etude des effets de defauts de surface sur les aberrations optiques

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE FERHAT ABBAS-SETIF
UFAS (ALGERIE)
MEMOIRE
Présenté à la Faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d’Optique et de Mécanique de Précision
Pour l’Obtention du Diplôme de
MAGISTER
École Doctorale des Technologies et des Applications Spatiales
Option : Optique Spatiale et Mécanique de Précision
Par
Mlle : DAOUDI Ouahiba
THEME
ETUDE DES EFFETS DE DEFAUTS DE SURFACE SUR
LES ABERRATIONS OPTIQUES
Soutenue le 27 /04 / 2010 devant le jury composé de :
Mohamed BOUAFIA Prof. à l’université de Sétif Président
Djamel BOUZID Prof. à l’université de Sétif Rapporteur
Said BOUZID Prof. à l’université de Sétif Examinateur
Toufik ALIOUANE M.C. à l’université de Sétif Examinateur

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i
Remerciements
La thèse, c’est comme un voyage en bateau. Je voudrais donc remercier
toutes celles et tous ceux qui m’ont permis d’arriver à bon port.
Un grand merci donc au professeur Djamel Bouzid qui a accepté de
m’encadré et de dirigé ce travail, et qui m’ai donné la possibilité de travailler sur
un sujet novateur et réellement passionnant. Je tiens à le remercier également
pour ses conseils, son suivi et sa disponibilité.
J’aimerais remercier aussi le Docteur Ahmed manalla pour son aide et
ses discutions très intéressantes qui m’ouvrées plusieurs portes étaient fermées.
Mes remerciements vont également à Monsieur Aissa Manalla,et Madame
Aicha Mdjahed pour leurs aides.
Je tiens aussi à remercier et à exprimer ma gratitude aux différents
membres du jury, pour avoir accepté de juger ce travail, et pour les remarques
constructives qui ont contribué à l'améliorer. Un très grand merci au professeur
Mohamed Bouafia. Sa participation en qualité de président fut pour moi un
grand honneur. Je remercie également le professeur Said Bouzid pour avoir
accepter de faire partie des membres examinateurs dans le jury de ce mémoire.
Merci également au docteur Toufik Aliouane, pour son aide, et pour
avoir accepté d’être examinateur de ce mémoire.
Un grand merci à l’Agence Spatiale Algérienne (ASAL) pour le lancement
de la première fois l’École Doctorale des Technologies et des Applications
Spatiales.
Mes vifs remerciements à salah et mes sœurs Asma et Fatima qui ma
soutenus durant ce travail et je les remercie pour leurs aides, leurs conseils, et
leurs encouragements.
Pour finir, un très grand merci à ma famille, et aux amis.

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ii
Résumé
Dans le domaine astronomique les lunettes, les caméras et les télescopes nécessitent
des lentilles et des miroirs de haute performance, ces composants optiques sont destinés à la
formation, ou au transport d’images de qualité. Toute imperfection sur la surface de ces
composants optiques induit des imprécisions lors de leur utilisation.
Les techniques de surfaçage des composants optiques tels que le meulage, le
doucissage, et le polissage engendrent des défauts de forme, d’ondulation, et de rugosité sur
les surfaces optiques. L’accumulation de ces imperfections réduit la qualité et les
performances optiques d’un système optique formant l’image. Une image d’un point
lumineux formée par un composant optique ayant des défauts géométriques, elle ne sera pas
un point comme elle, mais une tache floue ayant des aberrations géométriques. Cette tache est
expliquée par l’incapacité de ce composant de focaliser tous les rayons qui sont déviés dans
un même point, ils se focalisent dans une région.
Le but de ce mémoire est d’étudier les effets de différents défauts de surface sur la
qualité d’image, et aussi sur les aberrations optiques.
Mots clés : Système optique, Qualité d’image, Procédés d’usinage, Défaut de surface,
Aberrations optiques.

Table des matières .
iii
Table des matières
Remerciements
i
Résumé
ii
Table des matières
iii
Introduction générale
viii
Chapitre 1
Généralités sur les systèmes optiques
1. Généralités sur les systèmes optiques………………………………………………………
01
1.1. Dioptre …………………………………………………………………………………..
01
1.2. Système optique …………………………………………………………………………
01
1.3. Système dioptrique, catoptrique, et catadioptrique ……………………………………..
02
a. Systèmes dioptriques (réfracteurs) ……………………………………………..........
02
b. Systèmes catoptriques (réflecteurs) ………………………………………………….
03
c. Systèmes catadioptriques …………………………………………………………….
03
1.4. Systèmes optiques centrés ……………………………………………………………....
04
1.5. Systèmes optiques parfaits ……………………………………………………………...
04
1.6. Caractéristiques des systèmes optiques ………………………………………………......
06
1.6.1. Magnification ou le grandissement ……………………………………………….
06
1.6.2. Grossissement ………………………………………………………………………
07
1.6.3. Rapport d’ouverture F/D ……………………………………………………………
07
1.6.4. Puissance dioptrique (vergence) ………………………………………………….
08
1.6.5. Rayons lumineux, et diaphragmes ………………………………………………..
08
1.6.5.1. Diaphragme d’ouverture …………………………………………………..
10
1.6.5.2. Diaphragme de champ ………………………………………………………
10
1.7. Conclusion ….…………………………………………………………………………
11

Table des matières .
iv
Chapitre 2
Qualité d’image d’un système optique
2. Qualité d’image d’un système optique………………………………………………..........
12
2.1. Définition de l’image……………………………………………………………………...
12
2.2. Image d’un point lumineux ……………………………………………………………….
12
2.3. Imagerie paraxiale et conditions de Gauss...……………………………………………...
13
2.4. Evaluation de la Qualité d'image d’un système optique.………………………………….
14
2.5. Facteurs de la qualité d’image….…………………………………………………………
16
a. Résolution.. …………………………………………………………………………..
16
b. Contraste ……………………………………………………………………………..
18
2.6. Facteurs affectant la qualité d’image………………………………………………..........
18
2.6.1. Aberrations …………………………………………………………………………
19
2.6.2. Défauts de surface optique …………………………………………………………
20
2.6.3. Diffusion ……………………………………………………………………………
22
2.6.3. Diffraction …………………………………………………………………………
23
2.6.3.1. Principe d’Huygens.…………………………………………………............
24
2.6.3.2. Effet de la diffraction sur les images………………………………...............
24
2.6.4. Collimation et l’alignement …………………………………………………………
25
2.6.5. Vignettage …………………………………………………………………………...
26
2.6.5. Turbulences atmosphériques..……………………………………………………......
27
2.7. Conclusion ……………………………………………………………………………......
29
Chapitre 3
Effets des aberrations d’un système optique sur
la qualité d’image
3. Effets des aberrations d’un système optique sur la qualité d’image….……………………..
30
3.1. Front d’ondes.. …………………………………………………………………………...
30
3.1.1. Erreurs du front d’ondes ……………………………………………………………
31
3.1.2. Polynômes de Zernike ……………………………………………………………...
33
3.2. Types d’aberration..……………………………………………………………………….
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