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The limitations of current stellar interferometers is their low sensitivity, and the next generation will account for this by using larger apertures. The phase aberrations from seeing will need the consideration of adaptive optics (AO). Accordingly, this dissertation will first examine the problem that seeing causes in stellar interferometers. The application of Adaptive Optics in Stellar Interferometry will then consider these results to achieve the final goal: reduced losses in fringe visibility and increased sensitivity. The thesis is organised with the second chapter discussing the theory of seeing phase aberrations; their origin and effect on image resolution and fringe visibility. These are used to quantify and compare performance metrics in AO and interferometry, and the specific benefits of AO for interferometry and its method of implementation are used to highlight areas of research that are discussed in other chapters. The third chapter discusses a solution to the problem of making high sensitivity wavefront measurements is presented in this chapter. Starting with existing WFSs used in interferometer AO systems, the methods of measuring high order aberrations are considered. A new WFS method, Diffractive Phase Sensing, is presented and an implementation is described in the context of a specific WFS design: the Nine Element Sensor (NES). The fourth chapter concerns numerical simulations of the NES to evaluate its performance in an AO system. Comparisons are made with two existing WFS designs, one commonly used in astronomical AO and the other in use within current interferometer AO. The conclusions drawn specify the observation regimes for which each of the three WFS designs is most appropriate. The design and construction of a NES prototype is discussed in the fifth chapter. The prototype WFS is first tested in the laboratory, and its novel optic and CCD detector operation were analysed prior to use. The prototype was then used to make measurements of defocus phase aberrations at COAST, and results from these observations are presented and discussed to understand their implication. The final chapter considers the existing AO system at COAST—the autoguider—and its measurements of tip/tilt aberrations. The aim and method used to parameterise the atmospheric turbulence is detailed, and the results are verified with measurements from a DIMM and with fringe visibilities. Using the autoguider, the statistics of the seeing at the COAST site is presented from a year long dataset.

Context. Red supergiant stars are one of the latest stages in the evolution of massive stars. Their photospheric convection may play an important role in the launching mechanism of their mass loss; however, its characteristics and dynamics are still poorly constrained. Aims. By observing red supergiant stars with near infrared interferometry at different epochs, we expect to reveal the evolution of bright convective features on their stellar surface. Methods. We observed the M2Iab-Ib red supergiant star CE Tau with the VLTI/PIONIER instrument in the H band at two different epochs separated by one month. Results. We derive the angular diameter of the star and basic stellar parameters, and reconstruct two reliable images of its H-band photosphere. The contrast of the convective pattern of the reconstructed images is $5 \pm 1 \%$ and $6 \pm 1 \%$ for our two epochs of observation. Conclusions. The stellar photosphere shows few changes between the two epochs. The contrast of the convective pattern is below the average contrast variations obtained on 30 randomly chosen snapshots of the best matching 3D radiative hydrodynamics simulation: $23 \pm 1~\%$ for the original simulation images and $16 \pm 1~\%$ for the maps degraded to the reconstruction resolution. We offer two hypotheses to explain this observation. CE Tau may be experiencing a quiet convective activity episode or it could be a consequence of its warmer effective temperature (hence its smaller radius) compared to the simulation., 12 pages, 8 figures. Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics

