L'optique adaptative classique est limitée par l'anisoplanétisme. Pour remédier à cette limitation, de nouveaux concepts, appelés optiques adaptatives grand champ, ont été développés. Ces systèmes analysent la turbulence atmosphérique dans le volume, ce qui accroît le champ de correction. Ces techniques requièrent une connaissance précise du profil de Cn2. Mon étude consiste à valider sur le ciel une nouvelle technique de mesure du profil de Cn2, appelée CO-SLIDAR, à partir des corrélations des mesures de pentes et de scintillation réalisées avec un analyseur Shack-Hartmann sur étoile binaire. Elle s'organise autour de deux grands axes. On réalise d'abord une simulation bout-en-bout de la reconstruction du profil de Cn2 dans un cas concret d'observation astronomique. On peut ainsi étudier l'impact des différentes sources d'erreur sur la reconstruction du profil de Cn2. Ceci nous permet d'améliorer la procédure d'estimation du profil de Cn2, en prenant en compte les bruits de détection. La deuxième partie de mon étude se consacre à la validation expérimentale. On dimensionne et caractérise en laboratoire un banc d'acquisition, le banc ProMeO. Ceci conduit à une bonne connaissance du fonctionnement du banc et nous permet de corriger certains effets instrumentaux. Le banc ProMeO est finalement couplé au télescope MeO de 1,5 m de diamètre. Les données acquises permettent une reconstruction du profil de Cn2, du sol jusqu'à 17 km, avec une résolution de 600 m. Les profils obtenus par la méthode CO-SLIDAR sont comparés avec succès à des profils issus de données météorologiques. L'ensemble de ces travaux constitue la première validation sur le ciel de la méthode CO-SLIDAR.

Le fond diffus infrarouge est la contribution de toutes les galaxies infrarouges intégrée sur toute l'histoire de l'Univers. Il émet entre 8 et 1000 µm et à un pic vers 200 µm. On résout une large fraction de ce fond dans l'infrarouge proche mais seule une petite fraction l'est dans l'infrarouge moyen et lointain à cause de la confusion. Les sources les plus faibles sont perdues dans le bruit de confusion. Cela forme des fluctuations de brillance, les anisotropies du fond diffus infrarouge. L'étude de ces fluctuations permet l'étude des galaxies sous le seuil de détection, donc des galaxies les plus faibles. Grâce au spectre de puissance on peut mesurer la puissance conte- nue dans ces fluctuations en fonction de l'échelle spatiale. Cette mesure contient, entre autre, le regroupement des galaxies infrarouges. Dans un premier temps, j'ai isolé du spectre de puissance d'une carte infrarouge, le spectre de puissance dû uniquement aux galaxies infrarouges. En effet, aux grandes échelles spatiales, il est contaminé par l'émission des cirrus Galactiques. Ces cirrus sont des nuages d'hydrogène neutre, tracés par la raie à 21 cm. J'ai donc utilisé des données à 21 cm pour estimer l'émission infrarouge de ces cirrus pour ensuite la soustraire aux cartes infrarouge à 100 et 160 µm. Cela m'a aussi permis de faire une mesure précise du niveau absolu du fond diffus infrarouge à ces longueurs d'onde. Afin d'analyser ces spectres de puissances, j'ai mis en place un modèle de regroupement des galaxies infrarouges reliant un modèle d'évolution des galaxies infrarouge reproduisant les données existantes dont celles d'Herschel et un modèle de halo. C'est un modèle complétement paramétré ce qui permet l'étude des dégénérescences de ces paramètres. J'en ai aussi tiré des mesures physiques et leur évolution avec la longueur d'onde. De plus, j'ai ajusté les données existantes de 100 à 1380 µm. Grâce au modèle on peut déterminer les contributions en redshift à chaque longueur d'onde. Les courtes longueurs d'onde tracent les bas redshifts alors que les grandes longueurs d'onde tracent les hauts redshifts. Cependant la contribution des bas redshifts est loin d'être négligeable à ces longueurs d'onde. Afin de déterminer l'évolution du regroupement avec le redshift des cartes des anisotropies du fond diffus infrarouge sont nécessaires. Je vais expliciter une méthode de séparation de composantes dédiée à cela.

