Le télescope spatial James Webb (JWST) est le successeur du télescope spatial Hubble (HST). Il est développé en collaboration par les agences spatiales NASA, ESA et CSA. Le spectrographe proche infrarouge NIRSpec est un instrument du JWST. Le Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL) a développé le logiciel de simulation des performances (IPS) de NIRSpec en vue de l'étude de ses performances et de la préparation de poses synthétiques réalistes. Dans cette thèse, nous vérifions certains algorithmes de l'IPS, en particulier ceux traitant des transformations de coordonnées et de la propagation en optique de Fourier. Nous présentons ensuite une interface simplifiée pour la préparation de " scènes " d'observation et un logiciel de traitement de données permettant d'extraire des spectres à partir de poses synthétiques afin de faciliter l'exploitation des simulations. Nous décrivons comment nous avons construit et validé le modèle de l'instrument par comparaison avec les données de calibration. Pour les transformations de coordonnées, le modèle final est capable de reproduire les mesures avec une précision 3 à 5 fois meilleure que celle requise pour la calibration spectrale. Pour la transmission globale notre précision est de 0-10% dans l'absolu et meilleure que 5% en relatif. Finalement, nous présentons la première simulation d'une observation de type " champ profond spectrographique " et nous explorons comment NIRSpec pourra être utilisé pour observer le transit de planètes extra-solaires. Nous déterminons en particulier la luminosité maximale des étoiles hôtes pouvant être observées et quels peuvent être les rapports signal sur bruit attendus.

Les ondes de type choeur sont parmi les ondes électromagnétiques les plus intenses observées dans la magnétosphère interne de la Terre, et jouent un rôle crucial dans la dynamique des ceintures de radiation terrestres qui est un enjeu majeur de la météorologie de l'espace. Elles sont en effet responsables de l'accélération et la perte des électrons énergétiques qui peuplent notamment la ceinture externe. Or, les satellites ne peuvent couvrir entièrement la magnétosphère interne, et les données de ces ondes sont pauvres dans certaines régions. Le but de cette thèse est donc de pouvoir compléter les données satellites par le biais des simulations numériques, en déterminant les distributions statistiques des ondes de type choeur dans la magnétosphère interne. Pour cela, un code dit de traçage de rayons a été développé, incluant un modèle réaliste de magnétosphère interne. La propagation des ondes choeur par le biais de ce code est d'abord décrite dans ce travail, mettant notamment l'accent sur l'importance de l'angle azimutal des ondes. Puis, en utilisant la base de données de trajectoires réalisée pour des paramètres typiques des choeurs sources, la reconstruction des distributions statistiques mesurées par Cluster est présentée. Il est ainsi démontré l'invalidité, aux moyennes et hautes latitudes, de l'approximation quasi-longitudinale utilisée dans de nombreux calculs de la dynamique des ceintures de radiation. En se basant sur ces distributions réalistes d'angles normaux, mais aussi d'amplitude des ondes, il est ensuite démontré l'importante différence obtenue sur les pertes d'électrons énergétiques. Par la suite, la précision de nos simulations numériques pour l'étude des ondes choeurs réfléchies dans la magnétosphère est mise en évidence, ainsi que leur importance étant donné le peu d'observations. Nos simulations indiquent notamment que les tons descendants d'ondes choeur peuvent provenir de la réflexion magnétosphérique de tons montants.

Le satellite Planck est le satellite de troisième génération visant à observer le fond diffus cosmologique. La résolution et la sensibilité de ses instruments permettent pour la première fois de mettre en évidence les effets de lentille gravitationnelle subis par les photons du fond diffus cosmologique. Cette thèse présente une méthode originale de détection de ces effets dans les données de l'instrument HFI de Planck.La première partie donne dans un premier temps, une description générale du modèle standard de la cosmologie et de la physique du fond diffus cosmologique. Elle aborde ensuite en détails l'effet de lentille gravitationnelle, en se concentrant plus particulièrement sur son impact sur les observables du fond diffus cosmologique. Elle termine par une présentation du satellite Planck et de ses instruments.La seconde partie se concentre sur la description d'un ensemble d'outils de simulations et d'analyse que j'ai développé au cours de ma thèse afin de réaliser la première détection des effets de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique. Elle présente la méthode originale employée qui repose sur une analyse des cartes du ciel par morceaux, permettant de s'affranchir des zones du ciel les plus contaminées. On trouvera également dans cette partie une caractérisation, de l'estimateur du champ de potentiel de lentille, pour des cartes masquée, en présence de bruit inhomogène ainsi que la présentation d'une méthode pour corriger les biais de l'analyse à l'aide de simulations Monte-Carlo.La dernière partie, est consacrée au travail sur les données de l'instrument HFI. Le premier chapitre présente l'application de la méthode d'analyse précédente aux cartes des observations combinées à 143GHz et 217GHz ainsi que la carte issue de la séparation des composantes avec l'algorithme GMCA. Les résultats montrent un spectre de puissance de la déflexion compatible avec le spectre attendu, dans un modèle lambda CMB, calculé à partir des paramètres cosmologiques issus de WMAP intégrant sept années d'observations. Les points de mesure, issus du spectre combiné des cartes à 143GHz et 217GHz, pour les multipôles inférieurs à 500, donnent un Chi2 par degré de liberté de 1.26. Finalement, le dernier chapitre présente l'algorithme de compression des données de l'instrument HFI à bord du satellite. Il traite en détail le réglage et le suivi des paramètres de compression et du débit des données, depuis le lancement du satellite et fait le bilan sur les erreurs de compression rencontrées