The Planet Formation Imager (PFI) initiative aims at developing the next generation large scale facility for imaging astronomical optical interferometry operating in the mid-infrared. Here we report on the progress of the Planet Formation Imager Technical Working Group on the beam-combination instruments. We will discuss various available options for the science and fringe-tracker beam combination instruments, ranging from direct imaging, to non-redundant fiber arrays, to integrated optics solutions. Besides considering basic characteristics of the schemes, we will investigate the maturity of the available technological platforms at near- and mid-infrared wavelengths., Comment: 17 pages, 7 figures, Proceedings of SPIE 2016

Rotation is a fundamental parameter that governs the physical structure and evolution of stars, for example by generating internal circulations of matter and angular momentum, which in turn change the stellar lifetime. Massive stars (spectral types OBA) are those presenting the highest rotation velocities and thus those for which the consequences of rotation are the strongest. On the external layers of the star, fast-rotation induces in particular (1) a flattening (equatorial radius higher than the polar radius) and (2) a gravity darkening (non-uniform distribution of flux, and thus effective temperature, between the poles and the equator). This important modification in the photospheric physical structure can also drive an anisotropic (axisymmetric) mass and angular momentum loss, originating for example the complex circumstellar environments around Be and supergiant B[e] stars. The techniques of high angular and high spectral resolution allow a detailed study of the effects of rotation on the stellar photosphere and circumstellar environment across the H-R diagram. Thanks to these techniques, and in particular to the optical/infrared long-baseline interferometry, our knowledge on the impact of rotation in stellar physics was highly deepened since the beginning of the XXI century. The results described in this Habilitation Thesis are placed in this context and are the fruit a double approach combining both (1) observation, mainly with the ESO-VLT(I) instruments (e.g. NACO, VISIR, MIDI, AMBER, PIONIER) and (2) astrophysical modeling with different codes, including also radiation transfer (CHARRON, HDUST, FRACS). I present, in particular, the results obtained on three fast-rotating stars: Altair (A7V; delta Scuti), Achernar (B6Ve; Be star), and CPD-57° 2874 (supergiant B[e] star).; La rotation est un des paramètres fondamentaux qui gouverne la structure physique et l’évolution des étoiles, par exemple en créant une circulation interne de matière et de moment angulaire, ce qui a aussi pour conséquence de changer le temps de vie de l’étoile. Les étoiles massives (types spectraux OBA) sont celles qui présentent les vitesses de rotation les plus élevées et donc celles où les conséquences de la rotation sont les plus importantes. Sur les couches externes de l’étoile, une rotation rapide engendre en particulier (1) un aplatissement (rayon équatorial plus grand que le rayon polaire) et (2) et un assombrissement gravitationnel (distribution non-uniforme de flux, et donc température effective, entre les pôles et l’équateur). Cette modification importante de la structure physique de la photosphère peut également entraîner une perte de masse et de moment angulaire anisotrope (axis-symétrique), qui donne origine par exemple aux environnements circumstellaires complexes détectés autour des étoiles Be et supergéantes B[e]. Les techniques de haute résolution angulaire et spectrale permettent d’étudier en détail les effets de la rotation sur la photosphère et l’environnement circumstellaire à travers le diagramme H-R. Grâce à ces techniques, et en particulier à l’interférométrie optique/infra-rouge à longue base, nos connaissances sur l’impact de la rotation en physique stellaire ont été fortement approfondies depuis le début du XXIe siècle. Les résultats décrits dans ce mémoire de HDR se placent dans ce contexte et sont le fruit d’une double approche combinant (1) observation, surtout avec des instruments du ESO-VLT(I) (e.g. NACO, VISIR, MIDI, AMBER, PIONIER) et (2) modélisation astrophysique avec différents codes, incluant également le transfert de rayonnement (CHARRON, HDUST, FRACS). Je présente, en particulier, les résultats obtenus sur trois étoiles en rotation rapide : Altaïr (A7V ; delta Scuti), Achernar (B6Ve ; étoile Be), et CPD-57° 2874 (étoile supergéante B[e]).