La gravitation joue un rôle important dans de nombreux domaines de l'astrophysique : elle assure notamment la cohésion et la stabilité des planètes, des étoiles et des disques. Elle est aussi motrice dans le processus d'effondrement de structure et conduit, dès lors qu'un moment cinétique initial est significatif, à la formation d'un disque.Ma thèse est consacrée à l'étude des disques de gaz, et plus particulièrement à la description du potentiel et du champ de gravité qu'ils génèrent dans l'espace et sur eux-mêmes (l'auto-gravitation). Bien que la force de Newton soit connue depuis longtemps, la détermination des interactions auto-gravitantes reste difficile, en particulier lorsque l'on s'écarte significativement de la sphéricité. La principale difficulté tient dans la divergence hyperbolique du Noyau de Green 1/(r'-r) et nécessite un traitement propre. L'approche théorique est intéressante car elle fournit de nouveaux outils (techniques numériques, formules approchées, etc...) qui peuvent aider à produire des solutions de référence et à améliorer les simulations numériques.Dans une première partie, nous introduisons le sujet, les notions et les bases essentielles. Le chapitre $1$ est consacré à une présentation succinte du contexte scientifique et aux motivations de notre travail. Dans le chapitre $2$, nous reproduisons dans ces grandes lignes le cheminement conduisant au développement multipolaire, à partir de l'équation de Poisson et de la formule intégrale de Newton. Il s'agit de l'une des méthodes les plus classiques permettant d'obtenir le potentiel gravitationnel d'un corps. Les deux systèmes de coordonnées les plus utilisées sont mis en avant : sphériques et cylindriques. A travers quelques exemples, nous montrons les limites de cette approche, en particulier dans le cas de l'auto-gravité des disques.Dans une deuxième partie, nous abordons le vif du sujet. Le chapitre $3$ présente l'approche basée sur les intégrales elliptiques que nous retrouverons dans l'ensemble du manuscrit (cas général d'abord, puis cas axi-symétrique). Dans le chapitre $4$, nous établissons un premier résultat concernant le noyau de Green dans des systèmes axi-symétriques et verticalement homogènes : une forme alternative et régulière du noyau, quelque soit le point de l'espace. Nous avons exploité cette nouvelle formule pour déduire une bonne approximation du potentiel des disques géométriquement minces, des anneaux et des systèmes faiblement étendus en rayon. Ceci fait l'objet du chapitre $5$.Dans une troisième partie, nous étudions les effets de bords sur la composante verticale du champ de gravité, $g_z$, causés par un disque mince axi-symétrique. Le chapitre $6$ est dédié à l'approximation de Paczynski \citep{pacz78}, qui permet traditionnellement d'exprimer le champ comme une fonction linéaire de la densité de surface locale. Cette approximation n'est en fait strictement valide que dans le cas du modèle du "plan infini", loin d'un disque réaliste. Près du bord externe des disques où la gravité décroit, l'approximation de Paczynski s'avère assez imprécise (facteur $2$ typiquement), et ne donne pas de bons résultats et doit être corrigée. Toujours dans l'hypothèse d'une homogénéité verticale de la densité, nous avons construit une expression pour $g_z$ qui tient compte de ces effets de bords. Le chapitre $7$ est consacré à ce résultat.Dans une dernière partie, nous relâchons l'hypothèse de symétrie axiale (le disque est discrétisé en cellules cylindriques homogènes). Nous nous sommes inspirés du travail d'\cite{ansorg03} afin d'exprimer, via le théorème de Green, le potentiel d'une cellule cylindrique homogène par une intégrale de contour. Ce résultat s'applique directement aux simulations de disques, où ceux-ci sont découpés en cellules cylindriques, chacune ayant sa propre densité.Une conclusion et quelques perspectives sont données en fin de manuscrit.

Cette thèse contribue à la recherche de méthodes de détection de signaux inconnus à très faible Rapport Signal-à-Bruit. Ce travail se concentre sur la définition, l'étude et la mise en œuvre de méthodes efficaces capables de discerner entre observations caractérisées seulement par du bruit de celles qui au contraire contiennent l'information d'intérêt supposée parcimonieuse. Dans la partie applicative, la pertinence de ces méthodes est évaluée sur des données hyperspectrales. Dans la première partie de ce travail, les principes à la base des tests statistiques d'hypothèses et un aperçu général sur les représentations parcimonieuses, l'estimation et la détection sont introduits. Dans la deuxième partie du manuscrit deux tests d'hypothèses statistiques sont proposés et étudiés, adaptés à la détection de signaux parcimonieux. Les performances de détection des tests sont comparés à celles de méthodes fréquentistes et Bayésiennes classiques. Conformément aux données tridimensionnelles considérées dans la partie applicative, et pour se rapprocher de scénarios plus réalistes impliquant des systèmes d'acquisition de données, les méthodes de détection proposées sont adaptées de façon à exploiter un modèle plus précis basé sur des dictionnaires qui prennent en compte l'effet d'étalement spatio-spectral de l'information causée par les fonctions d'étalement du point de l'instrument. Les tests sont finalement appliqués à des données astrophysiques massives de type hyperspectral dans le contexte du Multi Unit Spectroscopic Explorer de l'Observatoire Européen Austral.

