Voir la source de Optique adaptative

{{Voir homonymes|Optique (homonymie)}}
{{Double image verticale|right|Star_HIC59206_VLT_AO_uncorrected.jpg|Star_HIC59206_VLT_AO_corrected.jpg|120|Sans correction|Avec correction}}
L''''optique adaptative''' est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un [[front d'onde]] grâce à un [[miroir déformable]]. Elle utilise un principe similaire à l'[[optique active]].

== Éléments historiques ==
Tout d'abord développée dans les [[années 1950]], son domaine principal d'utilisation est l'[[astronomie]] mais commence à s'étendre à bon nombre d'autres domaines (fusion, médical, télécommunications). On commence à l'utiliser en [[ophtalmologie]] afin de produire des images très précises de la [[rétine]].

Lorsque l'optique adaptative est utilisée pour corriger des déformations lentes introduites non par l'atmosphère mais par l'instrument optique lui-même – effet du vent, de dilatation des matériaux, de la gravité, etc. – on parle plutôt d'[[optique active]].

Aujourd'hui la recherche est très active dans ce domaine, principalement autour de l'optique adaptative sur [[miroir liquide]]. La technologie des miroirs liquides a récemment connu beaucoup de succès grâce à l'utilisation de [[ferrofluide]] permettant à un [[champ magnétique]] de contrôler la forme du miroir<ref>{{Lien web
   |url=http://wood.phy.ulaval.ca/french/ferrofluids/dm.php
   |titre=Liquid Mirrors at Laval University
   |id=Liquid Mirrors at Laval University
   |auteur=Phil Laird et Michaël Dallaire (traduction de Nicolas Caron)
   |date={{date|29|décembre|2003}}
   |éditeur=[[Université Laval]]
   |consulté le={{date|13|mars|2008}}
 }}</ref>.

== Principe ==
Cette technique est notamment utilisée en [[astronomie]] par les [[télescope]]s terrestres pour corriger les observations d'étoiles entre autres. Si nous avons l'impression qu'une étoile scintille, ce n'est pas parce qu'elle émet de la [[lumière]] d'une façon non constante, mais en raison de la [[turbulence]] [[atmosphère terrestre|atmosphérique]] qui déforme l'image que nous en avons — et plus particulièrement une caractéristique du rayonnement lumineux appelé le [[front d'onde]] ou phase. En effet, une étoile, supposée ponctuelle dans le ciel visible et située à une distance très grande par rapport à l'échelle de la Terre, émet une lumière avec un front d'onde [[Sphère|sphérique]] qui, à notre échelle peut être considéré [[Plan (mathématiques)|plan]]. Cependant, si on considère le cas d'un télescope ayant un [[miroir primaire]] d'un diamètre de plusieurs dizaines de mètres tel que [[ Télescope_géant_européen|l'ELT]] par exemple, le front d'onde compris dans la surface du miroir primaire va subir des déformations aléatoires et conséquente lorsqu'il traverse l’atmosphère à cause des variations d'[[indice optique]] causées par les turbulences atmosphériques. Ce qui s'explique par la dépendance de l'indice optique en fonction de la température et de la pression locale de l’atmosphère traversée — voir le [[Loi de Gladstone|modèle de Gladstone-Dale]]. Le chemin optique que parcourt un [[rayon lumineux]] étant défini comme l'intégrale de <math>n*dl</math> (n l'indice optique, dl le déplacement élémentaire le long du trajet), les rayons lumineux ne parcourent pas le même chemin optique : le front d'onde que l'on observe n'est alors plus plan et l'image est déformée.
En optique adaptative, on utilise alors un [[analyseur de front d'onde]] pour estimer la perturbation due à l'atmosphère, puis l'on déforme un miroir (grâce à un système de pistons) de manière à compenser exactement cette perturbation. Ainsi l'image après réflexion sur le miroir est presque telle que s'il n'y avait pas eu de dégradation.

<center>
[[Fichier:Adaptive optics correct fr.png|250px|Principe de l'optique adaptative]]
</center>

== Mise en place pratique ==
=== Construction de la matrice de commande ===
En pratique, la mise en place d'un système d'optique adaptative commence par la construction d'une matrice de commande. Cette matrice représente les [[actionneur]]s à modifier pour reproduire chacune des [[aberration (optique)|aberrations optiques]] de la base des [[Polynôme de Zernike|polynômes de Zernike]]<ref>[http://paristech.institutoptique.fr/site.php?id=938&fileid=11393], Travail Pratique d'optique adaptative, [[Institut d'optique Graduate School|Institut d'Optique]]</ref>.

=== Analyse de la perturbation du front d'onde ===
{{article détaillé|Analyseur de front d'onde}}
À partir de l'analyse de la perturbation du [[front d'onde]] par l'atmosphère via un [[analyseur de front d'onde]] on peut décomposer le défaut de front d'onde sur la base des polynômes de Zernike pour compenser les retards en utilisant le [[miroir déformable]]. En pratique on ne corrige qu'un nombre limité d'ordres de Zernike permettant d'obtenir un défaut résiduel suffisamment faible<ref>{{google livres|FIBFwFSAaxkC|titre=L'observation en astrophysique|page=253}}</ref>.