The observation of exoplanets and more generally of the close environment of young stars represents an observational double difficulty : the small angular separation between the star and the planet (or its environment such as a protoplanetary disk) and contrast flux. One technique to overcome these difficulties is the nulling interferometry. Two telescopes target a star planet/disk system and the pupils are recombined in such a way that the photons from the star cause destructive interference while those from the planet/disk cause constructive interference. Instrumental constraints are very strong to ensure sufficient extinction of the star, both in terms of optical path difference (of the order of nanometers) than photometric balance (4% for a minimum extinction ratio 40dB). L-band (3.4-4.1μm) is adapted to the observation of cold matter, because the flux ratio between the planet (or star dust) and the star presents a minimum of 10−4 order after 3μm, making the L-band particularly attractive for such observations. Because silicates and glass are not suitable to build guides reaching the L-band, there is currently no mature instrument in this band in integrated optics. Indeed, instrumental constraints on nulling interferometry can be relaxed by using a single-mode interferometer integrated, thanks to modal filtering. An interferometric instrument integrated L-band would be more than welcome, but needs a technology development effort to develop a method of producing L-band single-mode guides as well as integrated beam combiners. My PhD work was to develop such single mode waveguides as well as beam combiners in order to ob- tain an extinction ratio of 10−4 in the L-band. The selected material is lithium niobate (LiNbO3), the mid-infrared transparency makes it a perfect candidate. We used two methods to make the guides : proton exchange and Titanium diffusion. This latter allows to guide both TE and TM polarizations. As Lithium Niobate is electro-optic, we also worked to internally control the phase delay between channels without mobile mechanical part, applying an electric field at the guide via electrodes "on chip". The electro-optical effect allows us to not only vary the optical path delay between channels but also to settle the photometric balance, paving the way towards the realization of an integrated complete interferometer, lightweight, compact and robust. I therefore sought to characterize and optimize the electro-optical efficiency of the system to obtain a command voltage lower than 15V. The result is a "Y" interferometer presenting two Mach-Zehnders as input for photometric adjustment and offering an extinction ratio of 33dB in monochromatic light (3.39μm). Because the electro-optical drive is very fast (> MHz), it becomes possible to compensate for the phase perturbations induced by the atmosphere (1kHz) in real time. We have worked to build a demonstrator which compensates phase delays of the order of kHz without mechanical mobile part and which guarantees, at 3.39μm, an optical path delay around 3nm. We also realized directional couplers whose coupling ratio can be adjusted via a control voltage. The direct application of this technology is an interferometric component 2TABCD or 3TAC whose defects (unbalanced couplers) can be electrically corrected by calibration.; L'observation d'exoplanètes et plus généralement de l'environnement proche de jeunes étoiles représente une double difficulté observationnelle : la faible séparation angulaire entre l'étoile et la planète (ou son environnement tel qu'un disque protoplanétaire) et le contraste de flux. L'une des techniques permettant de surmonter ces difficultés est l'interférométrie en frange noire. Deux télescopes pointent un système étoile planète/disque et les pupilles sont recombinées de telle manière que les photons issus de l'étoile interfèrent destructivement alors que ceux issus de la planète/disque interfèrent constructivement. Les contraintes instrumentales sont très fortes pour garantir une extinction suffisante de l'étoile, tant en terme de différence de marche optique (de l'ordre du nanomètre) que d'équilibre photométrique (4% minimum pour obtenir un taux d'extinction de 40dB). La bande L (3.4 - 4.1μm) est adaptée à l'observation de matière froide, car le rapport de flux entre la planète (ou poussière stellaire) et son étoile présente un minimum de l'ordre de 10−4 après 3μm, ce qui rend la bande L particulièrement attractive pour ce genre d'observations. Parce que les silicates et le verre ne permettent pas de construire des guides