Note publique d'information : Cette thèse a été réalisée entre 2014 et 2017 en vue de la préparation d'une mission
probatoire du projet Imageur de Fresnel permettant de réaliser des observations astronomiques
dans le domaine ultraviolet (UV). Il s'agit d'un modèle de télescope spatial diffractif
imaginé et développé principalement par Laurent Koechlin depuis 2004. Son optique
primaire est une grille de Fresnel, optique très légère (de l'ordre du kilogramme)
parfaitement adaptée pour servir à une mission d'observation spatiale de très grande
envergure, utilisant le principe des réseaux zonés de Fresnel. Afin de prouver la
faisabilité d'une mission probatoire sur la Station Spatiale Internationale (ISS)
fonctionnant dans l'ultraviolet, l'instrument doit d'abord faire la preuve de ses
performances au sol. Le premier objectif a donc été de concevoir un nouveau prototype
sol adapté à l'observation dans l'ultraviolet. Cela a nécessité la définition d'une
nouvelle configuration de l'ensemble du système imageur, ainsi que la réalisation
de nouvelles optiques, et en particulier celle du correcteur du chromatisme induit
par la grille d'un nouveau genre. Il s'agit d'un miroir de Fresnel blazé concave,
qui a été réalisé pour la première fois avec succès. Le second a été de perfectionner
le modèle de grille de Fresnel, afin d'en améliorer ses qualités de haut contraste
en conservant sa résolution maximale. Cela s'est fait par la modification des barreaux
de maintien des anneaux, ainsi que par l'application d'une apodisation adaptée à cette
optique particulière. La nouvelle grille du prototype d'une largeur de 65 mm seulement,
permet théoriquement d'atteindre une dynamique de 10^6 à 15 resels (éléments de résolution),
probablement meilleure avec la grille qui sera utilisée pour la mission probatoire,
et bien supérieure encore avec les grilles de grandes dimensions si un jour elles
sont utilisées pour l'astrophysique UV.
Note publique d'information : This Ph.D. thesis work was made between 2014 and 2017, in order to prepare a probatory
mission of the Fresnel Imager for astronomical observations in the ultraviolet (UV)
domain. The Fresnel Imager is a concept of diffractive telescope created and developed
mainly by Laurent Koechlin since 2004. Its primary optics is a Fresnel grid: a very
light weight optics (in the range of kilograms) using the principle of Fresnel zone
plates. Fresnel arrays are adapted to large apertures in space. In order to prove
the feasibility of a probatory mission on the International Space Station (ISS), the
instrument has first to prove its performances on the ground. The initial goal of
my thesis was to conceive a new prototype adapted to UV. This required a new configuration
of the entire imaging system, as well as the realization of new optics, particularly
those correcting the chromatism induced by that new kind of diffractive imaging. This
chromatic corrector is a concave blazed Fresnel mirror, which has been successfully
realized for the first time. The second goal was to improve the design of the Fresnel
grid, in order to enhance its high contrast performances while preserving its diffraction-limited
resolution. This was obtained by modifying the setup which holds the rings in place,
as well as by the application of an apodization adapted to this particular optics.
The new Fresnel grid in the prototype is 65 mm x 65 mm only, but its point spread
function reaches a dynamic range of 10^6 at 15 resels (resolution element) from center.
This will be further improved when a slightly larger array planned for the probatory
mission on the ISS. Later, space missions could feature Fresnel grids several meters
in size, yielding diffraction-limited images in the UV.
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