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) 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 (grand champ 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 sont les éléments clefs 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 dans les projets suivants :
En optique adaptative et imagerie à très haute dynamique
• SPHERE, un instrument pour le VLT, dédié à l’observation de planètes extrasolaires par optique adaptative extrême et coronographie depuis le sol ;
• E-ELT (European Extremely Large Telescopes), plusieurs instruments sont à l’étude intégrant différentes techniques d’optique adaptative pour l’observation des planètes extrasolaires, de l’environnement proche du trou noire au centre de notre galaxie et des galaxies à grand redshift et 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 ;
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 ;
• GRAVITY, un instrument d’astrométrie ultra précise de deuxième génération de l’interféromètre du VLT ;
• 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) ;

- 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.

Une stratégie de projets communs, un programme de R&D coordonné, la mutualisation des moyens de recherche et la diffusion des connaissances sont les quatre atouts majeurs du partenariat.

Développer en commun des projets ambitieux
Le premier objectif du GIS PHASE est d’atteindre une taille critique 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, Grand Emprunt, 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 la 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, le haut contraste et l’interférométrie (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 ou sur site, 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.

Mutualiser des moyens de recherche
Il s’agit de créer des plateformes communes de R&D pour mener des recherches spécifiques avec un équipement sophistiqué mais suffisamment versatile pour être d’intérêt général.
Les moyens propres de chaque établissement dans les domaines de l’optique adaptative, du haut contraste et de l’interférométrie sont aussi offerts à tous les membres du GIS PHASE dans le cadre de la R&D programmée.

Diffuser les connaissances
Le GIS PHASE favorise aussi les échanges au sein de la communauté scientifique en organisant des séminaires, des ateliers et des conférences internationales. Il participe à plusieurs enseignements au niveau master dans les établissements signataires du partenariat et à des actions de vulgarisation auprès des scolaires et du grand public.