atteignant la bande L, il n'existe pas aujourd'hui d'instrument mature fonctionnant dans cette bande en optique intégrée. En effet, les contraintes instrumentales concernant l'interférométrie annulante peuvent être relaxées en utilisant un interféromètre intégré monomode, grâce au filtrage modal. Un instrument interférométrique intégré en bande L serait donc le bienvenu, mais cela nécessite un effort technologique de développement pour mettre au point une méthode de production de guides monomodes en bande L ainsi que de recombineurs intégrés. Mon travail de thèse a consisté à développer de tels guides d'onde ainsi que des recombineurs permettant d'obtenir un taux d'extinction de 10−4 sur la bande L. Le matériau choisi est le Niobate de Lithium (LiNbO3) dont la transparence en infrarouge moyen en fait un parfait candidat. Nous avons utilisé deux méthodes pour fabriquer les guides : l'échange protonique et la diffusion de Titane. Cette dernière méthode permet de guider les deux polarisations T E et T M . Comme le Niobate de Lithium est électro-optique, nous avons aussi travaillé à piloter le retard de phase entre les voies interférométriques de manière intégrée, sans pièce mécanique mobile, en appliquant un champ électrique au niveau du guide via des électrodes "on chip". L'effet électro-optique nous permet non seulement de faire varier la différence de marche entre les voies mais aussi de régler l'équilibre photométrique, ouvrant la voie à la réalisation d'un interféromètre intégré complet, léger, compact et robuste. J'ai donc cherché à caractériser et optimiser l'efficacité électro-optique du système afin d'obtenir une tension de commande inférieure à 15V. Le résultat est un interféromètre de type Y présentant deux Mach-Zehnders en entrée pour le réglage des photométries et offrant un taux d'extinction de 33dB en lumière monochromatique à 3.39μm. Le pilotage électro-optique étant très rapide (> MHz), il devient alors possible de compenser les perturbations de phase induites par l'atmosphère (1kHz) en temps réel. Nous avons ainsi travaillé à construire un démonstrateur qui permet de compenser des retards de phases de l'ordre du kHz sans pièce mobile, garantissant, à 3.39μm, une différence de marche de l'ordre de 3nm. Nous avons aussi réalisé des coupleurs directionnels dont le taux de couplage peut être modulé via une tension de commande. L'application directe de cette technologie est un composant interférométrique 2TABCD ou 3TAC dont les défauts (déséquilibre des coupleurs) peuvent être corrigés par calibration.

It has been recently demonstrated that integrated optics could enhance accuracy, stability, and ease of use of stellar interferometry techniques. The subject of this thesis is the study of an optical component based on singlemode waveguides for the coherent recombining of optical beams coming from four telescopes. Proposed architecture provides a simultaneous an instantaneous measurement of complex visibility of interferometric signals of the six possible pairs of telescopes. The component is optimized for achromatic behaviour over the H spectral transparency band of atmosphere and integrates an original achromatic phase shifter in order to obtain four phase quadrature states of interferometric fringes. Optical characterisation results obtained on devices realized by deposition and etching of silica layers on silicon substrate confirm theoretical predictions et enabled the study of more complex components at the heart of second generation instrumentation projects of the VLTI (Very Large Telescope Interferometer) This study shows that proposed architecture can be extended to J and K spectral bands, can be applied for the recombination of beams coming from six and even eight telescopes and could also be applied to realise a fringe tracker., Ph.D Thesis, INPG, 6th February 2008, french, 196 pages

Building on technological developments over the last 35 years, intensity interferometry now appears a feasible option by which to achieve diffraction-limited imaging over a square-kilometer synthetic aperture. Upcoming Atmospheric Cherenkov Telescope projects will consist of up to 100 telescopes, each with ~100m 2 of light gathering area, and distributed over ~1km 2 . These large facilities will offer thousands of baselines from 50m to more than 1km and an unprecedented (u,v) plane coverage. The revival of interest in Intensity Interferometry has recently led to the formation of a IAU working group. Here we report on various ongoing efforts towards implementing modern Stellar Intensity Interferometry.

