L'objectif de la mission spatiale Darwin de l'ESA est la détection directe, dans le domaine de l'infrarouge thermique, de planètes extra-solaires de type Terre autour d'étoiles proches et de rechercher des traces de vie dans l'atmosphère éventuelle via la spectroscopie.<br />L'un des points durs technologiques de réalisation de l'instrument est la maîtrise de l'interférométrie à frange noire, et en particulier la recombinaison de quatre ondes et l'introduction sur deux d'entre elles d'un déphasage de pi achromatique.<br />Ce manuscrit présente l'étude d'un système compact de recombinaison, répondant à ces deux exigences : la cascade de CIA.<br />Dans un premier temps, la contexte scientifique de la mission Darwin est décrit et l'état des lieux des avancées réalisées est dressé.<br />Dans un deuxième temps, le principe et l'étude de faisabilité de la cascade sont détaillés, comprenant l'analyse des contraintes que posent son application au mode coronographique de Darwin et l'établissement des spécifications instrumentales associées. L'apport d'un filtrage spatial des fronts d'onde est aussi étudié.<br />Dans un troisième temps, les technologies en développement, susceptibles d'apporter de nouvelles solutions aux obstacles technologiques rencontrés, et le projet GENIE, précurseur au sol de Darwin sont succinctement décrits.<br />Les spécifications instrumentales établies sont réalisables, à la vue des performances technologiques accessibles à ce jour. Au terme de l'étude, il apparaît donc que la cascade de CIA pourrait être une solution alternative au mode de recombinaison de la mission Darwin.

L'interférométrie annulante est une technique d'observation qui devrait permettre aux missions spatiales DARWIN (Agence Spatiale Eurpéeenne) ou TPF-I (NASA), de détecter et de caractériser spectralement l'atmosphère de planètes extra-solaires de type tellurique et de trouver d'éventuelles bio-signatures.<br /><br />Ce travail de thèse est une étude théorique et expérimentale de cette technique. Après une présentation du contexte astrophysique justifiant l'utilisation de tels instruments, ce manuscrit se focalise sur le problème de l'obtention expérimentale des niveaux d'extinction interférométrique requis pour la détection de planètes (10-5) ainsi que leur stabilisation (elle aussi indispensable à la détection de planètes).<br /><br />Un banc banc interférométrique : NULLTIMATE a été conçu pour la caractérisation expérimentale de déphaseurs achromatiques, l'un des composants optiques essentiels d'un interféromètre annulant. Cet interféromètre de laboratoire doit fonctionner dans la bande spectrale du futur instrument : 618 µm. Il a été conçu pour fonctionner à basse température. Il devrait permettre de caractériser quatre types de déphaseurs achromatiques différents, à la fois en mesurant des niveaux d'extinction élevés (de l'ordre de 10-5) et en mesurant le déphasage introduits par ces déphaseurs en fonction de la longueur d'onde. Ce banc pourra enfin être un bon laboratoire pour tester des techniques de stabilisation de l'extinction.

J'ai soutenu ma thèse en 1991, au sein du groupe d'optique non linéaire de l'Institut d'Optique (groupe dirigé par le professeur Alain Brun). Le sujet était : "Étude et réalisation de lasers solides à modes couplés (YAG dopé néodyme et saphir dopé titane), compression d'impulsions". Au cours de ces travaux, j'ai travaillé sur la conception et le développement de nouvelles sources laser à impulsions très brèves (picosecondes et femtosecondes). En particulier, à cette époque, l'apparition du laser à saphir dopé titane femtoseconde est apparue très novatrice pour tous les laboratoires concernés. Il s'agissait de la première thèse soutenue en France sur ce sujet. <br />En 1991 et 1992, j'ai travaillé (en CDI) à Thales Optronics (Guyancourt), au sein de la direction scientifique. Je me suis intéressé aux développements des radars laser, ainsi qu'aux nouvelles sources " laser " basées sur les effets paramétriques. <br />En octobre 1992, j'ai été recruté comme maître de conférences au sein de l' École Supérieure d'Optique. J'ai tout naturellement poursuivi le développement de nos sources laser et leurs adaptations aux besoins de nos recherches menées dans le cadre de l'étude des propriétés optiques non linéaires de différentes classes de matériaux. Avec l'équipe, nous nous sommes donc attachés à améliorer leurs performances, notamment en leur apportant une plus grande fiabilité pour qu'elles deviennent réellement des outils pour nos expériences. <br />Les nouveaux besoins en longueurs d'onde qui ne pouvaient pas être issues directement d'un laser m'ont conduit à m'intéresser aux effets non linéaires, et plus particulièrement au mélange à trois ondes (amplification et oscillation paramétrique), en régime femtoseconde puis nanoseconde. <br />Ces nouvelles sources ont conduit à des applications originales. En particulier, l'étude de l'amplification paramétrique en régime femtoseconde a débouché sur la possibilité de voir à travers les milieux diffusants. Nous avons aussi utilisé ces sources pour étudier la dynamique femtoseconde de films minces de VO2. <br />En 1999-2000, j'ai eu l'opportunité de rejoindre en tant " qu'opticien expert " un groupe de travail consacré à la mission spatiale Darwin (coronographie interférentielle). Ce groupe ne comprenait pas d'opticien instrumentiste, et les compétences que j'avais acquises à travers mes enseignements se sont révélées de plus en plus utiles. J'ai donc progressivement abandonné ma première activité " lasers, optique non linéaire et applications ", pour m'investir de plus en plus dans l'équipe " exoplanètes " dirigée par Alain Léger, à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) d'Orsay. <br />En septembre 2003, j'ai quitté Orsay, pour venir travailler à plein temps au sein de la nouvelle antenne de l'Institut d'Optique, à Saint Étienne. J'ai néanmoins poursuivi ma collaboration avec IAS, et commencé mon intégration au sein du laboratoire TSI (Traitement du signal et Instrumentation, UMR 5516). <br />Cette synthèse des travaux auxquels j'ai participé comprend trois parties : une première sur les sources laser et l'optique non linéaire, une deuxième sur les applications des sources développées au laboratoire et enfin la dernière sur l'imagerie haute résolution et haute dynamique.