Cette thèse étudie la problématique d'un atterrissage sur un astéroïde. Le lander est un paquet scientifique dépourvu de plateforme de navigation. Il est placé dans une région dont la dynamique est favorable à l'atterrissage. Une étude de l'interaction entre le lander et la surface permet de comprendre quels critères physiques du lander affectent son atterrissage.

This thesis presents the study of four aspects of high energy astronomy.The first part of my thesis is dedicated to an aspect of instrument development for imaging atmospheric Cherenkov telescopes, namely the Level 2 trigger system of the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.). My work on the project focused on the algorithm development and the Monte Carlo simulations of the trigger system and overall instrument (Moudden, Barnacka, Glicenstein et al. 2011a; Moudden, Venault, Barnacka et al. 2011b). The hardware implementation of the system is described andits expected performances are then evaluated. The H.E.S.S. array has been used to observe the blazar PKS 1510-089.The second part of my thesis deals with the data analysis and modeling of broad-band emission of this particular blazar. In part II of my thesis, I am presenting the analysis of the H.E.S.S. data: the light curve and spectrum of PKS 1510-089, together with the FERMI data and a collection of multi-wavelength data obtained with various instruments. I am presenting the model of PKS 1510-089 observations carried out during a flare recorded by H.E.S.S.. The model is based on a single zone internal shock scenario.The third part of my thesis deals with blazars observed by the FERMI-LAT, but from the point of view of other phenomena: a strong gravitational lensing. This part of my thesis shows the first evidence for gravitational lensing phenomena in high energy gamma-rays. This evidence comes from the observation of a gravitational lens system induced echo in the light curve of the distant blazar PKS 1830-211. Traditionalmethods for the estimation of time delays in gravitational lensing systems rely on the cross-correlation of the light curves from individual images. In my thesis, I used 300 MeV-30 GeV photons detected by the Fermi-LAT instrument. The FERMI-LAT instrument cannot separate the images of known lenses. The observed light curve is thus the superposition of individual image light curves. The FERMI-LAT instrument has the advantage of providing long, evenly spaced, time series with very low photonnoise. This allows to use directly Fourier transform methods. A time delay between the two compact images of PKS 1830-211 has been searchedfor both by the autocorrelation method and a new method: the "double power spectrum". The double power spectrum shows a 4.2 σ evidence for a time delay of 27.1±0.6 days (Barnacka et al. 2011), consistent with the results from Lovell et al. (1998) and Wiklind & Combes (2001).The last part of my thesis concentrates on another lensing phenomena called "femtolensing". The search for femtolensing effects has been used to derive limits on the primordial black holes abundance. The abundance of primordial black holes is currently significantly constrained in a wide range of masses. The weakest limits are established for the small mass objects, where the small intensity of the associated physical phenomenon provides a challenge for current experiments. I have usedgamma-ray bursts with known redshifts detected by the FERMI Gamma-ray Burst Monitor (GBM) to search for the femtolensing effects caused by compact objects. The lack of femtolensing detection in the GBM data provides new evidence that primordial black holes in the mass range 5 × 10^17 - 10^20 g do not constitute a major fraction of dark matter (Barnacka et al. 2012). My Ph.D. studies have been carried out jointly between the Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences, in Warsaw in Poland and the IRFU institute of the Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives(CEA) Saclay in France.

