Contribution à la modélisation et l’évaluation de la turbulence atmosphérique en vue de la qualification des sites astronomiques et mise en œuvre et exploitation d’un moniteur de seeing astronomique

Abstract

La turbulence dans l’atmosphère terrestre peut limiter sérieusement la résolution des observations astronomiques au sol. L’étude de la physique de l’atmosphère montre l’importance de certains paramètres caractéristiques de la turbulence atmosphérique comme la constante de structure des fluctuations de l’indice de réfraction de l’ai C²n., l’échelle externe de la turbulence L₀ et le gradient vertical de l’indice de réfraction M. l’objectif de notre travail de thèse a consisté à traiter des données de sondages par ballons météorologiques effectués en 9 sites de part le monde (entre 1990 et 2002). A travers l’analyse et le dépouillement de cette base de données, des modèles ont été proposés. Nous avons ensuite vérifié la cohérence des modèles trouvés en comparant avec d’autres de différents auteurs. Puis, des études comparatives des qualités optiques de différents sites terrestres sont présentées avec l’analyse des contributions relatives à l’énergie totale de la turbulence respectivement de la couche limite de surface, de la couche limite atmosphérique et de l’atmosphère libre. La qualité d’image est l’un des critères retenus dans la prise de décision finale pour le choix des meilleurs sites astronomiques. Pour cette raison, un moniteur de mouvement d’image différentiel (DIMM), transportable, fiable, de faible coût, simple et facile à installer, dédié plus particulièrement à la mesure du seeing a été élaboré par nos soins au sein de LPHEA de la FSSM. Cette expérience a été baptisée : DIMAMAR. La mise en œuvre de l’instrument et l’exploitation des résultats sont présentés ici. Après avoir exposé les principes théoriques sur lesquels elle repose, cette expérience est décrite en détails. Le DIMMAR fournit le seeing et la scintillation relative aux surfaces d’ondes perturbées qui arrivent au sol. Il a été testé et ensuite exploité intensivement à l’observation de l’Oukaïmden (la première version d’un moniteur de seeing installé au Maroc), conduisant à la qualification du site. Une campagne de mesure de seeing (démarré en juillet 2003) a été organisée dans le cadre du contrat entre l’Unité d’Astrophysique de LPHEA et l’ESO. Nous avons en outre présenté, pour la première fois, les résultats de l’analyse des relevés de seeing nocturne que nous avons recueillis pendant 15 mois d’observation sur le site de l’Oukaïmden (du 19 juillet 2003 jusqu’au 26 septembre 2004) grâce à l’instrument de mesure DIMMAR. Les valeurs moyenne et médiane du seeing zénithal calculées sur l’ensemble des mesures sont respectivement 0,92’’ et 0,84 ‘’ à la longueur d’onde 0,5 µm. ces valeurs font de l’Oukaïmden un site astronomique de bonne qualité. Afin de calibrer notre moniteur de seeing en vue de l’utilisation pour la prospection d’autres sites potentiels dans le Haut Atlas Marocain, nous avons développé un second DIMM avec une instrumentation totalement différente de la première version mais avec le même logiciel de pilotage. Les deux instruments ont fonctionné simultanément pendant une campagne de 18 nuits d’observation ( de 27 juillet au 31 août 2004). Les valeurs du seeing trouvées : 1,04 ‘’ pour la première version et 0,99’’ pour la seconde ont montré une excellente adéquation. Par la suite, on a fait une expérience dédiée à la mesure du bruit instrumental des deux moniteurs de seeing séparément. Les résultats sont très proches de ceux déterminés par d’autres de différents auteurs. Enfin, l’étude expérimentale de l’influence de la défocalisation du système optique sur l’estimation de seeing astronomique a montré d’une manière claire le fait que le système défocalisé joue en faveur de l’augmentation de la valeur de seeing mesurée.