Travailler directement sur la pupille pour augmenter le flux, la ré-

la résolution angulaire et la dynamique

Plutôt que de diminuer la dimension des ouvertures et par la même le flux, la voie de réflexion la plus prometteuse, bien que bien sûr plus complexe (sinon on aurait commencé par là...) consiste à ne laisser à la grille qu’un seul rôle : faire entrer le maximum d’éner- gie dans l’optique de reprise, sans se soucier de la qualité d’image obtenue. La recherche de dynamique serait dévolue à l’optique focale, en rajoutant un étage optique après la lentille blazée, applicant le principe d’apodisation dit PIAAC (Phase-Induced Amplitude Apodisation - Coronograph ; Goncharov, Owner-Petersen et Puryayev 2002 [16], Guyon

2003 [19]) au concept d’imageur de Fresnel.

Brièvement : une apodisation "classique", telle que que je l’ai étudiée par exemple, s’effectue en changeant la transmission d’une pupille depuis le centre vers le bord en utili- sant un filtre en amplitude. On peut ainsi obtenir la forme d’apodisation désirée, mais on perd en flux lumineux. Le principe du PIAA est de reconfigurer la distribution de lumière dans la pupille, de façon à ce que le flux soit plus important au centre de la pupille qu’à son bord. On peut ici aussi obtenir la distribution de lumière, donc la forme d’apodisa- tion désirée (une fonction prolate par exemple), mais cette fois en ne diminuant pas le flux lumineux. La pupille remodelée n’étant plus homothétique à la pupille d’entrée, les aberrations hors axe sont importantes. Le PIAAC reprend le dispositif PIAA et ajoute d’une part au foyer suivant la pupille remodelée un masque permettant d’éliminer l’étoile centrale, et d’autre part à la suite de ce masque un autre dispositif PIAA permettant de reconfigurer la pupille pour la rendre à nouveau homothétique à la pupille d’entrée, les objets hors axe retrouvant leur qualité d’image originelle. Ce dispositif présenterait de multiples avantages :

- du fait qu’on n’utiliserait plus de filtrage en transmission, il n’y a plus de perte de lu- mière ;

- corrélativement (Guyon 2003 [19]) plus de perte de résolution angulaire ;

- possibilité de travailler avec une fonction d’apodisation continue, et non plus sur une fonction d’apodisation devant être discrétisée sur un nombre fini de zones de Fresnel (sec.3.4).

- on travaillerait alors sur une pupille dont toutes les longueurs d’onde subiraient ensuite les mêmes optiques, contrairement au travail sur l’apodisation au niveau de la grille où les longueurs d’onde étaient ensuite plus ou moins diaphragmées par l’optique de champ. A noter que ces modifications de la répartition de la lumière en un plan pupille peuvent certainement s’anticiper au niveau du design de la grille, en modifiant la position des ouvertures de façon à ce que le front d’onde récupéré par l’optique de champ soit d’ores et déja déformé. D’autre part, la lentille de Fresnel blazée étant usinée de façon extrêmement précise et étant placée dans un plan pupille, sa forme de surface pourra elle aussi certai- nement être modifiée pour contribuer à la reconfiguration de pupille, en évitant l’ajout d’au moins une optique supplémentaire. Cette idée de reconfiguration de pupille, si elle est prometteuse, n’est pour l’heure pas étudiée en détail et n’est pas opérationnelle.

Deuxième partie

Définition, réalisation et performances

d’un prototype sol

Chapitre 6

Conception et réalisation du prototype

sol

6.1

Bref point historique

Laurent Koechlin commença à travailler sur le concept d’imageur de Fresnel au dé- but de l’année 2004 suite à une réunion entre Laurent (LATT) et Paul Duchon, Didier Massonnet, Christian Buil et Georges Otrio (CNES), dont Pierre Léna avait permis la rencontre. Laurent introduisit très vite l’idée d’utiliser une géométrie orthogonale de la grille, et proposa un stage de (à l’époque encore) DEA. J’y répondit, il m’accepta :) . Ainsi j’ai commencé à travailler sur le sujet Fresnel en mars 2004, pendant ce stage de DEA. A cette époque, le CNES a lancé un appel à propositions sur le thème "vol en formation", soit une demande à la communauté scientifique de concepts d’observatoires scientifiques utilisant le vol en formation, la définition (large) du vol en formation étant le contrôle de positions et d’attitudes de deux ou plusieurs modules les uns par rapport aux autres. Laurent décida de répondre à cet appel à idées sur le sujet de l’imageur de Fresnel, le vol en formation étant un besoin nécessaire pour un concept de grandes di- mensions étant donné les longues distances focales mises en jeu. Le projet étant jeune, Fresnel ne poursuit pas son aventure directement par une étude de phase 0, mais nous obtînmes un contrat de R&T pour le développement d’un prototype sol destiné à illustrer ce qui était à l’époque vu comme le point critique du projet : la possibilité d’obtenir une achromatisation "parfaite" de l’image. La possibilité théorique d’achromatiser une pièce optique dont la focale variait en 1_λ était développée depuis 1989 (Faklis et Morris 1989 [12]), et des tests avaient été réalisés dans le cadre de l’achromatisation d’une imagerie par hologramme, mais avec une qualité d’imagerie finale non mesurée et a priori limitée par des défauts achromatiques d’optiques.

Le contrat R&T nous permit de commencer à nous installer Laurent et moi en salle blanche du Centre d’Etudes Spatiale des Rayonnements en octobre 2005, et permit éga- lement d’embaucher Paul Deba en tant qu’ingénieur de recherche contractuel à la rentrée 2006. Pour donner une idée du calendrier tel qu’il fut depuis, nous pûmes voir les premières images achromatisées en utilisant une optique correctrice non blazée (donc simplement une grille homothétique de la grille primaire et utilisée à l’ordre -1) en avril 2006. J’ai conçu les outils permettant l’obtention de la lentille correctrice (chapitre 4) jusqu’aux environs de mai, et nous avons pu ensuite passer commande de la lentille blazée, pour

une réception fin septembre 2006. Nous avons par la suite pû tester l’efficacité de cette correction.

L’objectif premier de la maquette était donc la démonstration de la possibilité d’effec- tuer la correction du chromatisme de la grille. Mais étant donné que pour ce faire nous avons dû développer un prototype comportant l’ensemble des éléments d’un imageur de Fresnel, nous avons pu effectuer les mesures de résolution et dynamique voulues, effectuer des images à grand champ, bref faire ce que l’on peut imaginer pouvoir faire avec un télescope opérationnel contraint à rester dans une salle blanche. C’est ce prototype que je vais présenter dans ce chapitre.