Thèse Modélisation de la Fonction d'Étalement du Point pour les Télescopes Spatiaux à l'Aide d'Un Modèle Optique Différentiable H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique
École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication
Laboratoire de recherche : Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique
Direction de la thèse : Jérôme BOBIN ORCID 0000000314577890
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

Ce projet de thèse vise à développer des modèles plus précis et plus performants de la fonction d'étalement du point (PSF) pour les télescopes spatiaux, en s'appuyant sur un cadre optique différentiable et en se concentrant sur les missions Euclid et JWST. Le travail consistera à étendre le modèle WaveDiff en intégrant les effets au niveau des détecteurs, à estimer conjointement le champ de PSF et les distributions d'énergie spectrale des étoiles à partir d'expositions répétées, à généraliser l'approche aux données multi-bandes de JWST et à exploiter des représentations neuronales implicites pour modéliser les variations spatiales dans l'espace de front d'onde. Ces développements soutiendront les études de lentille gravitationnelle faible et forte ainsi que l'imagerie d'exoplanètes, et seront validés sur des données réelles Euclid et COSMOS-Web JWST en collaboration avec le consortium Euclid et l'équipe COSMOS-Web.

Dans le cadre de la cosmologie de précision, la lentille gravitationnelle faible est une sonde clé de la structure à grande échelle de l'Univers et de la distribution de matière noire, mais elle exige des mesures de forme de galaxies extrêmement précises. La réponse instrumentale du télescope, encapsulée par la PSF, déforme les images observées et peut imiter les effets du cisaillement gravitationnel, ce qui en fait une source majeure d'erreurs systématiques pour les missions de lentille faible.
Les missions spatiales récentes comme Euclid représentent un défi particulièrement complexe, en raison d'une large bande spectrale (VIS 550-900 nm) qui induit des variations chromatiques marquées de la PSF, couplées à des observations sous-échantillonnées nécessitant des techniques de super-résolution. Le modèle WaveDiff, fondé sur un modèle optique différentiable en espace de front d'onde, a récemment montré des performances de pointe pour Euclid et est en cours de test sur des données réelles.
Parallèlement, JWST et le programme COSMOS-Web fournissent un jeu de données unique pour développer et valider des modèles de PSF haute précision sur plusieurs bandes, utiles non seulement pour la lentille faible mais aussi pour la lentille forte (reconstruction fine de sources multiplement imagées) et l'imagerie d'exoplanètes, où les structures de speckles de la PSF peuvent imiter des compagnons planétaires.

L'objectif principal de la thèse est de concevoir des modèles de PSF plus précis et plus robustes pour les télescopes spatiaux en exploitant un modèle optique différentiable, avec une application directe aux instruments VIS d'Euclid et aux imageurs de JWST. Il s'agit d'améliorer l'état de l'art en PSF data-driven (WaveDiff) en tenant compte des effets instrumentaux au niveau des détecteurs, en enrichissant la modélisation spectrale et spatiale, et en fournissant des modèles opérationnels utilisables par les communautés Euclid et JWST.
Plus concrètement, la thèse poursuivra les objectifs suivants :
-Étendre WaveDiff pour inclure les effets de pixels et de détecteurs, en combinant un modèle paramétrique et une composante apprise via apprentissage profond.
-Estimer conjointement le champ de PSF et les SED stellaires à partir de séries d'expositions ou de dithers, afin d'affiner la calibration photométrique et chromatique.
-Développer un modèle de PSF unique et multi-bande pour JWST, validé sur les observations COSMOS-Web et destiné à un usage large par la communauté.
-Introduire des champs neuronaux implicites (NeRF et variantes) pour représenter de manière continue les variations spatiales de la PSF dans l'espace des fronts d'onde.