Titre de la thèse
Développement de spectropolarimètres pour l’ultraviolet proche et lointain : de la conception à la validation expérimentale.
Composition du jury
- Antonella Barucci (Astronome, LIRA) : Présidente du jury
- Thierry Lépine (Professeur associé, Institut d’Optique) : rapporteur
- Frans Snik (!Professeur associé, Leiden University) : rapporteur
- Evelyne Alecian (chercheur CNRS, IPAG) : examinatrice
- Jean-Claude Bouret (Directeur de recherche CNRS, LAM) : examinateur
- Juan Larruquert (Professeur, CSIC) : examinateur
- Frank Brachet (CNES) : invité
- Coralie Neiner (CNRS Directrice de recherche , LIRA) : superviseur
- Jean-Michel Reess (Ingénieur de recherche, LIRA) : co-superviseur
Résumé
La spectropolarimétrie (la mesure de l’intensité et de la polarisation de la lumière en fonction de la longueur d’onde) permet des mesures uniques en astrophysique : elle donne accès, entre autres, aux champs magnétiques stellaires via les effets Zeeman et Hanle, à la géométrie de milieux circumstellaires non résolus via la diffusion, ainsi qu’aux atmosphères d’exoplanètes. Le domaine ultraviolet y est particulièrement précieux, car il concentre les raies de résonance des plasmas chauds fortement ionisés ainsi que la raie Lyman-α ; pourtant, aucun spectropolarimètre large bande n’y est aujourd’hui en opération. Les signatures polarisées recherchées sont faibles (typiquement inférieures à 0,1 % de l’intensité) ce qui impose une exactitude de mesure polarimétrique exigeante, de l’ordre de 10⁻³.
Cette thèse présente le développement de spectropolarimètres ultraviolets, de la conception optique à la validation expérimentale, dans le cadre de trois missions spatiales : le démonstrateur CASSTOR, la proposition SMEX Polstar et le concept d’instrument Pollux pour la future mission flagship de la NASA, Habitable Worlds Observatory (HWO). Ces missions partagent un même principe polarimétrique mais se déclinent en deux approches technologiques différentes dictées par la longueur d’onde.
Dans le proche et le moyen ultraviolet (118-380 nm), où les composants biréfringents transmissifs existent, un formalisme de Stokes-Mueller a été développé pour modéliser, optimiser et tolérancer des polarimètres fondés sur des empilements tournants de fines lames de MgF₂. Je l’ai appliqué aux polarimètres de CASSTOR, Polstar et Pollux. J’ai conçu, assemblé et aligné un banc de test sous vide dédié. Sa première lumière, la première reconstruction d’états de polarisation, ainsi que les premières mesures de polarisation sont rapportées ici.
En dessous de 120 nm, où aucun matériau transmissif et biréfringent n’existe, une architecture entièrement réflective s’impose. J’ai adapté le même formalisme de Stokes-Mueller pour permettre le développement du polarimètre FUV de Pollux (un modulateur à K-miroir tournant suivi d’un miroir analyseur). J’ai également adapté le banc de test à ce domaine, et un premier analyseur FUV a été fabriqué en collaboration avec une équipe madrilène.
Ces développements augmentent la maturité de la polarimétrie UV et alimentent directement la conception des spectropolarimètres de Pollux pour la future mission spatiale HWO.
