malgré la nature indirecte de la plupart des détections, celles-ci nous fournissent déjà une quantité importante d'informations sur les propriétés de ces systèmes exoplanétaires: leur masse, taille et paramètres orbitaux. Pourtant, la détection directe de la lumière qu'elles émettent ou réfléchissent fournit des informations encore plus précieuses. Les instruments coronographiques conçus dans ce but sont généralement limités par la qualité de front d'onde, qui les empêchent notamment d'atteindre leurs performances théoriques. A l'inverse les techniques employant des observables qui sont robustes à ces aberrations sont limitées par le bruit de photon. Ces deux approches sont rendues incompatibles par la rupture de la relation de convolution qui lie l'objet à l'image. Les travaux décrits dans cette thèse explorent différentes avenues visant à contourner cette incompatibilité afin de combiner les performances des méthodes coronographiques et interférométriques, grâce à des transferts technologiques et au développement de nouvelles méthodes: Le développement des kernels différentiels angulaires (ADK) qui utilisent les principes de l'imagerie différentielle angulaire (ADI) dans le cadre des noyaux de phases et clôtures de phases. L'expérimentation de noyaux de phases avec une pupille apodisée. L'exploitation des noyaux de phases à partir d'images saturées. Le développement d'architectures exploitant les noyaux d'obscurité (kernel nulling) pour un nombre arbitraire de pupille, et notamment pour des architectures à grandes lignes de base. Ces travaux poussent les performances en contraste des observables robustes à faible séparation, et entament l'exploration des nouvelles voies du haut contraste robuste.

The study of exoplanets has been a very active topic in the past years. Despite the indirect nature of most detections to date, those already provide us with a wealth of information on the properties of these exoplanetary systems, like their mass, size, and orbital elements. However, the direct detection of the light emitted or reflected by those planets provides some even more precious information. Coronagraphic instruments that would allow this are generally limited by the wavefront quality at their input, which prevents them from reaching their theoretical performance. Conversely, techniques employing observables designed to be robust to those aberrations are limited by photon noise. These two methods are made incompatible because coronagraphy breaks the convolution relationship betwen the object and its image. The works described in this thesis explore different avenues aiming to sidestep this incompatibility and to combine the performance of coronagraphic and interferometric methods though technology transfers as well as the development of new methods. The development of angular differential kernel phases (ADK) that make use the principles of angular differential imaging (ADI), transfering them for kernel and closure phases observables. The experimentation of kernel phases behind shaped pupil apodization masks. The exploitation kernel phases extracted from archival saturated images. The development of architectures for kernel nulling for an arbitrary number of apertures for Fizeau and long-baseline interferometry. These works push the contrast performance of robust observables at small angular separations and begin the exploration of new methods of robust high-contrast observations.