Offre de thèse: Développement de nouveaux analyseurs de surface d’onde multi-chromatiques basés sur des matrices de filtres colorés pour l’observation d’exoplanètes avec les futurs grands observatoires

Contexte :

Au cours des trois dernières décennies, la découverte de près de 6 000 exoplanètes a révélé une extraordinaire diversité dans les systèmes planétaires. L’imagerie directe, en particulier la coronographie, s’est imposée comme l’une des méthodes les plus prometteuses pour détecter et caractériser les exoplanètes situées dans la zone habitable (HZ) de leur étoile hôte. Une telle approche est envisagée dans les futures grandes installations, par exemple Habitable Worlds Observatory (HWO) de la NASA dans l’espace et l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO avec le Planetary Camera and Spectrograph (PCS) au sol.
Le projet AMINO (co-PIs : J. Mazoyer et V. Chambouleyron) vise à relever les défi s considérables liés à l’imagerie directe, en particulier pour l’observation d’exo-Terres dont le rapport flux planète/étoile peut descendre jusqu’à 10-10. L’un d’entre eux est le contrôle précis des aberrations de la lumière incidente à l’aide d’optiques déformables, produisant des régions à fort contraste dans l’image d’une étoile observée, appelées « dark hole », afin de révéler les exoplanètes à faible luminosité. Une difficulté majeure réside dans le maintien de ces régions 1
sombres sur de larges bandes spectrales, ce qui est essentiel pour la spectroscopie des atmosphères exo-terrestres et la détection de biosignatures, voir la figure ci-dessous.

Le projet AMINO vise à faire progresser les techniques d’analyse de surface d’onde au plan focal (FPWFS) afi n d’estimer les aberrations et de générer ou de maintenir des régions sombres dans les images stellaires. Notre équipe a été pionnière dans certaines de ces méthodes et participe actuellement à leur intégration dans des démonstrateurs technologiques spatiaux et terrestres : les instruments actuels doivent s’appuyer sur des mesures séquentielles lentes dans plusieurs bandes étroites, ce qui limite leurs performances: l’instrument Coronographique (CGI) du télescope spatial Roman de la NASA et SPHERE+ du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Mais l’effi cacité de ces FPWFS diminue rapidement dans les larges bandes spectrales : les instruments actuels doivent s’appuyer sur des mesures séquentielles lentes dans plusieurs bandes étroites, ce qui limite leurs performances.

Travail proposé :

Dans le cadre d’une collaboration entre le LAM et le Laboratoire Lagrange, Nous proposons un projet qui se défi nit par deux axes de recherche distincts mais liés :
1/ Étudier les mesures d’analyse de surface d’onde à l’aide de détecteurs à matrices de fi ltres colorés (CFA).
La personne doctorante réalisera des simulations Python basées sur l’optique de Fourier afi n de combiner des approches de détection du front d’onde (Pair-Wise Probing, Self-Coherent Camera, Zernike Sensor) et des détecteurs CFA. Ce travail de recherche aura pour objectif de trouver les confi gurations les plus adaptées pour mesurer simultanément les erreurs de surface d’onde dans plusieurs bandes étroites.
2/ Mettre en oeuvre l’approche basée sur la CFA avec un analyseur de surface d’onde de Zernike (ZWFS)
La personne doctorante mènera des travaux expérimentaux visant à démontrer la combinaison du ZWFS et du CFA. Le Laboratoire Lagrange a récemment mis en place un banc optique afi n d’évaluer de nouvelles approches avec le ZWFS. Le doctorant poursuivra le développement du banc d’essai et permettra la validation de la combinaison ZWFS+CFA.

Équipe et environnement:
Nous accordons une grande importance à la diversité des origines et des points de vue, car nous considérons qu’elle est un moteur essentiel de l’innovation et de la réussite collective. Nous nous engageons à favoriser un environnement inclusif où chacun se sent valorisé et soutenu dans son développement professionnel.
La personne doctorante travaillera au Laboratoire Lagrange avec M. N’Diaye et O. Lai en tant que membre de l’équipe Méthodes Physiques pour l’Observation (MPO) et au LAM avec A. Vigan au sein du Groupe Recherche et Développement (GRD).
La personne sélectionnée sera membre du projet AMINO et collaborera avec des spécialistes du domaine des naines brunes et des exoplanètes, d’optique adaptative, coronographie, analyseurs de surface d’onde, et détecteurs au LIRA (Paris), LUX (Paris), LAM (Marseille) et Lagrange (Nice). Des collaborations additionnelles incluent le Makidon Lab au Space Telescope Science Institute (Baltimore, USA) pour des missions en vue de HWO/NASA.
La personne doctorante développera en outre des compétences en programmation (python), en optique (simulations, bancs d’essai, expériences), bénéfi ciera d’un environnement scientifi que national et international riche, et aura l’occasion de partager ses travaux avec la communauté lors d’écoles et de conférences internationales.
Mots-clé: instrumentation, optique adaptative, imagerie et spectroscopie à haute dynamique, coronographie, analyse et contrôle de surface d’onde, détecteurs, exoplanètes, naines brunes.
Profi l des personnes candidates:
La personne candidate devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme équivalent (école d’ingénieurs ou master de recherche) en astronomie, physique, optique ou dans un domaine connexe. Des compétences en astrophysique, en optique de Fourier, en programmation Python et dans les bibliothèques scientifi ques associées, en travail expérimental en laboratoire (manipulation de lasers, composants opto-mécaniques, détecteurs, alignement optique) ou en traitement de données seront des atouts pour ce travail de recherche.
La personne candidate doit être enthousiaste, dynamique, autonome et avoir l’esprit d’équipe. Un intérêt marqué pour l’astronomie et le travail interdisciplinaire sera considéré comme un atout. Le candidat doit posséder un très bon niveau en anglais.

Candidatures :

Veuillez envoyer votre candidature en joignant un curriculum vitae, une lettre de motivation et un relevé de notes à Mamadou N’Diaye (mamadou.ndiaye@oca.eu), Arthur Vigan (arthur.vigan@lam.fr ) et Olivier Lai (olivier.lai@oca.eu ).
Toutes les candidatures reçues avant le 30 mars 2026 seront prises en considération.