Imagerie différentielle de cohérence : une nouvelle technique de traitement du signal pour la première image d'une exoplanète en zone habitable (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 de développer et valider une techniques innovantes de post-traitement pour la détection d’exoplanètes. Contrairement aux méthodes traditionnelles, qui s’appuient sur la diversité angulaire ou spectrale pour différencier la lumière planétaire de la lumière stellaire, ce projet vise à exploiter une approche fondée sur la cohérence de la lumière: la Coherent Differential Imaging (CDI).
Cette thèse se concentrera sur deux approches complémentaires :
1) CDI par l’apprentissage automatique, en utilisant des réseaux de neurones convolutifs (CNN) entraînés sur des données simulées pour permettre une détection plus rapide et plus robuste des planètes ;
2) Développer une nouvelle méthode de CDI basée sur une autre technique de modulation, explorant ainsi son adaptation en tant que méthode de post-traitement sans modèle et en une seule image.Dans un premier temps, les outils de simulation coronographique existants, développés en Python, seront utilisés et améliorés pour concevoir des algorithmes innovants. Ensuite, des tests seront menés sur le banc d’essai THD2 à l’Observatoire de Paris afin de valider les performances de l’algorithme dans des conditions réalistes. Enfin, le ou la doctorant(e) participera à des campagnes d’observation au Very Large Telescope (VLT) au Chili, où l’algorithme sera testé avec l’instrument SPHERE+.
Activités
La thèse combinera simulation 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.
• 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 (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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