Analyseurs de surface d'onde à filtrage de Fourier pour les optiques adaptatives des télescopes géants – WOLF

L'Europe vient de lancer la construction du plus grand télescope au sol : l’E-ELT. En opération d'ici 2024, ce géant de 40m inaugurera une nouvelle ère en astronomie. Il permettra de répondre à des questions fondamentales depuis la recherche et la caractérisation de planètes extra-solaires (le but ultime étant l'imagerie d'exo-terres) à la formation et à l'évolution des premières galaxies de l'univers.

L'optique adaptative, en corrigeant en temps réel des aberrations introduites par l'atmosphère, est indispensable pour atteindre les performances ultimes des télescopes au sol.Les analyseurs de front d'onde [ASO] sont au cœur de cette instrumentation de pointe. Pour la caractérisation des planètes extrasolaires ou l'étude des galaxies lointaines avec l'E-ELT, des gains d'un ordre de grandeur sur la sensibilité, précision ultime, la rapidité de mesure, la linéarité, la dynamique et la robustesse des ASO existants sont nécessaires. C'est l'objectif fixé par le projet WOLF.

Pour cela, nous nous appuierons sur une nouvelle famille d'ASO - les analyseurs à filtrage de Fourier. Notre groupe (ONERA et LAM) vient très récemment de proposer un formalisme mathématique rigoureux qui permet de décrire et d'étudier à la fois qualitativement et quantitativement les propriétés tout à fait remarquables de ces analyseurs. Le projet WOLF exploitera ce formalisme afin de concevoir des analyseurs innovants optimisés en fonction des conditions d'utilisation (sensibilité, performance ultime, linéarité, robustesse ...).

WOLF doit ainsi fournir un ensemble de nouveaux analyseurs, entièrement testés, validés et prêts à être mis en œuvre sur les futurs instruments de l'E-ELT. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le plan de travail se divise en trois étapes de complexité croissante - chacune représentant un jalon clé du projet :
1. Des développements théoriques et conceptuels s'appuyant sur des outils de simulation complets. Cette première étape permettra de proposer les concepts d'analyseurs innovants et d'en quantifier les performances théoriques ;
2. La réalisation de prototypes et leur validation en laboratoire en utilisant un banc d'expérimentation unique, développé au LAM. Cette étape permettra d'assoir les performances des senseurs et de mettre au point les processus d'étalonnage et les modes opératoirespermettant leurs optimisation ;
3. Une validation sur le ciel en utilisant le télescope de 4-m (William Herschell Telescope [WHT]) et sa plateforme d'OA CANARY. Les prototypes développés seront testés dans des conditions les plus réalistes possibles. Cette étape, bien que comportant des risques inhérents à toute démonstration sur un télescope astronomique, présente un intérêt potentiel énorme : elle permettra d'atteindre un niveau de maturité compatible avec une future utilisation dans des instruments opérationnels.

L'équipe impliquée dans WOLF regroupe les experts européens du domaine autours de 3 instituts français - L'ONERA, le LAM (Observatoire de Marseille) et le LESIA (Observatoire de Paris) - et de 3 partenaires Européens associés : INAF Arcetri, INAF Padova et Université de Durham. Le projet bénéficiera des outils de simulation et des infrastructures de l'ONERA et du LAM pour les tests en laboratoires et d'un accès privilégié au WHT grâce au LESIA et à l'Université de Durham.
En conclusion, Le projet WOLF bénéficie d'une synergie unique entre laboratoires Européens. Il s'insère parfaitement dans la stratégie nationale de développements instrumentaux liés à l'E-ELT. Il sera le complément idéal aux études conceptuelles de nouveaux systèmes d'OA et permettra de les pousser vers leurs limites ultimes en termes de performance et de robustesse. Ainsi, WOLF sera une étape clé dans le développement de la prochaine génération de systèmes d'OA pour les 20 prochaines années qui permettront de faire des percées majeures en astrophysique.