En règle générale, les études de sûreté-criticité concernant les combustibles usés stockés, transportés ou retraités sont très conservatives et considèrent ce combustible comme neuf donc le plus réactif possible. Le " Crédit Burn-up " (CBU) est la prise en compte de l'antiréactivité du combustible irradié par rapport au combustible neuf. Une méthodologie CBU rigoureuse, développée par le CEA en collaboration avec AREVA-NC a récemment été validée et réévaluée pour les combustibles REP-UOx. Cependant, 22 réacteurs sur les 58 que compte la France utilisent également du combustible MOx. De plus en plus d'assemblages MOx irradiés doivent donc être entreposés et transportés, ce qui conduit les industriels à s'intéresser à la prise en compte du CBU pour ces applications, dans le but de pouvoir gagner des marges en terme de dimensionnement des installations. Des publications récentes et les travaux du Groupe de Travail Français sur le CBU ont souligné l'importance de la prise en compte des 15 produits de fission stables et non volatiles les plus absorbants qui sont à l'origine de la moitié de l'antiréactivité totale apportée dans les combustibles REP-MOx. C'est pourquoi, dans le but de garantir la sous-criticité de la configuration étudiée suivant les dispositions règlementaires relatives à la sûreté des installations, les biais de calcul affectant leur bilan-matière et leur effet individuel en réactivité doivent également être pris en considération dans les études de sûreté-criticité s'appuyant sur des calculs de criticité. Dans ce contexte, une revue bibliographique exhaustive a permis d'identifier les particularités des combustibles REP-MOx et une démarche rigoureuse a été suivie afin de proposer une méthodologie CBU adaptée à ces combustibles validée et physiquement représentative, permettant de prendre en compte les produits de fission et permettant d'évaluer les biais liés au bilan-matière et à l'antiréactivité des isotopes considérés. Cette démarche s'est articulée autour des études suivantes : * détermination de facteurs correctifs isotopiques permettant de garantir le conservatisme du calcul de criticité sur la base de la qualification du formulaire d'évolution DARWIN-2.3 pour les applications REP-MOx et d'une analyse des données nucléaires des produits de fission métalliques afin de déterminer l'impact des incertitudes associées sur le calcul de leur bilan matière ; * évaluation de l'antiréactivité individuelle des produits de fission sur la base des résultats d'interprétation des expériences d'oscillation des programmes CBU et MAESTRO, réalisés dans le réacteur expérimental MINERVE à Cadarache, avec le formulaire dédié PIMS développé au SPRC/LEPh avec mise à jour des schémas de calcul pour la criticité ; * élaboration de matrices de covariances réalistes associées à la capture de deux des principaux produits de fission du CBU REP-MOx : 149Sm et le 103Rh associées à l'évaluation JEFF-3.1.1 ; * détermination des biais et incertitudes " a posteriori " dus aux données nucléaires des actinides et produits de fission considérés pour deux applications industrielles (piscine d'entreposage et château de transport) par une étude de transposition réalisée avec l'outil RIB, développé au SPRC/LECy, qui a bénéficié à cette occasion de développements spécifiques et de mises à jour des données utilisées (importation des données de covariance issues de la bibliothèque COMAC V0 associée à JEFF-3.1.1 pour les isotopes 235,238U, 238,239,240,241,242Pu, 241Am et 155Gd et prise en compte des corrélations inter-réactions pour un même isotope). * évaluation de la méthodologie proposée pour deux applications industrielles (piscine d'entreposage et château de transport), démonstration de son intérêt et de sa robustesse.

