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L'observation des exoplanètes pose deux problèmes : le contraste entre la planète et l'étoile et leur très faible séparation. L'une des techniques permettant de résoudre ces difficultés est l'interférométrie en frange noire : deux pupilles sont recombinés pour faire une interférence destructive sur l'étoile, et leur base est réglée pour que l'interférence soit constructive sur la planète. Cependant, pour garantir une extinction suffisante de l'étoile, la différence de trajet optique entre les faisceaux doit être de l'ordre du nanomètre, et le pointage meilleur que le centième de tache d'Airy, malgré les perturbations extérieures.Pour valider les points critiques d'une telle mission spatiale, un démonstrateur de laboratoire, PERSÉE, a été défini par un consortium dirigé par le CNES et incluant l'IAS, le LESIA, l'ONERA, l'OCA et Thales Alenia Space puis intégré à l'Observatoire de Meudon. Ce banc simule une mission spatiale dans son ensemble (interféromètre et cophasage nanométrique). Son objectif est de délivrer et maintenir une extinction de 10^-4 stabilisé à mieux que 10^-5 sur plusieurs heures, en présence de perturbations typiques que l'on injecte.Mon travail de thèse a consisté à intégrer le banc en étapes successives et à développer des procédures d'étalonnage. Ceci m'a aidé à caractériser les différents éléments critiques séparément avant de les regrouper. Après avoir mis en œuvre les boucles de contrôle du cophasage, leur analyse précise m'a permis de réduire à 0,3 nm rms le résidu de différence de marche, et à 0,4 % de la tache d'Airy le résidu de tip/tilt, malgré la présence de perturbations d'une dizaine de nanomètres d'amplitude, constituées de plusieurs dizaines de fréquences vibratoires entre 1 et 100 Hz. Cela a été possible grâce à l'implémentation d'un contrôleur linéaire quadratique gaussien, paramétré par la mesure préalable de la perturbation pour la réduire au maximum. Grâce à ces très bons résultats, j'ai pu obtenir un taux d'extinction record sur la bande [1,65 – 2,45] µm de 8,8x10^-6 stabilisé à 9x10^-7 sur quelques heures, soit une décade meilleure que les spécifications initiales. L'extrapolation de ces résultats au cas d'une mission spatiale montre que les performances attendues sont atteignables si le flux disponible est suffisamment important. Avec des télescopes de 40 cm et une fréquence d'asservissement de l'ordre de 100 Hz, des étoiles de magnitude inférieure à 9 devraient être observables. / There are two problems with the observation of exoplanets: the contrast between the planet and the star and their very low separation. One technique solving these problems is nulling interferometry: two pupils are recombined to make a destructive interference on the star, and their base is adjusted to create a constructive interference on the planet. However, to ensure a sufficient extinction of the star, the optical path difference between the beams must be around the nanometer, and the pointing must be better than one hundredth of Airy disk, despite the external disturbances.To validate the critical points of such a space mission, a laboratory demonstrator, PERSÉE, was defined by a consortium led by CNES, including IAS, LESIA, ONERA, OCA and Thales Alenia Space and integrated in Meudon Observatory. This bench simulates the entire space mission (interferometer and nanometric cophasing system). Its goal is to deliver and maintain an extinction of 10^-4 stable at better than 10^-5 over a few hours in the presence of typical injected disturbances.My thesis work consisted in integrating the bench in successive stages and to develop calibration procedures. This helped me to characterize the critical elements separately before grouping them. After having implemented the control loops of the cophasing system, their precise analysis helped me to reduce down to 0.3 nm rms the residual OPD, and 0.4 % of the Airy disk the residual tip/tilt, despite disturbances of tens of nanometers, consisting of several tens of vibrational frequencies between 1 and 100 Hz. This has been achieved by the implementation of a linear quadratic Gaussian controller, parameterized by the preliminary measurement of the disturbance to minimize. Thanks to these excellent results, I obtained on the band [1.65 – 2.45] µm a record null rate of 8.8x10^-6 stabilized at 9x10^-7 over a few hours, a decade better than the original specifications. An extrapolation of these results to the case of a space mission shows that the expected performance is achievable if the available flux is sufficiently important. With telescopes of 40 cm and a control frequency around 100 Hz, stars brighter than magnitude 9 should be observable.