The observation of the Sun at high angular resolution is of great importance in astronomy. In this context, I show the effects of optical turbulence on solar images, especially on the astrometric long exposure measurements of the solar diameter. I propose a modelling, in the small perturbation approximation, of the chromatic and polychromatic local angle of arrival fluctuations, which has direct relevance for optical turbulence daytime observations. In order to extract angle of arrival fluctuations from short exposure images of solar edge, I propose an effective and stable method that consists of a photometric integration with local anisoplanatism test. This method increases the efficiency of previous approaches. It also impacts on the long exposure measurement of the solar diameter as well as on the definition of solar photometric diameter. Another way to measure daytime angle of arrival fluctuations is to do so in the pupil plane. I studied this approach with its validity and limitations. As a direct application, we propose a concept of a profiling monitor for the low altitude optical turbulence. Another important part of my work has been the modelling of the temporal variation of optical turbulence by introducing proper boiling. The theoretical framework that I propose is presented with examples (interferometry, adaptive optics...) related to various high angular resolution observation techniques in the presence of optical turbulence.; L'observation du Soleil à haute résolution angulaire est d'une grande importance en astronomie. Dans ce contexte, je montre les effets de la turbulence optique sur les images solaires, notamment sur les mesures astrométrique du diamètre solaire en longue pose. Je propose, dans l'approximation des faibles perturbations, une modélisation des fluctuations d'angle d'arrivée locales chromatiques et polychromatiques qui a des retombées directes pour les observations diurnes de la turbulence optique. Afin d'extraire les fluctuations d'angle d'arrivée à partir des images courte pose du bord solaire, je propose une approche efficace et stable qui consiste en une intégration photométrique saturée avec test de l'anisoplanétisme local. Cette méthode améliore l'efficacité des méthodes précédentes. Elle a aussi des retombées sur la mesure du diamètre solaire en longue pose et la définition du diamètre photométrique. Une autre manière de mesurer les fluctuations d'angle d'arrivée de jour est de le faire dans le plan conjugué de la pupille. J'étudie cette approche avec sa validité et ses limites. Comme application directe on présente le concept d'un moniteur profileur de la turbulence optique basse altitude. Une autre partie importante de mon travail est la modélisation de la variation temporelle de la turbulence optique en introduisant le bouillonnement propre. Le modèle théorique que je propose est présenté avec des exemples liés à des techniques diverses de l'observation à haute résolution angulaire (interférométrie, optique adaptative...) en présence de turbulence optique.

The observation of the Sun at high angular resolution is of great importance in astronomy. In this context, I show the effects of optical turbulence on solar images, especially on the astrometric long exposure measurements of the solar diameter. I propose a modelling, in the small perturbation approximation, of the chromatic and polychromatic local angle of arrival fluctuations, which has direct relevance for optical turbulence daytime observations. In order to extract angle of arrival fluctuations from short exposure images of solar edge, I propose an effective and stable method that consists of a photometric integration with local anisoplanatism test. This method increases the efficiency of previous approaches. It also impacts on the long exposure measurement of the solar diameter as well as on the definition of solar photometric diameter. Another way to measure daytime angle of arrival fluctuations is to do so in the pupil plane. I studied this approach with its validity and limitations. As a direct application, we propose a concept of a profiling monitor for the low altitude optical turbulence. Another important part of my work has been the modelling of the temporal variation of optical turbulence by introducing proper boiling. The theoretical framework that I propose is presented with examples (interferometry, adaptive optics...) related to various high angular resolution observation techniques in the presence of optical turbulence.; L'observation du Soleil à haute résolution angulaire est d'une grande importance en astronomie. Dans ce contexte, je montre les effets de la turbulence optique sur les images solaires, notamment sur les mesures astrométrique du diamètre solaire en longue pose. Je propose, dans l'approximation des faibles perturbations, une modélisation des fluctuations d'angle d'arrivée locales chromatiques et polychromatiques qui a des retombées directes pour les observations diurnes de la turbulence optique. Afin d'extraire les fluctuations d'angle d'arrivée à partir des images courte pose du bord solaire, je propose une approche efficace et stable qui consiste en une intégration photométrique saturée avec test de l'anisoplanétisme local. Cette méthode améliore l'efficacité des méthodes précédentes. Elle a aussi des retombées sur la mesure du diamètre solaire en longue pose et la définition du diamètre photométrique. Une autre manière de mesurer les fluctuations d'angle d'arrivée de jour est de le faire dans le plan conjugué de la pupille. J'étudie cette approche avec sa validité et ses limites. Comme application directe on présente le concept d'un moniteur profileur de la turbulence optique basse altitude. Une autre partie importante de mon travail est la modélisation de la variation temporelle de la turbulence optique en introduisant le bouillonnement propre. Le modèle théorique que je propose est présenté avec des exemples liés à des techniques diverses de l'observation à haute résolution angulaire (interférométrie, optique adaptative...) en présence de turbulence optique.