Le signal thermique d'une exoplanète tellurique est une clé pour caractériser les propriétés physiques et chimiques de son atmosphère. La résolution spectrale, et donc la caractérisation spectrale que nous pouvons réaliser des planètes extrasolaires, est malheureusement très limité, en particulier pour les planètes similaires à la Terre. Dans cette thèse, j'ai étudié la possibilité de caractériser des exoplanètes telluriques par l'analyse de la variabilité de son émission infrarouge. L'émission thermique apparente est en effet modulée par les saisons, la rotation de la planète, le mouvement et la variabilité des nuages, la phase orbitale, et aussi par la présence des satellites naturels.Premièrement, nous avons étudié l' émission thermique de la Terre vue en tant que point-source distante, ainsi que la variabilité et la dépendance du signal de la géométrie d'observation. J'ai modélisé l'émission de la Terre à l'aide des données satellitaires et des données produites par des modèles de circulation général (GCMs) du Laboratoire de Météorologie Dynamique de Paris (LMD), en comparant les deux types de données afin de valider les simulations.Pendant la deuxième partie de mon travail, j'ai utilisé des donnés du GCM pour modéliser des planètes telluriques qui diffèrent de la Terre par seulement un ou deux paramètres tels que: la vitesse de rotation (y compris des planètes synchrones), une surface planétaire entièrement recouverte par la glace ou de l'eau, l'obliquité de l'axe de rotation ou l'excentricité de l'orbite. Pour toutes ces planètes virtuelles, j'ai étudié le climat, déduit les propriétés physiques de la planète, et produit et analysé les signaux intégrés associés à différentes géométries d'observation.La dernière partie de la thèse est un travail préliminaire qui consiste en ne plus considérer l'émission bolométrique mais le signal de bandes spectrales étroites, grâce à une nouvelle génération de GCM. Parce que chaque bande explore un niveau spécifique dans l'atmosphère, l'étude de la variation du spectre en comparant les variabilités photométriques entre les bandes, permet d'étudier la dynamique, la composition, la distribution et l'évolution de l'atmosphère de la planète, ce qui ouvre un champ encore inexploré pour la caractérisation des exoplanètes.

The dark energy is one of the great mysteries of modern cosmology, responsible for the current acceleration of the expansion of our Universe. Its study is a major focus of my thesis : the way I choose to do so is based on the large-scale structure of the Universe, through a probe called the integrated Sachs-Wolfe effect (iSW). This effect is theoretically detectable in the cosmic microwave background (CMB) : before reaching us this light travelled through large structures underlain by gravitational potentials. The acceleration of the expansion stretches and flattens these potentials during the crossing of photons, changing their energy, in a way that depend on the properties of the dark energy. The iSW effect only has a weak effect on the CMB requiring the use of external data to be detectable. A conventional approach is to correlate the CMB with a tracer of the distribution of matter, and therefore the underlying potentials. This has been attempted numerous times with galaxies surveys but the measured correlation has yet to give a definitive result on the detection of the iSW effect. This is mainly due to the shortcomings of current surveys that are not deep enough and/or have a too low sky coverage. A part of my thesis is devoted to the correlation of FDC with another diffuse background, namely the cosmological infrared background (CIB), which is composed of the integrated emission of the non-resolved distant galaxies. I was able to show that it is an excellent tracer, free from the shortcomings of current surveys. The levels of significance for the expected correlation CIB-CMB exceed those of current surveys, and compete with those predicted for the future generation of very large surveys. In the following, my thesis was focused on the individual imprint in the CMB of the largest structures by iSW effect. My work on the subject first involved revisiting a past study of stacking CMB patches at structures location, using my own protocol, completed and associated with a variety of statistical tests to check the significance of these results. This point proved to be particularly difficult to assess and subject to possible selection bias. I extended the use of this detection method to other available catalogues of structures, more consequent and supposedly more sophisticated in their detection algorithms. The results from one of them suggests the presence of a signal at scales and amplitude consistent with the theory, but with moderate significance. The stacking results raise questions regarding the expected signal : this led me to work on a theoretical prediction of the iSW effect produced by structures, through simulations based on the Lemaître-Tolman-Bondi metric. This allowed me to predict the exact theoretical iSW effect of existing structures. The central amplitude of the measured signals is consistent with the theory, but shows features non-reproducible by my predictions. An extension to the additional catalogues will verify the significance of their signals and their compatibility with the theory. Another part of my thesis focuses on a distant time in the history of the Universe, called reionisation : the transition from a neutral universe to a fully ionised one under the action of the first stars and other ionising sources. This period has a significant influence on the CMB and its statistical properties, in particular the power spectrum of its polarisation fluctuations. In my case, I focused on the use of temperature measurements of the intergalactic medium during the reionisation in order to investigate the possible contribution of the disintegration and annihilation of the hypothetical dark matter. Starting from a theoretical work based on several models of dark matter, I computed and compared predictions to actual measures of the IGM temperature, which allowed me to extract new and interesting constraints on the critical parameters of the dark matter and crucial features of the reionisation itself