La fluorescence induite par laser multibande est une technique non intrusive permettant d’accéder à la température de la phase liquide dans des milieux complexes. L’application de cette technique dans des liquides monophasiques où le chemin optique est variable (produit de la concentration moléculaire du traceur et de la distance dans le milieu liquide entre le volume de mesure et l’optique de détection) a été considérée. Le rapport des intensités de fluorescence collectées sur deux bandes spectrales permet de s’affranchir de la concentration en traceur fluorescent, de l’intensité laser incidente et du volume de mesure. Une troisième bande spectrale de détection permet de prendre en compte le terme de ré-absorption de la fluorescence dans le cas de chemins optiques non-négligeables et variables. Puis l’application de la technique à la mesure de la température de la phase liquide d’un spray est présentée. Un traitement spécifique du signal a été développé afin de tenir compte de la nature aléatoire du signal de fluorescence liée à la présence de gouttes dans le volume de mesure. De plus, ce traitement a été adapté afin de rendre possible le couplage des données de fluorescence avec des mesures granulométriques effectuées par la technique phase Doppler dans la perspective finale d’obtenir des températures de goutte par classe de taille. Cependant plusieurs phénomènes perturbateurs ont été mis en évidence : - une dépendance inattendue et non linéaire à la taille de goutte du rapport des intensités de fluorescence collectées sur deux bandes spectrales. - une forte diffusion de la lumière laser incidente par le nuage de gouttelettes induit une fluorescence bien au delà de la zone d’excitation laser. Cette fluorescence parasite est néanmoins détectée dans la profondeur de champ du dispositif optique et se conjugue avec l’effet non-linéaire de la taille des gouttes. Une stratégie de correction de ces différents phénomènes est proposée et une expérience de validation est réalisée sur un spray chauffé injecté dans une cellule saturée en vapeur / Multiband laser-induced fluorescence is a non-intrusive technique able to provide a measurement of the liquid phase of complex media. The application of this technique in single phase liquids, with a variable optical path (product of the fluorescent tracer molecular concentration by the distance between the probe volume and the collection optics in the liquid) was considered. The ratio of the fluorescence intensities collected on two spectral bands allows removing the influence of the fluorescence tracer concentration, incident laser intensity and probe volume. A third spectral band of detection is used to take into account the re-absorption of the fluorescence in the case of non negligible and variable optical paths. Then, the application of this technique to the measurement of the temperature of the liquid phase of a spray is presented. A specific data processing was developed in order to take into account the random presence of droplets in the probe volume. Moreover, the processing was adapted to achieve combined fluorescence and droplet size measurements using the phase Doppler technique. The overall foreseen goal is to measure temperature per droplet size class. However, several disturbing phenomena were highlighted: - an unexpected non-linear dependence on the droplet size of the ratio of the fluorescence intensities collected on two spectral bands, - a strong incident laser light scattering by the droplets cloud, which induces a fluorescence beyond the excitation zone. This fluorescence is also collected in the depth of field of the optical device and combines with the non-linear size dependence. A correction strategy of these phenomena was implemented and a validation experiment on a heated spray injected in a vapour-saturated cell was performed

In astronomy, interferometry by ground-based telescopes offers the greatest angular resolution. However, the Earth´s atmosphere distorts the incident wavefront from a celestial object, leading to blurring and signal loss. It also restricts the transmission of specific wavelengths within the electromagnetic spectrum. Space-based interferometers would mitigate atmospheric obstruction and potentially enable even higher angular resolutions. The main challenge of implementing space-based interferometry is the necessity of matching the light´s optical path differences at the telescopes within the coherence length of the light utilizing physical delay lines. This thesis explores the potential realization of digital delay lines via heterodyne interferometry. The technique generates a heterodyne beat note at the frequency difference between the incident stellar light and a reference laser in the radio regime, permitting digitization of the delay line while preserving the phase information for image reconstruction. The primary objective of the thesis is to advance the field of astronomy by constructing a testbed environment for investigating future space-based heterodyne interferometry in the NIR light range. It requires the achievement of two main tasks. Firstly, a laboratory starlight simulator is developed to simulate a distant star´s wavefront appearance as it reaches telescopes on or around Earth. The consequent starlight simulator contains an optical assembly that manifests a point source in NIR light, aligned with a mirror collimator’s focal point, transforming the wavefront from spherical to planar. Secondly, a fiber optical circuit with interference capability is constructed, consisting of a free-space optical delay line and a polarization-controlled custom-sized fiber. The delay line matches the optical paths within the light's coherence length, while the polarization controller optimizes interference visibility. The completion of the tasks establishes the foundation to investigate space-based heterodyne interferometry in the NIR light with the potential implementation of delay line digitization.

This Master's thesis discusses about the measurement of the carbon dioxide concentration in breathing by an optical analyzer using infrared absorption spectroscopy. The method is described with the technical focus on individual components needed for subsequent implementation. A circuit diagram is created to produce Arduino platform devices that serve as hardware to connect and power individual parts and software to create a user environment, followed by a Bluetooth module to transmit measured data to mobile devices where real-time results are presented.