Optimisation de la commande modale en optique adaptative : applications à l'astronomie

Atmospheric turbulence limits the quality of stellar images obtained from the ground with a telescope. Adaptive optics is a recent technique that allows to restore in real-time the flatness of the incident wavefront by using a deformable mirror, after analysis of the phase disturbance. In the astronomy domain, this analysis is limited mainly by the noise on the phase measurement because of the finite number of photons, and by the anisoplanatism effect, when the reference source for wavefront analysis is distinct from the observed object, a given angle apart.This report presents a theoretical analysis of these effects, based on a modal approach. The perturbed wavefront is spread over a basis of spatial modes. The characteristics of the modes (temporal characteristics, signal to noise ratio, correlation versus anisoplanatic angle) are a function of the mode order. We show how this can be used to improve the performance of the adaptive optics system by adjusting its internal control parameters. The system is able to change internally the number of its degrees of freedom, by achieving a specific optimisation of the spatial and temporal characteristics of the correction for every particular observing conditions. The validity of this concept is demonstrated by the application to a real case (ComeOnPlus), and experimental results are exposed.La turbulence atmosphérique dégrade la qualité des images stellaires obtenues depuis le sol à travers un télescope. L'optique adaptative est une technique récente permettant de restaurer la planéité du front d'onde incident en temps réel, grâce à l'utilisation d'un miroir déformable et après analyse de la perturbation de phase subie par l'ondelumineuse. En astronomie, cette analyse se heurte en priorité au problème du bruit de mesure sur le front d'onde en raison du nombre limité de photons, et au problème de l'anisoplanétisme lorsque la source de référence servant à l'analyse est angulairement séparée de l'objet observé.Cette thèse présente une analyse théorique de ces phénomènes, basée sur une approche modale. Le front d'onde perturbé est décomposé sur une base de modes spatiaux. Les caractéristiques de ces modes (caractéristiques temporelles, rapport signal sur bruit, corrélation en fonction de l'angle anisoplanétique) varient en fonction de l'ordre du mode. Il est montré comment exploiter cette propriété pour améliorer les performances de l'optique adaptative en ajustant les paramètres de contrôle internes au système. Le système peut alors faire varier de manière souple le nombre de ses degrés de liberté, par une optimisation spécifique des caractéristiques spatiales et temporelles de la correction pour chaque conditions d'observation particulières. La validité de cette approche est démontrée par l'application à un système astronomique réel (ComeOnPlus), et les résultats expérimentaux sont exposés