L’Action Spécifique Haute Résolution Angulaire est une émanation de l'INSU, couvrant les activités de recherche en instrumentation et réalisation instrumentale dans les domaines de l’interférométrie optique, l’optique adaptative, les mesures à très grand contraste, et les techniques intimement associées des sciences des données, dans le domaine optique (visible et proche infrarouge). Ces activités concernent des applications pour les instruments au sol ou dans l’espace, avec des conditions de fonctionnement certes distinctes, mais de fortes synergies en termes de méthodologie, concepts, les technologies impliquées ou de savoir-faire nécessaires.

L’activité des acteurs français sur ce périmètre est remarquable et importante, avec une communauté de l’ordre de 200 personnes (pour environ 90 ETP), un rôle de premier plan et une visibilité internationale remarquables comme en témoignent par exemple les prises de responsabilité et l’expertise ”système” dans les plus grands instruments de la communauté.

L'ASHRA a un objectif d’animation, de stimulation et de coordination de la communauté. L'ASHRA est un relais et assure un rôle d’expertise auprès de l’INSU. Le défi de l'ASHRA est de contribuer à structurer la communauté sur ces points, tout en restant une structure légère, n'empiétant pas sur les prérogatives décisionnelles des agences ou structures locales, le dynamisme des initiatives émergentes, ou encore les logiques spécifiques de chaque projet.

Aujourd’hui tous les grands télescopes au sol de la classe 8/10 m sont équipés de systèmes d'optique adaptative (OA). Sur la période 2015 à 2019 on aura vu fleurir les instruments de deuxième génération du VLT, avec la mise en opération de SPHERE, MUSE+AOF (principalement mené par l’ESO) ou encore NAOMI. Les OA de ces instruments couvrent un large spectre des options possibles: de l’OA dite eXtrême (XAO) nécessaire pour l'imagerie directe des planètes extrasolaires et des environnements circumstellaires à l’OA multi-laser pour de l'imagerie grand champ. Cette diversité témoigne que l'optique adaptative est aujourd'hui une technique particulièrement mature, qui est devenue incontournable.

L'interférométrie optique, c'est la quintessence de la haute résolution angulaire. Cette famille de techniques met en oeuvre des télescopes séparés par de grandes distances pour créer des informations avec une résolution angulaire équivalente à celle que produirait un télescope géant, de taille égale à la séparation entre les télescopes.

La forme dominante de l'interférométrie est la forme homodyne, dans laquelle la lumière céleste, collectée par de multiples ouvertures interfère avec elle même. La technologie ne cessant de progresser, on commence à voir d'autres formes d'interférométrie optique remonter en puissance:

• l'interférométrie hétérodyne, où la lumière céleste est corrélée avec une source laser locale, reproduisant le mode d'acquisition des signaux en interférométrie radio
• l'interférométrie d'intensité, où les signaux électroniques créés par les photons capturés par de multiples ouvertures, sont corrélés

En termes d’objectifs, la problématique centrale de l’imagerie à très haute dynamique (ITHD) est de s’accommoder de la présence d’un objet brillant dans une scène astrophysique qui aveugle l’instrumentation scientifique et interdit d’accéder aux informations pourtant théoriquement accessibles dans cette scène. Ce domaine de recherche, qui s’inscrit dans la lignée directe du coronographe de Lyot, a atteint un fort degré de maturité, à la fois au niveau des composants mais aussi au niveau de leur mise en oeuvre pratique. Le cas scientifique premier justifiant la mise en oeuvre et l’amélioration des performances de cette technique est l’étude des systèmes exoplanétaires et des environnements circumstellaires directs.

Décliné en terme de concept instrumental, cet objectif signifie que l’on parle de haute dynamique lorsque la limitation aux mesures sur un objet faible est dominée par un bruit lié à l’objet brillant voisin: l’estimation précise du halo (bruit des tavelures, associées aux résidus de turbulence atmosphérique, ou à la stabilité des défauts optiques non corrigés) et au bruit de photons associé (restant même si le halo était parfaitement connu). Un instrument à grand contraste demande donc:

• de réduire la diffraction liée à la géométrie de la pupille (créant la base du halo et son niveau minimal de bruit de photon correspondant)
• de gérer et limiter le bruit de tavelures (d’origine atmosphérique en poussant en particulier le niveau requis de correction par l’OA, ou optique) par des mesures et corrections en temps réel, sur différentes échelles temporelles et spatiales, par tout système d’auto-étalonnage et le traitement a posteriori associé.

L’importance du traitement du signal (TS) n’a cessé de croı̂tre au fil des décennies. On peut identifier qualitativement des différentes causes à ce mouvement d’ampleur. Une raison immédiate, pour les observateurs, est la complexité des données et/ou la taille des échantillons. Une utilisation efficace requiert la mise en oeuvre d’algorithmes souvent élaborés (ex: reconstruction d’images à partir de données interférométriques parcimonieuses polychromatique). Une autre raison est liée à la qualité des données fournies, et la connaissance de l’instrument ou des conditions dans lesquelles elles sont produites. Toute connaissance a priori du signal produit, avec parfois de la redondance entre plusieurs senseurs, des corrélations connues aux éléments extérieurs, ou encore l’identification de la structure attendue d’un signal (d’intérêt ou parasite), structure temporelle, spatiale ou spectrale, doit être intégrée à une approche optimale d’extraction du signal.

Meilleurs sont l’instrument, son étalonnage, et la compréhension que nous en avons, plus il y a à gagner à utiliser les techniques de sciences de données pour en bénéficier! Des travaux sont particulièrement actifs dans les questions d’extraction de signal à grand contraste, ou des problèmes de reconstruction de PSF. Les performances des instruments sont tellement poussées à leur limites, des composants (souvent inédits) au système pour qu’un gain en performance ne puisse plus entièrement reposer sur des spécifications toujours reserrées. Les nouveaux instruments plus ambitieux sont naturellement condamnés à intégrer dès leur phase précoce de conception, d’intégrer les étapes nécessaire de sciences de données pour atteindre les objectifs, ce qui implique souvent d’adapter en conséquence dans une démarche de co-conception, les choix de design.