The primary goal of DARWIN is to detect earth-like extrasolar planets and to search for biomarkers. This is achieved by means of nulling interferometry, using three free-flying telescopes and a Beam-Combiner (BC) hub. DARWIN will be able to perform astrophysical imaging with high spectral and spatial resolution. Should one of Darwin's telescope flyers fail, then Darwin's capability of detecting earth-sized exo-planets is dramatically reduced. However, with only two telescopes the imaging mode can continue operating with minimal performance degradation, thus ensuring mission success. This work describes a trade-off study between four conceptual three-beam BC's, that are capable of performing both as a nuller and as an imager. A proposed breadboard design will demonstrate end-to-end Fringe-Tracking (FT) and Optical Path-Length (OPL) control. The BC concept is based on a pupil-plane (Michelson) beam combination scheme. Pupil-plane imaging EC's offer a large overlap in terms of optical layout with the nulling BC concept, making it possible to develop a combined nulling- and imaging BC. This means that a reduced number of optical components can be used compared to a scheme with separate BC's. The BC concept inherently compensates for unequal OPL's, which in ground-based interferometers is compensated for by long stroke Optical Delay Lines (ODL's).

The primary goal of DARWIN is to detect earth-like extrasolar planets and to search for biomarkers. This is achieved by means of nulling interferometry, using three free-flying telescopes and a Beam-Combiner (BC) hub. DARWIN will be able to perform astrophysical imaging with high spectral and spatial resolution. Should one of Darwin's telescope flyers fail, then Darwin's capability of detecting earth-sized exo-planets is dramatically reduced. However, with only two telescopes the imaging mode can continue operating with minimal performance degradation, thus ensuring mission success. This work describes a trade-off study between four conceptual three-beam BC's, that are capable of performing both as a nuller and as an imager. A proposed breadboard design will demonstrate end-to-end Fringe-Tracking (FT) and Optical Path-Length (OPL) control. The BC concept is based on a pupil-plane (Michelson) beam combination scheme. Pupil-plane imaging EC's offer a large overlap in terms of optical layout with the nulling BC concept, making it possible to develop a combined nulling- and imaging BC. This means that a reduced number of optical components can be used compared to a scheme with separate BC's. The BC concept inherently compensates for unequal OPL's, which in ground-based interferometers is compensated for by long stroke Optical Delay Lines (ODL's).

