Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse porte sur le développement et l’application de l’interférométrie de haut contraste pour la caractérisation des exoplanètes. Les imageurs à haut contraste tels que GPI et SPHERE ont permis la détection et l’étude de planètes géantes massives, mais leurs performances sont limitées aux grandes séparations orbitales supérieures à 10 unités astronomiques. L’instrument GRAVITY du VLTI a ouvert la voie à l’observation directe de planètes géantes plus proches de leur étoile, permettant les premières mesures simultanées de masse et de luminosité, mais il reste limité à la bande K entre 1,9 et 2,3 microns.

Ce projet vise à concevoir au LIRA, en collaboration avec l’ESO, un banc d’interférométrie en bande J, couvrant les longueurs d’onde entre 1,1 et 1,3 microns. L’ESO, ou Observatoire Européen Austral (European Southern Observatory, www.eso.org), est une organisation intergouvernementale qui conçoit, construit et exploite des observatoires astronomiques parmi les plus performants au monde, principalement situés au Chili. Elle regroupe plusieurs États membres européens et met à disposition de la communauté scientifique internationale des infrastructures de pointe telles que le Very Large Telescope (VLT) et le futur Extremely Large Telescope (ELT).

L’objectif du projet est de permettre l’observation et la caractérisation détaillée de jeunes planètes géantes comme Beta Pictoris c, de détecter des planètes en lumière réfléchie afin d’en mesurer l’albédo, et d’améliorer la précision astrométrique du VLTI pour rechercher d’éventuelles exolunes. Ce développement instrumental doit intégrer la capacité a injecter des faisceaux à courtes longueurs d’onde dans des fibres optiques monotones, a recombiner la lumière sur des circuits en optique intégrée, la gestion des effets de polarisation, ainsi que la mise en place d’une métrologie laser en bande J pour compenser les erreurs de chemin optique.

Le travail de thèse comprend à la fois un volet astrophysique et un volet instrumental. Sur le plan astrophysique, il s’agira d’analyser des jeux de données existants, notamment issus des programmes ExoGRAVITY et MATISSE, afin d’étudier les atmosphères et les orbites planétaires, de publier les résultats et de les présenter en conférence internationale. Ce travail impliquera également l’utilisation et l’amélioration d’outils de réduction de données, notamment dans le contexte du mode à très faible séparation développé pour GRAVITY+. Sur le plan instrumental, le doctorant participera à l’assemblage et au réglage du banc optique, à la conception de puces d’optique intégrée en collaboration avec Teem Photonics, et à la mise en œuvre de solutions pour réduire les limitations de contraste dues aux effets de polarisation et aux variations du chemin optique.

À terme, la réussite de ce projet ouvrira la voie à des observations multi-longueurs d’onde combinant les bandes J, K et L pour sonder les jeunes géantes proches de la ligne des glaces, offrant ainsi une meilleure compréhension de la population des planètes géantes. Le doctorant bénéficiera d’un environnement scientifique riche au LIRA, reconnu pour son expertise en instrumentation interférométrique et en études exoplanétaires, ainsi que de collaborations internationales étroites avec l’ESO et d’opportunités de déplacements en Europe et au Chili.

Contexte de travail

Le LIRA, héritier direct du LESIA est fort à la fois d’une grande tradition interférométrique et instrumentale (se traduisant par une implication directe dans le projet GRAVITY+, mais aussi les missions PLATO et ARIEL, l’instrument RPW sur Solar Orbiter, ou encore MICADO pour l’ELT), ainsi que d’une expertise importante et grandissante sur les exoplanètes. Il constitue tout à la fois un centre d’expertise sur le haut contraste (notamment via la banc THD), ainsi qu’un centre névralgique pour GRAVITY+ et la collaboration ExoGRAVITY.
Le sujet trouverait un positionnement naturel à l’interface du pôle « Haute-Résolution Angulaire en Astronomie (HRAA) » et du pôle « Systèmes exoplanétaires ».
Le projet sera mené en collaboration étroite avec l’ESO, et des déplacements à Garching (près de Munich, Allemagne) sont à prévoir.