Combiner la spectroscopie à champ intégral et la coronographie : nouvelles techniques optiques pour imager les exoplanètes en zone habitable avec les futurs instruments spatiaux et au sol (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

L’imagerie directe des exoplanètes représente l’un des domaines les plus passionnants et en pleine expansion de l’astronomie contemporaine. Cette méthode permet d’étudier les atmosphères des exoplanètes en capturant directement la lumière émise ou réfléchie par ces mondes lointains. Bien que la technologie actuelle permette déjà de caractériser les grandes planètes gazeuses, l’objectif ultime de l’imagerie directe est d’étendre cette capacité aux planètes de type terrestre. Une telle avancée permettrait de mesurer la composition de leurs atmosphères, voire de rechercher des biosignatures potentielles, marquant ainsi une étape majeure dans notre compréhension des systèmes planétaires au-delà du nôtre. Cependant, le contraste extrême entre la luminosité des étoiles hôtes et la faible lumière de leurs planètes en orbite constitue un défi instrumental redoutable. Détecter une exoplanète dans ce contexte revient à repérer une luciole à côté d’un phare depuis des milliers de kilomètres.
Les coronographes sont des instruments optiques sophistiqués spécialement conçus pour relever ce défi. Leur fonction principale est d’atténuer la lumière aveuglante des étoiles, permettant ainsi de détecter le signal bien plus faible des exoplanètes. La prochaine génération de télescopes géants, incluant le Extremely Large Telescope (ELT) européen au Chili et le Habitable Worlds Observatory (HWO), la prochaine mission phare de la NASA, s’appuiera fortement sur ces techniques coronographiques avancées. Ces télescopes visent à imager des planètes de type terrestre situées dans les zones habitables des étoiles proches. Le Planetary Camera and Spectrograph (PCS), un instrument coronographique de deuxième génération prévu pour l’ELT, est spécifiquement conçue pour explorer les zones habitables autour des naines rouges, où des planètes rocheuses pourraient potentiellement exister. Parallèlement, HWO se concentrera sur la détection de planètes dans les zones habitables autour d’étoiles similaires à notre Soleil. Ces deux missions ambitieuses nécessitent le développement de nouvelles techniques coronographiques pour atteindre les niveaux extrêmes de suppression de la lumière stellaire nécessaires à la détection de ces mondes lointains et ténus.
Le projet ECHOES, dirigé par Johan Mazoyer et financé par l'European Research Council (ERC), vise à faire progresser de manière significative le domaine de l’imagerie des exoplanètes en développant des techniques coronographiques innovantes adaptées à ces missions. Cette offre de thèse est déjà intégralement financée dans le cadre du projet ERC ECHOES.
L’objectif principal de cette thèse est d’intégrer les coronographes avec des optiques activement contrôlables, telles que les miroirs déformables, et des technologies multi-longueurs d’onde (spectroscopie à champ intégral), afin de créer des régions dans l’image où la lumière stellaire est activement supprimée pour révéler des exoplanètes cachées qui seraient autrement perdues dans l’éclat de leurs étoiles hôtes. Le but principal de cette thèse est de développer un nouvel algorithme actif capable de réaliser une suppression en temps réel de la lumière stellaire sur toutes les longueurs d’onde.
Le ou la candidat(e) commencera par développer le nouvel algorithme en simulation, en utilisant des outils de calcul avancés pour modéliser et affiner ses performances. Ensuite, il ou elle validera l’efficacité de l’algorithme dans des conditions de laboratoire contrôlées, en utilisant une plateforme expérimentale optique à l’Observatoire de Paris. Cette étape est cruciale pour garantir la robustesse et la fiabilité de l’algorithme. Enfin, le ou la candidat(e) aura l’opportunité de démontrer les capacités de l’algorithme au Very Large Telescope au Chili, où il sera rapidement appliqué à la détection et à la caractérisation des exoplanètes.

Activités
Le doctorat combinera simulation, ingénierie optique et validation expérimentale :
• Traitement d’images et algorithmes de contrôle : Utiliser et développer des outils de simulation coronographique existants en Python pour concevoir des algorithmes innovants.
• Ingénierie optique : Collaborer avec un ingénieur opticien pour intégrer un prototype d’IFS (spectrographe à champ intégral) sur le banc d’essai expérimental THD2.
• Physique expérimentale : Réaliser des tests sur le banc THD2 pour valider les performances des algorithmes dans des conditions réalistes.
• Observations sur le ciel : Participer à des campagnes d’observation au VLT (Very Large Telescope) au Chili pour tester les algorithmes avec l’instrument SPHERE+.
Compétences
ECHOES est un projet interdisciplinaire qui valorise les compétences diverses : nous accueillons les candidats issus d'horizons très variés, même si vous n'avez jamais étudié l'astrophysique auparavant ! Les candidats doivent être titulaires d'un master en physique ou en astrophysique, en optique ou en informatique, et s'intéresser à l'instrumentation, au travail expérimental ou au traitement du signal. Une expérience en programmation (Python) est indispensable. Le candidat travaillera dans un environnement collaboratif, interdisciplinaire et international : la maîtrise de l'anglais, à l'écrit comme à l'oral, est requise pour une communication scientifique efficace.

Votre Environnement de Travail

Le ou la candidat·e retenu·e rejoindra l’équipe exoplanètes du LIRA / Observatoire de Paris - PSL. Notre équipe, et en particulier le Dr Mazoyer, s’engage à promouvoir un environnement de travail diversifié et dynamique en recrutant activement des personnes de tous genres et de toutes nationalités. Au sein de l’Observatoire de Paris, la plus ancienne institution de recherche astronomique au monde, notre équipe est l’un des plus grands et des plus dynamiques groupes de recherche sur les exoplanètes en Europe, notamment dans le domaine de l’imagerie directe. Les chercheurs du LIRA ont joué un rôle clé dans la conception de la plupart des instruments actuels et futurs dédiés à l’imagerie directe, offrant ainsi un accès privilégié à ces outils : au Very Large Telescope (VLT / SPHERE) et son interféromètre associé (VLTI / GRAVITY), pour le James Webb (coronographe MIRI), mais aussi dans les instruments de demain comme le Roman Coronagraphic Instrument (la prochaine mission d’imagerie à haut contraste de la NASA) et MICADO (l’instrument de première lumière de l’Extremely Large Telescope).
Ce projet offre un réseau collaboratif riche, en interaction avec des expert·e·s de premier plan en optique, astrophysique et apprentissage automatique, issus d’institutions telles que l’ESO, la NASA et l’ONERA. Cette thèse en instrumentation astronomique pour les missions spatiales futures se situe à l’intersection de l’ingénierie et de l’astrophysique, une opportunité interdisciplinaire unique dans un domaine très prometteur. Elle représente une excellente occasion pour les candidat·e·s souhaitant entamer une carrière académique à fort impact, mais ouvre également des perspectives professionnelles passionnantes dans les agences spatiales ou l’industrie, notamment dans les secteurs de l’optique, de l’aérospatial ou de l’instrumentation high-tech.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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