FIRST, de l’interférométrie fibrée à la lanterne photonique, ou comment repousser les limites de l’observation astronomique grâce à l’astrophotonique.
Le projet FIRST (Fibered Imager foR a Single Telescope) est né au début des années 2000 d’une idée originale visant à repousser les limites de la résolution angulaire des télescopes. Son principe consiste à transformer un télescope en interféromètre (un procédé de mesure qui utilise le phénomène d’interférence des ondes) en injectant la lumière collectée par différentes parties du télescope dans des fibres optiques, puis en la recombinant de manière cohérente. Cette technique permet de stabiliser la réponse du télescope tout en filtrant les aberrations optiques, et ainsi de restaurer sa résolution angulaire fondamentale limitée par la diffraction.
Après une phase de conception théorique et expérimentale, la démonstration sur le ciel a été menée notamment au télescope Subaru à Hawaï, en collaboration avec l’équipe SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme AO). Depuis, le projet a progressivement évolué pour intégrer de nouvelles technologies issues de l’astrophotonique, en particulier pour réaliser la recombinaison interférométrique des faisceaux par optique intégrée. Le défi de cette technologie, encore d’actualité, consiste à produire des composants fonctionnant sur une large gamme de longueurs d’onde tout en minimisant les pertes.
La dernière évolution majeure de l’instrument, appelée FIRST-PL, est basée sur l’utilisation d’une lanterne photonique. Cette fibre optique particulière permet de décomposer la lumière selon ses modes spatiaux, donnant accès à la haute résolution angulaire tout en améliorant considérablement la sensibilité de l’instrument. Grâce à cette innovation, FIRST-PL a permis d’atteindre une précision inédite pour mesurer de très faibles déplacements spatiaux en fonction de la longueur d’onde (spectro-astrométrie), ouvrant de nouvelles perspectives pour l’étude des exoplanètes en formation.
FIRST illustre ainsi une transformation progressive de ’instrumentation astronomique : en 25 ans, le projet est passé d’un concept théorique à un instrument photonique novateur. Il s’inscrit dans une dynamique continue de recherche et d’innovation, à l’interface entre optique fondamentale, développements technologiques et ambitions astrophysiques. À ce titre, FIRST montre comment l’instrumentation peut repousser les limites de l’observation et ouvrir de nouvelles fenêtres sur l’Univers.
Elsa Huby, astronome à l’Observatoire de Paris - PSL et spécialiste en instrumentation à haute résolution angulaire et à haut contraste
Les recherches de Elsa Huby se situent à l’interface entre physique, optique et observation astronomique, avec pour objectif de détecter et caractériser des planètes autour d’autres étoiles afin de mieux comprendre leur formation. Diplômée de l’Institut d’Optique, elle a réalisé sa thèse sur le projet FIRST, qui met en œuvre une technique interférométrique reposant sur des fibres optiques pour l’imagerie à haute résolution. Elle a ensuite poursuivi ses travaux en postdoctorat à l’Université de Liège, se spécialisant en coronographie et en méthodes dédiées au haut contraste. En 2017, elle a rejoint l’Observatoire de Paris - PSL en tant qu’astronome adjointe, où elle a pris la direction du projet FIRST. Ses travaux contribuent au développement de nouvelles approches en astrophotonique, notamment pour la recombinaison de faisceaux par optique intégrée ou via l’utilisation d’une lanterne photonique. Soutenu par un financement ANR Jeune Chercheuse Jeune Chercheur (2021–2025), ce projet a ouvert de nouvelles perspectives pour l’étude des exoplanètes en formation. Ses recherches participent au développement d’instruments de nouvelle génération pour les très grands télescopes et les futures missions dédiées à la détection et caractérisation