Numerical simulations are a useful tool to understand galaxies. In addition to gravitation, other processes can be included for chemodynamical simulations: star formation, feedback of newly formed and evolving stars, metal enrichment, cooling of the interstellar medium, etc. These simulations describe in a self-consistent way the hydrodynamical and chemical evolution of galaxies. I use chemodynamical simulations to build up a model of evolution of the dust mass, solid component of the interstellar medium, in our Galaxy and in dwarf galaxies. I have performed simulations of a massive galaxy to understand localeffects on dust evolution while simulations of dwarf galaxies have been carried out to follow the dust mass in low metallicity environments. Chemodynamical simulations have shown that they are useful. Indeed, local effects and transport mechanisms are naturally included and turn out to be important for a model of dust mass production and destruction.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de la détection d'évènements impulsionnels intermittents en provenance de pulsars. Ces objets astrophysiques sont des étoiles à neutrons hautement magnétisées en rotation rapide, qui émettent un faisceau radio balayant l'espace comme la lentille d'un phare. Ils sont détectables grâce à une instrumentation spécifique. Depuis quelques années, on a découvert de nouvelles catégories de ces pulsars, aux caractéristiques extrêmes, avec en particulier des impulsions individuelles plus intenses et irrégulières comparé à la moyenne. Il faut pouvoir les détecter en temps réel dans un environnement radio perturbé à cause des signaux de télécommunications. Cette étude propose des algorithmes de traitement d'interférences radio fréquence (RFI) adaptés à ce contexte. Plusieurs méthodes de traitement de RFI sont présentées et comparées. Parmi elles, deux ont été retenues et comparées au moyen de simulations Monte Carlo, avec un jeu de paramètres simulant le pulsar et un signal BPSK avec des puissances et des durées différentes. Pour la recherche de nouveaux pulsars, une méthode alternative est proposée (SIPSFAR), combinant capacité de recherche en temps réel et robustesse contre les RFI. Elle est basée sur la transformée de Fourier 2D et la transformée de Radon. Une étude comparative théorique a permis de confronter et comparer la sensibilité de cette nouvelle méthode avec celle communément utilisée par les radioastronomes. La méthode a été implantée sur un GPU GTX285 et testée sur un grand relevé du ciel effectué au radiotélescope de Nançay. Les résultats obtenus ont donné lieu à une comparaison statistique complémentaire à partir de données réelles.

In order to prepare for the next in situ missions to Mars (MSL-2011 and ExoMars-2018), the objective of mythesis is to create a collection of relevant analogue rocks and minerals for calibrating and testing future (and existing) space flight instruments, in accordance with the geology of Mars. They were characterized using standard laboratory instrumentation (optical microscopy, Raman, IR, XRD, SEM, electron microprobe and ICP-MS), as well as by flight instrumentation in development (Mössbauer MIMOSII, ExoMars Raman and IR (MicrOmega) spectrometers). All the samples are described in an online database in the following web site: www.isar.cnrs-orleans.fr. A part of this thesis is dedicated to the development of a cathodoluminescence (CL) instrument that could potentially be adapted for space flight. Study of alteration processes of basalts on Earth that show some similarities to surface and subsurface processes occurring on Mars may help understand and interpret martian features. Therefore, to complete the collection, samples of hydrothermal and acidic weathered basalts were collected from the Skouriotissa mine in Cyprus. The mineralogical evolution of the basalt through different alteration facies was studied. Because terrestrial basalts are poorer in Fe and Mg than martian basalts, I synthesized two artificial martian basalts. The two artificial basalts are different in terms of cooling rate (~110°C/h and drop-quenched, >1200°C/h). Interestingly, the more slowly-cooled sample exhibits a spinifex texture, similar to that of komatiites. If similar basalts occur on Mars, such rocks when altered by aqueous processes may have astrobiological implications.

Les données de VSP multi-source/multi-offset acquises en 2007 sur le site géothermique de Soultz-sous-Forêts sont traitées et analysées. Des géophones placés dans les puits GPK3 et GPK4 entre 3 et 5 km de profondeur ont enregistré les ondes sismiques émises par deux vibrateurs placés en 24 positions de tir réparties dans un rayon de 5 km autour des puits. Après corrélation des enregistrements avec la source associée à chaque vibrateur, les différentes composantes du champ d'onde sont séparées par filtrage en vitesse apparente. La comparaison des résultats obtenus par filtrage médian ou dans le domaine FK montre des signaux similaires. Un modèle de vitesse est établi pour pouvoir calculer les temps d'arrivée. Il comporte deux couches sédimentaires sur le socle granitique et des interfaces planes pentées. Le champ d'onde descendant de forte vitesse apparente est interprété comme des réflexions sur des structures subverticales autour des puits. Leur pendage, azimut et extension latérale sont déterminés en ajustant les temps de trajet observés et calculés par tracé de rayons 3D. Les structures à pendage vers l'ouest connues par les observations en forage et la microsismicité sont retrouvées. Une structure antithétique nouvelle est déterminée. Nos résultats permettent de compléter le modèle structural de la fracturation dans le réservoir géothermique.