=== Étoile guide ===
[[Fichier:Starfire Optical Range - three lasers into space.jpg|vignette|Création d'une étoile artificielle à {{unité|80 km}} pour analyser le front d'onde.]]
{{article détaillé|Étoile guide laser}}
Pour réaliser l'analyse de front d'onde il est nécessaire d'observer une étoile qui servira de référence et qui sera suffisamment brillante pour mesurer et corriger  les défauts dus à la perturbation atmosphérique<ref>{{google livres|on0-eS7u-8gC|titre=L'Univers dévoilé|page=137}}</ref>. Comme il est statistiquement rare qu'une telle étoile se trouve dans le champ du télescope, une possibilité est l'utilisation d'une étoile artificielle. L'idée a été proposée en [[1987]] par [[Antoine Labeyrie]], dont le principe consiste à exciter avec un [[laser]] pulsé à 589,3 nm les atomes de sodium présents en quantité importante dans la bande atmosphérique située vers {{unité|80|km}}. Cette excitation des atomes de sodium engendre une [[émission spontanée]] de lumière similaire à un flash virtuel de caractéristiques connues, qui constitue une étoile guide artificielle. L'idée a été la première fois appliquée en [[1996]] à [[Observatoire de Calar Alto|Calar Alto]]<ref>{{google livres|FIBFwFSAaxkC|titre=L'observation en astrophysique|page=263}}</ref>.

=== Correction tip-tilt ===
La correction la plus simple en optique adaptive est la correction dite ''tip-tilt''<ref>
{{Lien conférence|langue=en
|last=Watson
|first=Jim
|date=April 17, 1997
|titre=Tip-Tilt Correction for Astronomical Telescopes using Adaptive Control
|conference=Wescon&nbsp;– Integrated Circuit Expo 1997
|url=http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/647009-7dL5F4/webviewable/647009.pdf
}}</ref>, qui correspond à une correction des ''tilts'' (inclinaisons) du front d'onde en deux dimensions (équivalent à une correction des décalages de position de l'image). Ceci est réalisé à l'aide d'un miroir ''tip–tilt'' à mouvement rapide qui effectue de petites rotations autour de deux de ses axes. Une fraction significative de l'[[Aberration (optique)|aberration]] introduite par l'[[atmosphère]] peut être supprimée de cette façon<ref name=":0">{{Lien web |langue=en|titre=Adaptive Optics without trouble {{!}} Technical articles {{!}} Technical documents |url=http://www.okotech.com/adaptive-optics-without-trouble |consulté le=2023-06-10 |site=www.okotech.com}}</ref>.

Les miroirs tip–tilt sont en réalité des [[Miroir segmenté|miroirs segmentés]] possédant un seul segment qui peut basculer (''tip'') et s'incliner (''tilt''), plutôt que d'avoir un réseau de segments qui peuvent basculer et s'incliner indépendamment. À cause de la relative simplicité de tels miroirs qui ont une course élevée, donc ayant un fort pouvoir de correction, la plupart des systèmes d'optique active les utilisent en premier lieu, pour corriger les aberrations d'ordre faible. Les aberrations d'ordre élevé peut ensuite être corrigées avec des miroirs déformables<ref name=":0" />.

=== Déformation du miroir ===
Afin de corriger les perturbations optiques, il est nécessaire de corriger le front d'onde entrant dans le [[système optique]]. Cette correction peut se faire de deux manières.

==== Modification de la forme de la surface ====
[[Fichier:Ferrofluid Deformable mirror.JPG|vignette|Miroir déformable à ferrofluide]]
Une méthode pour corriger les distorsions consiste à utiliser des [[Miroir déformable|miroirs]] ou des plaques de verre déformables pour modifier le parcours et le [[chemin optique]] des rayons lumineux entrants.

Ces miroirs doivent être suffisamment fins pour être déformés sans trop de contraintes, leur épaisseur est généralement de l'ordre du millimètre<ref name=":1">{{Lien web |langue=fr |prénom=Arnaud |nom=Liotard |titre=MICRO-MIROIRS DÉFORMABLES POUR L’OPTIQUE ADAPTATIVE DE PROCHAINE GÉNÉRATION |url=https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011313/file/version_10_janvier.pdf |format=pdf |accès url=libre |date=8 novembre 2005 |consulté le=18 septembre 2022 |page=30-32}}</ref>. La déformation peut être réalisée de plusieurs façons, notamment par des [[actionneur]]s [[Piézoélectricité|piézo-électriques]], [[électrostatique]]s ou [[Électromagnétisme|électromagnétiques]].

