Contribution à l'étude expérimentale et numérique de coronographes stellaires : instrument VLT-SPHERE et 1er coronographe au Dôme C
Résumé
Since 1995, with the confirmation of the detection of the first extra-solar planet, the direct detection and spectral characterization of an exo-planet became one of current astronomical challenges. However, the strong existing contrast between the star and the planet, 10^9 in the visible band and 10^6 in the thermal infrared band when it comes to exo-Earths or an Exo-Jupiter, as well as weak separation between the 2 objects makes direct detection hard to do. Plus it requires high technology techniques and instruments. One of the solutions for this problem is coronagraphs. In general, a coronagraph is an instrument that has for aim to attenuate the central star flux by reducing the instrumental diffraction. I studied two different types of coronagraphs related to two completely different contexts. I first studied the apodized Lyot coronagraph (ALC) destined for the SPHERE instrument (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch), a second generation instrument for the VLT (Very Large Telescope) dedicated to the imagery of an exo-Jupiter, which will probably see the light in 2010. I present the different studies relative to the development of this corona graphic system conducted between the post-phase A and the B phase of this project. I was first interested in the innovative and important component of the apodized Lyot coronagraph, specially the apodizer, and more particularly I studied through calculations, the chromaticity of the optic properties of an apodizer made by deposition of an Inconel metal alloy on a glass substrate. Then, in order to experimentally validate the concept and manufacturing processes used, I marked in laboratory the first prototype of the Apodized Lyot Coronagraph, apodized at 3λ/D on the laboratory's high dynamic visible imagery bench. I then participated in the numerical study of the prototype infrared ALC design likely to be installed on the instrument. I finish this part with the presentation of the tests in laboratory of the infrared ALC prototype for SPHERE; those tests were realized infrared corona graphic bench of LESIA at the Paris-Meudon Observatory. The second part of this manuscript sends us to another particular place on earth where the atmospheric conditions are close the outer space: the Concordia station on the C Dome shelf on the Antarctic continent. This is where was planted CORONA in December 2005, the first Antarctic phase knife stellar coronagraph. After a description of the instrument and of its motivations, I will present laboratory tests of the coronagraph then the results of the first light of the instrument during the 2005 summer campaign at Dome C.
Depuis 1995, et la confirmation de la détection de la première planète extrasolaire, la détection directe et la caractérisation spectrale d'une exoplanète sont devenues l'un des challenges astronomiques actuels. Cependant, le fort contraste existant entre l'étoile et la planète, 10^9 dans le visible et 10^6 dans l'infrarouge thermique dans le cas d'une exoTerre ou d'une exoJupiter ainsi que la faible séparation entre les deux objets rendent cette détection directe difficile et requièrent des techniques et des instruments à la pointe de la technologie. Une solution à cette problématique est la coronographie. D'une manière générale, un coronographe est un instrument dont l'objectif est d'atténuer le flux de l'étoile centrale en diminuant la diffraction instrumentale J'ai étudié deux différents types de coronographes dans deux contextes totalement différents. J'ai tout d'abord étudié le coronographe de Lyot apodisé (ALC) destiné à l'instrument SPHERE (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch), instrument de seconde génération du VLT (Very Large Telescope) dédié à l'imagerie d'exoJupiter et dont la première lumière est prévue pour 2010. Je présente les différentes études relatives au développement de ce système coronographique menées lors de la post-phase A et la phase B de ce projet. Je me suis intéressé tout d'abord au composant novateur et important du coronographe de Lyot apodisé à savoir l'apodiseur, et, plus particulièrement, j'ai étudié par le calcul le chromatisme des propriétés optiques d'un apodiseur fabriqué par dépôt métallique d'un alliage d'Inconel sur un substrat de verre. Puis, afin de valider expérimentalement le concept et les procédés de fabrication retenus, j'ai ensuite caractérisé en laboratoire un premier prototype de coronographe de Lyot apodisé à 3λ/D sur le banc d'imagerie visible à très haute dynamique du laboratoire. J'ai ensuite participé aux études numériques de dimensionnement du prototype de l'ALC infrarouge susceptible d'être installé sur l'instrument. Je termine cette partie par la présentation des tests en laboratoire du prototype d'ALC infrarouge pour SPHERE, tests qui ont été réalisés sur le banc coronographique infrarouge du LESIA à l'Observatoire de Paris-Meudon. Le deuxième volet de ce manuscrit nous envoie dans un autre endroit particulier sur Terre sur un continent où les conditions atmosphériques sont quasi-spatiales : la station Concordia sur le plateau du Dôme C en Antarctique. C'est ici qu'a été implanté en décembre 2005, CORONA, le premier coronographe stellaire antarctique à couteaux de phase. Après une description de l'instrument et de ses motivations, je présente les tests en laboratoire du coronographe puis les résultats de la première lumière de l'instrument lors de la campagne d'été 2005 au Dôme C.
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