Optique adaptative pour des liaisons optiques en espace libre à l'échelle kilométrique en interférométrie infrarouge // Adaptive Optics for Kilometer-Scale Free-Space Optical Links in Infrared Interferometry

L'interférométrie est l'un des outils les plus puissants de l'astronomie moderne. En combinant la lumière de plusieurs télescopes, elle crée un « télescope virtuel » dont la taille effective correspond à leur séparation (la base). Plus la base est grande, plus les détails résolus sont fins. Avec des bases allant jusqu'à 130 m, le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) permet déjà de révéler les mouvements des étoiles autour du trou noir du centre galactique, de sonder les régions internes des systèmes protoplanétaires et d'étudier la structure des noyaux actifs de galaxies. Étendre la base à l'échelle kilométrique ouvrirait un régime entièrement nouveau, permettant aux astronomes de résoudre des structures de seulement quelques dizaines de microsecondes d'arc, y compris l'environnement immédiat des trous noirs supermassifs ou des structures atmosphériques sur des exoplanètes proches.

Atteindre de telles bases nécessite de transporter la lumière collectée sur 1 à 2 km tout en préservant la qualité de son front d'onde. Cela représente un défi majeur, car la propagation horizontale près du sol est dominée par une turbulence forte et rapidement variable. Sur de telles distances, le faisceau ne se contente pas de se dégrader spatialement : il scintille, dérive et accumule des distorsions complexes. L'interférométrie exige une stabilité du front d'onde de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. Bien que des liaisons optiques en espace libre (FSO) assistées par optique adaptative existent en télécommunications laser, l'interférométrie astronomique impose des contraintes bien plus strictes.

La thèse proposée visera à développer un système d'optique adaptative capable de stabiliser un faisceau stellaire proche infrarouge sur une liaison FSO à l'échelle kilométrique, ouvrant ainsi la voie à de futures infrastructures interférométriques à très longue base.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Interferometry is one of the most powerful tools in modern astronomy. By combining the light from several telescopes, it creates a “virtual telescope” whose effective size is the separation between them (the baseline). The larger the baseline, the finer the details that can be resolved. With baselines up to 130 m, the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) already reveals the motions of stars around the Galactic Center black hole, probes the inner regions of protoplanetary systems, and studies the structure of active galactic nuclei. Extending the baseline to the kilometer scale would unlock an entirely new regime, allowing astronomers to resolve features only a few tens of micro-arcseconds across, including the immediate surroundings of supermassive black holes or atmospheric structures on nearby exoplanets.

Achieving such baselines requires transporting the collected light over 1–2 km while preserving its wavefront quality. This is extremely challenging, since horizontal near-ground propagation is dominated by strong, rapidly varying turbulence. Over these long paths, the beam not only blurs but also scintillates, wanders, and accumulates complex distortions. Interferometry demands wavefront stability at the level of a few tens of nanometers. While AO-assisted Free-Space Optics (FSO) links exist in laser communications, astronomical interferometry imposes far tighter constraints.

The proposed PhD will develop an AO system capable of stabilizing a near-infrared stellar beam over a kilometer-scale FSO link, paving the way for future ultra-long-baseline interferometric arrays.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2026

Cifre

CIFRE ANRT

Aix Marseille Université

352 Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière

Le ou la candidat(e) idéal(e) est titulaire d'un Master en optique, physique, ingénierie ou astronomie, avec un fort intérêt pour l'optique adaptative, la propagation atmosphérique et l'instrumentation scientifique. Une expérience en simulation numérique, en optique de Fourier ou en contrôle temps réel serait appréciée, et une familiarité avec des bancs d'optique adaptative constitue un atout, sans être indispensable. La curiosité, l'autonomie et la motivation à travailler à l'interface entre théorie, simulation et expérimentation seront essentielles.
The ideal candidate has a Master's degree in optics, physics, engineering, or astronomy, with a strong interest in adaptive optics, atmospheric propagation, and scientific instrumentation. Experience in numerical simulation, Fourier optics, or real-time control is helpful, and familiarity with AO benches is an asset but not mandatory. Curiosity, autonomy, and motivation to work at the interface between theory, simulation, and experiment will be essential.