Traitement du signal en interferometrie monomode dans le cadre du projet AMBER. Application a l

210 Pages·2017·5.45 MB·French

by  Eric Tatulli

Traitement du signal en interferometrie monomode dans
le cadre du projet AMBER. Application a l’observation
interferometrique de l’environnement > circumstellaire
des etoiles jeunes
Eric Tatulli
To cite this version:
Eric Tatulli. Traitement du signal en interferometrie monomode dans le cadre du projet AMBER.
Application a l’observation interferometrique de l’environnement > circumstellaire des etoiles jeunes.
Astrophysique [astro-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2004. Français. ￿NNT: ￿. ￿tel-
00007927￿
HAL Id: tel-00007927
https://theses.hal.science/tel-00007927
Submitted on 5 Jan 2005
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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
TH¨SE
prØsentØe par
Eric TATULLI
pour obtenir le dipl(cid:244)me de docteur de
U J F G I
l’ NIVERSIT(cid:201) OSEPH OURIER - RENOBLE
SpØcialitØ ASTRONOMIE & ASTROPHYSIQUE
Traitement du signal en interfØromØtrie
monomode dans le cadre du projet AMBER.
Application (cid:224) l’observation interfØromØtrique
de l’environnement circumstellaire des Øtoiles jeunes.
Date de soutenance: 1er Octobre 2004
Composition du Jury:
Mme. Isabelle TALLON-BOSC Rapporteur
M. Rafael MILLAN-GABET Rapporteur
M. Pierre L(cid:201)NA Examinateur
M. Romain PETROV Examinateur
M. Alain CHELLI Directeur de thŁse
M. Fabien MALBET Directeur de thŁse
ThŁse prØparØe au sein du Laboratoire d’AstrOphysique de Grenoble
UJF/CNRS, BP 53, F-38041 Grenoble Cedex 9

"La recherche a besoin d’argent dans deux domaines
prioritaires:lecanceretlesmissilesantimissiles.Pour
les missiles antimissiles, il y a les imp(cid:244)ts. Pour le can-
cer, on fait la quŒte."
Pierre Desproges.

Remerciements
Est il bien raisonnable de commencer ce chapitre autrement qu’en remerciant Alain et
Fabien de m’avoir proposØ ce sujet de thŁse et de m’avoir guidØ pendant ces trois riches an-
nØes? Non bien entendu. Alors merci Alain, merci Fabien pour les conseil prodiguØs et les
remarques bienveillantes, pour la grande libertØ que vous m’avez laissØe dans l’organisation
de mes recherches, mais aussi pour nos rapports amicaux qui ont fait de notre collaboration
plus qu’une relation contractuelle directeur/thØsard (Fabien I know what you did last may
in Santiago!). Merci aussi aux rapporteurs Isabelle Tallon-Bosc et Rafael Millan-Gabet, ainsi
qu’aux examinateurs Pierre LØna et Romain Petrov d’avoir minutieusement lu et commentØ
le manuscrit, permettant ainsi d’en amØliorer grandement le contenu. Comment ne pas re-
mercier non plus toute l’Øquipe AMBER de m’avoir fait con(cid:28)ance: Gilles, Karine et (cid:201)tienne
en tŒte, qui ont eu la patience d’expliquer "en pratique" les rouages d’un bel instrument (cid:224) un
thØoricien pur et dur, mais aussi l’inØpuisable GØrard qui a rØussi (cid:224) m’inculquer ((cid:224) coups de
marteau!)quelquesfondamentauxeninformatique(rendonsaussigr(cid:226)ce(cid:224)sagrandetechnicitØ
au babyfoot...).
J’adresse aussi un trŁs grand merci (cid:224) toute ma famille (cid:21) avec une chaleureuse pensØe toute
particuliŁrepourmonfrŁre(cid:21)quilorsdemes(troprares)visitesdansmonsudouestnatalm’a
soutenu et toujours encouragØ avec enthousiasme, inconditionnellement. Chaque retour aux
sources Øtait synonyme de fŒte/repas/retrouvailles. De quoi redonner du courage et revigorer
un thØsard fatiguØ en somme!
Jetiensensuite(cid:224)soulignerlatoujoursexcellenteambiancedulabo,lieudeviepassionnant
etpassionnØ,incarnØparlasacrosainteKfetquifutetseraencorelongtempslethØ(cid:226)tredepots
gargantuesquesetdedØbatse(cid:27)rØnØs.Mercidonc(cid:224)toussesmembresdynamiquesetsouriants.
SpØcialedØdicaceauxinsØparablestrublionsPopetJean-Phiainsiqu’auxtroubadoursduLaog
Big Ban(g)d, Alain, Laurent, Alex, Didier et (cid:224) tous les choristes dØcha(cid:238)nØs (JØr(cid:244)me, Gilles
(x2) et leurs lunettes noires n’ont rien (cid:224) envier (cid:224) Jake et Elwood!). Merci en(cid:28)n (cid:224) Laurence
pour toutes les discussions nocturnes (cid:224) Paranal, j’en garde un tendre et profond souvenir.
Gros gros merci aussi bien sur (cid:224) tous mes compagnons de galŁre, amis thØsards adeptes du
tea time et des barres de chocolats! Un clin d’oeil complice (cid:224) JB "the brain", (cid:224) l’indispensable
Ludo roi des tartes et autres g(cid:226)teaux savoureux, (cid:224) Gaºl (accompagnØ de l’inØnarrable Claire
Martin) pour les mojitos et le loco mosquito, (cid:224) Michael et Lucas pour les after, la zik, le foot
et le reste, et at last but not least (cid:224) SAS Vincent "intelligence de jeu" PiØtu pour tout et
n’importe quoi (surtout n’importe quoi...) et pour avoir assurer de concert la permanence du
mythique (osons le mot!) bureau 101 pendant plus de trois ans! J’envoie aussi mes amitiØs
sincŁre (cid:224) Pierre "Voodoo Chile" MŁge pour tout ce qu’on a en commun, et sans qui il faut
bien le dire cette thŁse ne serait pas ce qu’elle est.
Sortons du labo maintenant pour remercier tous les potos: Romain l’australien, Thierry
la mule, Tatie Ramu, Yann, Chouchou, Alex, Sandrine, JØrØmie et Sandra; mais aussi mes
compagnonsdemusique(cid:21)maispasque(cid:21)Marmotte,Jipietlesautreszouavespourlatendance
rock,etDenis"solokiller",JØr(cid:244)meetOlivierpourlaversionmØtal;maisencoremescamarades
de jeux (de plateau) (cid:21) mais pas que non plus (cid:21) j’ai nommØ Alban, Audrey, Beushi, Aurel,
Ludo,AurianeFab,etconsorts;etpour(cid:28)nir(cid:21)commentoublier?(cid:21)toutela"feriaconnection",
Manu, Titoun (prŒts (cid:224) envoyer du gros dans la peuf?), Laun et Julie, Baf, Yo, Sarah, Kepler,
Je(cid:27),Domi,Riri,Matthieu,Cricri,Marie-Pierre,Virginie,Laure,j’enpasseetdesmeilleur(e)s,
pourleurbonnehumeuretleurjoiedevivrecommunicative.Etungigantesquemerci(cid:224)Sebet
Guigui d’une part, et aux toulousaings Beto et Fi(cid:28) d’autre part, pour leur indØfectible amitiØ.
En(cid:28)n je remercie Carole pour toutes ces belles annØes ensemble, mŒme si dØsormais la vie
nous mŁne vers des aventures di(cid:27)Ørentes...
RØsumØ
Les rØcents progrŁs de l’interfØromØtrie optique, en termes de rØsolution spatiale, de sensi-
bilitØ et de prØcision des mesures, ont rendu cette technique particuliŁrement bien adaptØe (cid:224)
l’Øtude de l’environnement proche des Øtoiles jeunes, Øtoiles qui possŁdent en leur sein les clØs
de la formation stellaire et planØtaire. De fait, les premiŁres observations interfØromØtriques
ont rØvØlØ nombre d’informations essentielles sur la nature de la structure Øtendue entourant
ces objets. L’instrument AMBER, le recombinateur proche infra-rouge 3 tØlescopes du Very
LargeTelescopeInterferometer(VLTI),va,eninaugurantl’Łredel’imagerieinterfØromØtrique
(cid:224) trŁs haute rØsolution spatiale et spectrale, permettre de franchir une nouvelle Øtape dans la
comprØhension des processus physiques rØgissant ces Øtoiles.
CettethŁses’articuleautourdel’instrumentAMBER.AprŁsunrØsumØdesprincipesgØnØ-
raux de l’interfØromØtrie optique en prØsence de turbulence atmosphØrique, je montre en quoi
l’introduction de guides d’ondes dans le schØma de recombinaison permet, en utilisant leurs
propriØtØs de (cid:28)ltrage spatial, d’augmenter la prØcision et la robustesse des mesures. Partant
de ces bases thØoriques,je dØveloppeensuiteles procØduresde rØductionde donnØesAMBER,
soulignant les points spØci(cid:28)ques et novateurs concernant le traitement du signal interfØro-
mØtrique. Ces algorithmes ont ØtØ testØs et validØs (cid:224) partir de simulations, puis appliquØs
aux mesures (cid:224) moyenne rØsolution spectrale de l’Øtoile de Herbig Be MWC 297, qui prØsente
une forte raie d’Ømission relative (cid:224) la transition atomique de l’hydrogŁne Br(cid:176). Cette Øtude
con(cid:28)rme l’existence d’un disque d’accrØtion autour de l’Øtoile et met en Øvidence la prØsence
d’une enveloppe atmosphØrique deux fois plus Øtendue correspondant (cid:224) la raie d’hydrogŁne.
En(cid:28)nj’analysedansuncontextethØoriqueglobal,lesmØthodesd’investigationdesparamŁtres
astrophysiques d’une source observØe avec un interfØromŁtre optique monomode, respective-
ment par ajustement de modŁles et par reconstruction d’images. Je rØpertorie notamment les
di(cid:30)cultØs majeures limitant les capacitØs d’AMBER en tant qu’imageur de l’environnement
circumstellaire des Øtoiles jeunes.
Mots clØs:InterfØromØtrieoptique,Filtragespatial,RØductiondedonnØes,(cid:201)toilesjeunes,
Disques.