For many years, single-mode guided optics is used in stellar interferometry to ensure beam combination. The solution of planar integrated optics enables a high instrumental stability in a compact volume. Modal filtering associated to these advantages greatly increase the measurement precision of interferometric visibilities. Integrated optics offers decisives advantages for incoming space missions like Darwin and TPF "Terrestrial Planet Finder" working in the thermal infrared wavelengths [4-20 micrometers]. Silica based integrated optics technologies, developed in the near infrared spectral range, are implemented in the H atmospheric band [1470-1780 nm]., Depuis de nombreuses annees, l'optique guidée monomode est utilisée en interférométrie stellaire pour assurer la recombinaison des faisceaux. La solution de l'optique integree planaire monomode permet, de plus, d'obtenir une importante stabilité instrumentale pour un volume compact. Le filtrage modal combiné a ces avantages augmente nettement la précision de mesure des visibilité interférométriques. L'utilisation de l'optique intégrée offre des avantages décisifs pour les futures missions spatiales DARWIN et TPF "Terrestrial Planet Finder" fonctionnant en IR thermique (de 4 a 20 micromètres de longueurs d'onde). Les technologies d'optique intégrée basées sur la silice, gravure de couches minces et échange d'ions, développées pour l'infrarouge proche, sont utilisées avec succes dans la bande de transmission de l'atmosphere H [1470-1780 nm]. Dans ce travail de thèse, nous avons débuté le développement de l'optique intégrée pour étendre le domaine de longueurs d'onde entre 2 et 20 micromètres. Pour cela, les technologies basées sur la silice ont été validées dans la bande de l'atmosphère K [2000-2400 nm]. Une analyse de différentes technologies d'optique intégrée existantes a permis d'en sélectionner plusieurs qui sont compatibles avec les contraintes instrumentales et technologiques. Au travers de différentes réalisations et mesures, nous avons défini les développements technologiques à mener et les étapes de caractérisation nécessaires. Nous avons également mène des mesures pour déterminer le domaine de longueurs d'onde sur lequel il y a effectivement un guidage du mode fondamental.

Single-mode optical fibers bring a solution to the filtering of wavefront defects and to calibration on the visibilities in stellar interferometry. The recombination instrument FLUOR (Fiber Linked Unit for Optical Recombination), set on the IOTA interferometer in Arizona, is based on this concept. Ground-based large interferometers currently in the design stage will combine single-mode optical fibers and adaptive optics to provide maximum precision and sensitivity. The interfacing of these systems of Adaptive Optics with optical fibers was studied. Analytical laws of dimensioning and prediction of the performances was derived and were confirmed by computer simulations. A qualitative comparison between the spatial filtering provided by a single-mode optical fiber and by a pinhole makes it possible to conclude on the superiority of the first method within the framework of an interferometric use. Limitations in rate of acquisition reduced the possibilities of the instrument FLUOR. A fast system of sweeping of the optical path difference was established in order to better sample the transfer function and to decrease the statistical error on the estimate of the visibilities. Simultaneously with these technical improvements, the former version of the instrument was used for scientific observations. Series of measurements were carried out on pulsating stars. The visibilities are estimated with a precision better than the percent and allow a comparison with the theoretical models representing these objects., Les fibres optiques monomodes apportent une solution au filtrage spatial des défauts du front d'onde et à l'étalonnage des visibilités en interférométrie stellaire. L'instrument de recombinaison FLUOR (Fiber Linked Unit for Optical Recombination), installé sur l'interféromètre IOTA en Arizona, est fondé sur ce principe. De grands interféromètres au sol actuellement en projet utiliseront des fibres optiques monomodes et des systèmes d'Optique Adaptative afin de garantir de meilleures précisions et une meilleure sensibilité. L'interfaçage de ces systèmes d'Optique Adaptative avec des fibres optiques a été étudié. Des lois analytiques de dimensionnement et de prédiction des performances ont été dérivées et confirmées par des simulations numériques. Une comparaison qualitative entre le filtrage spatial opéré par une fibre monomode et celui opéré par un trou permet de conclure sur la supériorité de la première méthode dans le cadre d'une utilisation interférométrique. Des limitations en cadence d'acquisition réduisaient les possibilités de l'instrument FLUOR. Un système de balayage rapide de la différence de marche a été implanté afin de mieux échantillonner la fonction de transfert et de diminuer l'erreur statistique sur l'estimation des visibilités. En parallèle à ces améliorations techniques, la version antérieure de l'instrument a été utilisée pour des observations scientifiques. Des campagnes de mesures ont été menées sur des étoiles pulsantes. Les visibilités sont estimées avec une précision meilleure que le pourcent et permettent une comparaison aux modèles théoriques représentant ces objets.