Il est également possible d'utiliser des [[Miroir segmenté|miroirs segmentés]]. Ils ont l'avantage d'être plus simples à réaliser, mais présentent plusieurs défauts, comme de nécessiter beaucoup plus d'actionneurs que les miroirs continus (environ trois fois plus<ref name=":1" />), ou bien d'entraîner une perte de flux entre les interstices séparant les miroirs.

==== Modification de l'indice de réfraction ====
Une autre méthode, moins coûteuse et complexe à mettre en place, utilise des [[Écran à cristaux liquides|écrans LCD]] pour changer localement l'indice de [[réfraction]], et ainsi induire un changement de chemin optique. Cette solution a également l'avantage d'avoir un temps de réponse particulièrement faible.

Néanmoins, cette méthode ne convient pas à l'astronomie, où les problèmes de chromatisme, de [[Polarisation (optique)|polarisation]] et de [[bande passante]] nuisent à la fiabilité du système optique.

== Applications ==
=== Astronomie ===
[[File:Thin_shell_mirror_for_ESO%27s_Very_Large_Telescope_Adaptive_Optics_Facility.jpg|thumb|Miroir déformable du VLT]]
La principale limitation de la qualité des observations astronomiques n'est plus la dimension physique des miroirs collecteurs de flux mais les [[Perturbation_atmosphérique|perturbations atmosphériques]]. Cette constatation a incité à la création d'[[Observatoire_astronomique|observatoires]] en altitude voire à l'envoi de téléscopes dans l'espace (où l'on s'affranchit du problème atmosphérique)<ref>{{google livres|jzYBzhD2sdwC|titre=Optique géométrique: imagerie et instruments|page=607}}</ref>.

La résolution du problème des turbulences atmosphériques peut aussi être faite par optique adaptative à l'aide de [[Miroir_déformable|miroirs déformables]] rapidement controllés par [[ordinateur]] pour compenser les déformations de [[front d'onde]]<ref>{{google livres|-pIrXWhipqUC|titre=Demain, la physique|page=52}}</ref>.

=== Ophtalmologie ===
L'optique adaptative permet une amélioration de l'[[Fond_d'œil|imagerie rétinienne]]<ref>{{google livres|WUjIAwAAQBAJ|titre=Tumeurs choroïdiennes et rétiniennes / Divers (volume 8 - coffret rétine)|page=140}}</ref>. En effet, l'optique adaptative permet de corriger les défauts introduits par l’œil et elle permet une observation des [[photorécepteur (électronique)|photorécepteurs]]. Cette technique est primordiale pour le diagnostic de photorécepteurs détruits en cas de [[Traumatisme (médecine)|traumatisme]] ou de maculopathie occulte<ref>{{google livres|davFAwAAQBAJ|titre=Techniques d'exploration de la rétine (volume 1 - coffret rétine)|page=193}}</ref>.

=== Communication optique ===

L'optique adaptative permet de pallier les effets néfastes des perturbations atmosphériques (pluie, nuages, etc.) lors de l'utilisation des [[communications optiques en espace libre]] au sol et dans le cas des liaisons entre les [[Télécommunications optiques spatiales|satellites et la terre]]<ref>{{Lien web |titre=L'ONERA établit une liaison optique laser record de 38 000 km, une première mondiale |url=https://www.aerocontact.com/actualite-aeronautique-spatiale/81586-l-onera-se-positionne-comme-leader-mondial-dans-les-communications-optiques-spatiales |site=www.aerocontact.com |consulté le=2024-09-10}}</ref>.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
=== Bibliographie ===
* {{Article| titre=L'optique adaptative, au-delà des étoiles| auteur1=Tony Travouillon| auteur2=Céline d'Orgeville| auteur3=Francis Bennet| périodique=[[Pour la science]]| numéro=529| date=novembre 2021| pages=48-55}}

=== Articles connexes ===
* [[Turbulence]]
* [[Optique active]]
* [[Miroir déformable]]

=== Liens externes ===
* [http://media4.obspm.fr/public/FSU/pages_oa/introduction-oa.html L'optique adaptative en astronomie]
* [http://www.onera.fr/conferences/naos/galerie.php Le système d'optique adaptative NAOS] du [[Very Large Telescope]]
* [http://radium.net.espci.fr/esp/CONF/2008/C08_08/conf08_2008_v1.htm Conférence expérimentale sur l'optique adaptative] de l'espace [[Pierre-Gilles de Gennes]] de l'[[ESPCI ParisTech]]
* [http://www.onera.fr/fr/dota/optique-adaptative-ophtalmologie-biometrie Optique adaptative pour l'ophtalmologie et la biométrie] à l'[[ONERA]]
* {{en}} [https://www.alpao.com/products-and-services/adaptive-optic-system/ Système d'optique adaptative par Alpao]
* {{en}} [http://www.imagine-optic.com/en/products/deformable-mirrors-and-adaptive-optic-tools/ Métrologie et optique adaptative par Imagine Optic]

{{Portail|astronomie|exoplanètes|optique}}

[[Catégorie:Technique de l'observation astronomique]]

[[sv:Teleskop#Adaptiv optik]]