Modélisation des effets optiques de la turbulence atmosphérique pour les grands télescopes et les observations à haute résolution angulaire

Les futurs très grands télescopes donneront la possibilité d effectuer des observations à très Haute Résolution Angulaire, mais leur conception nécessite une connaissance précise des effets optiques de la turbulence atmosphérique sur de grandes échelles spatiales. Cette étude porte sur la validation expérimentale de la modélisation de la turbulence optique lors de l observation astronomique à partir du sol. La caractérisation des propriétés spatiales du front d onde est effectuée à partir des grandes bases de mesure utilisées par les interféromètres stellaires optiquesGI2T-REGAIN et VLTI-AMBER. A ces échelles, les déformations du front d onde ne suivent pas les mêmes lois statistiques et cette étude confirme que l amplitude des déformations spatiales du front d onde n augmente pas indéfiniment avec l allongement de la base de mesure. Cette étude met en évidence la saturation des grandeurs liées aux déformations spatiales lorsque les distances considérées dépassent la valeur de l échelle externe de cohérence spatiale du front d onde. Le GSM ( Generalized Seeing Monitor ), unique instrument dédié à la mesure de l échelle externe, est utilisé dans unze configuration étendue pour tester expérimentalement les différents modèles existants de turbulence optique lors d observations sur le site de Calern. Une modélisation multi-couche de l échelle externe est aussi proposée afin de rendre compte des effets optiques de la turbulence atmosphérique selon la distribution en altitude. Les résultats de cette étude permettent de mieux dimensionner les systèmes d optique adaptative de nouvelle génération associée aux futurs rands télescopes et interféromètres à très grandes bases. Enfin, cette étude a consisté à développer l instrument MOSP ( Monitor of Outer Scale Profile ) mesurant la distribution verticale de l échelle externe à partir de l observation du limbe de la Lune. Plusieurs campagnes d observation ont été effectuées aux Observatoires de Haute-Provence et de Mauna Kea et les premières mesures de profils d échelle externe sont présentées.Future Extremely Large Telescopes will give us the possibility to observe with High Angular Resolution. However, their conception requires a precise knowledge of optical effects due to atmospheric turbulence at large scales. This study aims to investigate the experimental validation of optical turbulence modelization for ground based observations. The characterization of wavefront large scale properties is performed with the long baseline GI2T-REGAIN stellar interferometer with the perspective of observations with the VLTI-AMBER interferometer. In the case of large baselines, wavefront deformations do not follow the same statistical laws as in cases of shorter distances of separation? This study provides confirmation that the amplitude of wavefront spatial deformations do not increase indefinitely with the baseline extension. This highlights the saturation of variables related to spatial deformations when distances considered are larger than the value of the wavefront outer scale. The GSM ( Generalized Seeing Monitor ), an unique instrument dedicated to the wavefront outer scale measurements, is used in an extended configuration to experimentally validate the different existing model of optical turbulence during observations at the Calern Observatory. A multi-layer modelization of the outer scale is proposed to describe optical effects of atmospheric turbulence corresponding to each altitude. Finally, a part of this study was devoted to the development of the Monitor of Outer Scale Profile which measures the vertical distribution of the wavefront outer scale from detection of Moon s limb position fluctuations. Several campaigns of observations have been performed at the Observatoire de Haute-Provence and Mauna Kea Observatory and first measurements of wavefront outer scale profiles are presented.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF