La prochaine décennie va voir le développement de télescopes extrêmement grands et de missions spatiales ambitieuses, dont le but est de répondre à plusieurs questions fondamentales, comme la formation des premières galaxies dans l’Univers, la composition et la structure des planètes extrasolaires et ultimement l’existence d’une vie extraterrestre. Les besoins qui en résultent, en termes de pouvoir de résolution par exemple, pour séparer une planète extrasolaire de son étoile parente, posent des défis d’une extrême ambition qui exigent que les techniques de Haute Résolution Angulaire (HRA) 1 soient poussées à leurs limites. Des recherches fondamentales en optique adaptative et en interférométrie. Le GIS PHASE s’organise autour des axes scientifiques principaux suivants : l'optique adaptative (multi conjuguée et extrême), l’interférométrie multi télescopes et la synthèse d'ouverture optique, la reconstruction d'images, l’imagerie à très haute dynamique (coronographie et interférométrie à frange noire), la propagation à travers la turbulence atmosphérique et les milieux non homogènes. Centrés sur la même discipline scientifique - l’optique physique, la formation des images et l’interférométrie - ces axes sont en très forte synergie entre eux. Nouveaux concepts, algorithmes optimisés, nouveaux composants, études de systèmes, modélisation numérique lourde, bancs expérimentaux de caractérisation et de simulation seront les éléments du programme de R&D du partenariat. Des projets d’envergure en astronomie. Le GIS PHASE vise à être un acteur majeur des grands projets futurs, dans le domaine de la HRA, en France et en Europe. Ses équipes sont déjà engagées ou sur le point de s’engager dans les projets suivants :

En optique adaptative et imagerie à très haute dynamique
• Planet Finder, un instrument pour le VLT, dédié à l’observation de planètes extrasolaires par optique adaptative extrême et coronographie depuis le sol ;
• ELT (Extremely Large Telescopes), pour l’étude des concepts à mettre en œuvre et le développement des technologies clefs de ces futurs télescopes géants, de plusieurs dizaines de mètres de diamètre, requis pour l’observation des galaxies primordiales ;
• JWST-MIRI, un imageur infrarouge du télescope spatial de 6,5 m, successeur du HST, équipé de coronographes à masque de phase pour la détection de planètes extrasolaires ;
• TPF-C, participation aux études du projet NASA de coronographie dans l’espace, pour la détection directe de planètes extrasolaires de type Terre.

En interférométrie
• PEGASE, dédié à l’observation de planètes extrasolaires de type « Jupiters chauds » par interférométrie à frange noire à deux télescopes volant en formation ;
• DARWIN, un interféromètre spatial à 6 télescopes volant en formation, pour la détection de la vie sur des exo planètes de type Terre, là aussi par interférométrie à frange noire ;
• Instrument d’astrométrie ultra précise de deuxième génération de l’interféromètre du VLT (GRAVITY) ;
• OHANA, couplage interférométrique au moyen de fibres optiques monomodes des très grands télescopes (Keck, Gemini, Subaru, CFHT, etc.) implantés au sommet du plus grand site astronomique mondial (Mauna-Kea, Hawaï) ;
• Programme ALLADIN, pour le développement d’un interféromètre en Antarctique (endroit exceptionnel, vis-à-vis des propriétés de l’atmosphère).

Des retombées spécifiques dans divers domaines
Pour la Défense et l’Aérospatial, il s’agira d’accroître significativement les performances des instruments d’observation optique par la haute résolution spatiale et les capacités de transmission et de focalisation des lasers. Le domaine médical profitera aussi de ces acquis technologiques nouveaux pour progresser dans l’observation in vivo de la rétine et des maladies qui l’affectent, puis mettre au point des outils de détection précoce de ces pathologies dans le but d’augmenter les chances de guérison.

Les objectifs stratégiques du GIS PHASE

Une stratégie de projets communs, un programme de R&D coordonné et la mutualisation des moyens de recherche sont les trois atouts majeurs d’un partenariat qui permettra à chacun d’enrichir ses domaines de compétences spécifiques (aéronautique, défense, astrophysique, etc.).

Développer en commun des projets ambitieux
Le premier objectif du GIS PHASE est d’atteindre une taille critique en Ile-de-France permettant des ambitions affirmées dans le domaine de la Haute Résolution Angulaire (HRA), pour :
• mener une réflexion prospective commune en termes de projets, en liaison avec la planification nationale et européenne, mais également les politiques d’établissements ;
• répondre de manière coordonnée aux appels d’offre nationaux (ANR, CNES) et internationaux (ESO, ESA, NASA), en proposant un savoir-faire diversifié et un potentiel humain permettant de prendre en charge des sous-systèmes complets, voire de réaliser totalement un instrument HRA.

Coordonner l’activité de Recherche et Développement (R&D) et développer la formation
Les défis scientifiques à relever posent des problèmes techniques nouveaux et ardus dont a résolution demandera d’explorer en parallèle de nombreuses voies dans les années à venir. Coordonner l’activité de R&D dans le domaine de la HRA est donc essentiel. Le GIS PHASE propose :
• d’établir un plan stratégique pour optimiser la R&D concernant l’optique adaptative des ELT et l’interférométrie dans l’Espace (renforcer les travaux de fond sur les concepts et les composants clés) ;
• de développer des moyens communs de simulation numérique et de réaliser des expérimentations numériques pour l’étude des effets de propagation et des performances des instruments à HRA ;
• de mettre en œuvre en laboratoire, des expériences communes d’importance majeure, qui bénéficieront de l’expertise de chacun des partenaires ;
• de définir plusieurs sujets communs de thèse et de développer les coencadrements ;
• de renforcer l’enseignement de la HRA dans les Masters et Ecoles Doctorales d’Ile-deFrance.

Mutualiser des moyens de recherche
Il s’agit de créer une plateforme commune de R&D (salle propre équipée) pour mener des recherches spécifiques avec un équipement sophistiqué mais suffisamment versatile pour être d’intérêt général, y compris pour la communauté HRA hors Ile-de-France. Sur cette plateforme, il est prévu :
• de disposer, dans un premier temps, d’un banc de démonstration de la haute dynamique par optique adaptative extrême et coronographie pour télescope de classe 10 m qui sera, dans un deuxième temps, mis à niveau pour simuler en laboratoire un ELT équipé d’optique adaptative ;
• de mettre en place un banc de démonstration d’un interféromètre imageur et de synthèse d’ouverture pour tester les modes de recombinaison pour l’imagerie et disposer de données réelles pour la validation des algorithmes de restauration d’images à mettre en œuvre dans de tels instruments.

Les moyens propres de chaque établissement dans les domaines de l’optique adaptative et de l’interférométrie seront aussi offerts à tous les membres du GIS PHASE dans le cadre de la R&D programmée. En particulier, le GIS PHASE pourra bénéficier sur le site de Bellevue (CNRS/INSU), de la vaste salle d’intégration, pour des expériences de grande envergure.

Le GIS PHASE favorisera les échanges au sein de la communauté scientifique et sera un relais médiatique actif des savoirs faire des laboratoires dont il est issu. Afin d’augmenter la synergie entre les différentes équipes impliquées, le GIS PHASE animera des échanges entre elles, par une politique de communication scientifique active : l’objectif est d’organiser régulièrement un séminaire scientifique commun, au moins une fois par an des journées scientifiques de rencontres intra-PHASE et, sur une base annuelle ou bisannuelle une réunion scientifique internationale.

Le GIS PHASE ambitionne aussi de devenir une vitrine, pour la recherche francilienne en HRA et pour ses partenaires industriels : afin de lui donner une bonne visibilité, des actions de communication seront menées, en particulier auprès de ses principaux interlocuteurs : l’INSU, l’ESO, le CNES, l’ESA, la DGA et l’UE.