Image acquisition by photon counting in the visible spectrum with a high precision on photoevents dating is especially useful for ground-based observations. In the first part of this thesis, and after a review of several techniques for photon acquisition and processing, I introduce a new type of photon counting camera, noticeable for its high temporal resolution and its high maximum counting rate: the DELTA (Detector Enhancement by Linear-projections on Three Axes) camera. I describe the concept of this camera, and the engineering solutions (optics, electronics, computing) that could be used for its construction. The second part of my work regards fringe detection and tracking in ground-based and long- baseline optical stellar interferometry. After a statistical approach of the issue, I describe methods introducing a priori information in the data, in order to have a better detection efficiency. One of the proposed methods, using a priori information on the atmospheric piston, requires a precise photoevent dating, and therefore uses methods described in the first part.; L'acquisition d'images en comptage de photons du spectre visible, avec une grande précision sur la date de chaque photo événement, est particulièrement profitable pour les techniques d'observation au sol. Dans la première partie de cette thèse, après une revue des différentes techniques d'acquisition et de traitements des photoévénements, je présente un nouveau type de caméra à comptage, remarquable pour sa haute résolution temporelle et son haut flux maximum, la caméra DELTA (Détection d'Événements Lumineux par Trois Axes). Je décris le principe de cette caméra, ainsi que différentes solutions techniques (optique, électronique, informatique) qui pourraient être employées. J'expose également des nouvelles techniques de mesure et d'exploitation de l'information temporelle liée aux photoévénements. La seconde partie de mon travail concerne la détection et le suivi des franges en interférométrie stellaire optique à longue base au sol. Après une étude statistique du problème, je décris les différentes façons d'introduire dans les données de l'information a priori pour une meilleure efficacité de la détection. Une des méthodes proposées, utilisant l'information a priori sur le piston atmosphérique fait appel a une datation précise des photons, et par conséquent aux techniques décrites dans la première partie.

Image acquisition by photon counting in the visible spectrum with a high precision on photoevents dating is especially useful for ground-based observations. In the first part of this thesis, and after a review of several techniques for photon acquisition and processing, I introduce a new type of photon counting camera, noticeable for its high temporal resolution and its high maximum counting rate: the DELTA (Detector Enhancement by Linear-projections on Three Axes) camera. I describe the concept of this camera, and the engineering solutions (optics, electronics, computing) that could be used for its construction. The second part of my work regards fringe detection and tracking in ground-based and long- baseline optical stellar interferometry. After a statistical approach of the issue, I describe methods introducing a priori information in the data, in order to have a better detection efficiency. One of the proposed methods, using a priori information on the atmospheric piston, requires a precise photoevent dating, and therefore uses methods described in the first part.; L'acquisition d'images en comptage de photons du spectre visible, avec une grande précision sur la date de chaque photo événement, est particulièrement profitable pour les techniques d'observation au sol. Dans la première partie de cette thèse, après une revue des différentes techniques d'acquisition et de traitements des photoévénements, je présente un nouveau type de caméra à comptage, remarquable pour sa haute résolution temporelle et son haut flux maximum, la caméra DELTA (Détection d'Événements Lumineux par Trois Axes). Je décris le principe de cette caméra, ainsi que différentes solutions techniques (optique, électronique, informatique) qui pourraient être employées. J'expose également des nouvelles techniques de mesure et d'exploitation de l'information temporelle liée aux photoévénements. La seconde partie de mon travail concerne la détection et le suivi des franges en interférométrie stellaire optique à longue base au sol. Après une étude statistique du problème, je décris les différentes façons d'introduire dans les données de l'information a priori pour une meilleure efficacité de la détection. Une des méthodes proposées, utilisant l'information a priori sur le piston atmosphérique fait appel a une datation précise des photons, et par conséquent aux techniques décrites dans la première partie.