Abstract
Recent progresses of optical interferometry, in terms of spatial resolution, sensitivity and
precision of the measurements, made this technique particularly well suited to study the close
environment of young stars which hold the keys of stellar and planet formation. As a matter
of fact, the (cid:28)rst interferometric observations have unveiled many essential informations on
the physical nature of the surrounding structure of these objects. The AMBER instrument,
the near infrared three beams recombiner of the Very Large Telescope Interferometer (VLTI),
will, by pioneering the era of interferometric imaging with both very high spatial and spectral
resolution, allow to move one step forward in the understanding of the physical processes
governing these stars.
This work is organized around the AMBER instrument. After summarizing the general
principlesofopticalinterferometryinpresenceofatmosphericturbulence,Ishowwhyintrodu-
cing waveguides in the recombination scheme allows, by taking advantage of their properties
of spatial (cid:28)ltering, to increase the precision and the robustness of the measurements. From
this theoretical basis, I then develop the AMBER data reduction procedures, with stressing
the innovative speci(cid:28)cities of the interferometric signal processing. The algorithms have been
tested and validated though simulations and then applied to the observation of the Herbig
Be star MWC 297 in medium spectral resolution. This young star presents a strong emission
line due to the atomic transition of the hydrogen Br(cid:176). The study con(cid:28)rms the existence of an
accretion disk around the star and reveal the presence of an atmospherical envelope, twice as
broad as the disk, where the atomic transitions of the hydrogen occurs. At last, I analyze in a
theoretical framework the methods that investigate the astrophysical parameters of a source
observed with single mode interferometers, such as model (cid:28)tting and image reconstruction
techniques. I particularly emphasize the issues that restrain the capacity of AMBER to image
circumstellar environment of young stars.
Keywords: Optical interferometry, Spatial (cid:28)ltering, Data reduction, Young stars, Disks.