Les nanoparticules présentent des propriétés liées à la taille qui diffèrent fortement de celles observées dans des matériaux massifs. D'intenses recherches sur les nanoparticules sont actuellement en cours du fait de leurs grandes potentialités. Il a été montré que certaines nanoparticules métalliques sont catalytiquement actives et efficaces, comme par exemple le Palladium. L'objectif de la thèse est d'étudier la formation de nanoparticules de Pd déposées sur des surfaces pré-structurées de HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite) afin d'en optimiser la taille, la densité de surface et la stabilité. Trois étapes principales ont été menées dans nos études : la préparation des substrats, le dépôt de Pd et la caractérisation des échantillons par microscopie à effet tunnel (STM). La préparation des substrats contient elle-même deux étapes : la création de défauts par l'implantation d'agrégats Aun+ ou le bombardement de Co2, suivie d'une oxydation thermique. On obtient ainsi la formation de trous contrôlés en profondeur et en diamètre, qui serviront de sites d'ancrage pour les nanoparticules de Pd. Les mesures STM nous ont permis d'établir la relation entre la quantité de Pd déposée et la taille des nanoparticules de Pd formées à la surface du HOPG. Deux modes de croissance ont clairement été mis en évidence. Ils sont liés à la taille des défauts dans le HOPG. Les nanoparticules se présentent soit sous la forme de colliers soit sous la forme de particules isolées. Ces échantillons ont ensuite été caractérisés par des mesures de catalyse en chimie organique (Heck) ainsi qu'en catalyse gaz (oxydation du CO).

Le Large Area Telescope (LAT) à bord du satellite Fermi, lancé le 11 Juin 2008, est sensible au rayonnement gamma de20 MeV à plus de 300 GeV. 148 pulsars gamma à ce jour ont été détectés avec le Fermi-LAT, dont 117 sont détaillés dansle Deuxième Catalogue de Pulsars gamma de Fermi (2PC). Les pulsars forment la plus grande classe de sources au GeVdans la Voie Lactée. Les études de pulsars gamma apportent des contraintes importantes sur les modèles d'émission gamma etpermettent des percées dans notre compréhension des pulsars.Cette thèse présente des détections de sept pulsars gamma faibles déjà connus en radio, dont quatre jeunes ou d'âgesmoyens et trois millisecondes (MSP). L'analyse spectrale et la caractérisation des courbes de lumiére sont décriteset comparées à la population de 2PC. Ces détections ont l'intérêt particulier de sonder et d'étendre l'espace desparamètres de la population actuelle. Elles illustrent la distorsion inhérente dans 2PC et marquent la transition de lapremière phase (pulsars brillants) à la seconde phase (pulsars faibles) d'opération de Fermi. Le développement desmodèles théoriques et un recensement complet de la population galactique des étoiles à neutrons bénéficieront de plusde détections de pulsars faibles dans les années à venir.Certains pulsars gamma dans 2PC manifestant de grande efficacité gamma sont étudiés dans cette thèse. L'examen desdifférents paramètres qui influencent l'efficacité conduit à quelques candidats pour lesquels un plus grand momentd'inertie est nécessaire afin de résoudre le paradoxe de grande efficacité. Les observations de Fermi en rayons gamma ontl'air à apporter des contraintes indépendantes sur le moment d'inertie et les équations d'état des étoiles à neutrons.

Plus d'un millier d'exoplanètes ont été découvertes depuis une dizaine d'années. Plus incroyable encore, nous pouvons maintenant caractériser les atmosphères de ces mondes lointains. Des spectres de Jupiter-chauds tels que HD 189733b et HD 209458b et de planètes similaires à Neptune telles que GJ1214b sont déjà disponibles et ceux de planètes plus petites le seront bientôt. La plupart des observations caractérisent l'état moyen de l'atmosphère. Pour les cas les plus favorables, l'observation des courbes de phase et la technique de cartographie par éclipse secondaire permettent d'obtenir une résolution en longitude et en latitude. Les planètes les plus proches de leurs étoiles sont aussi les plus faciles à observer. Ces mondes chauds sont radicalement différents des exemples que nous avons dans le système solaire. Modéliser correctement leurs atmosphères est un défi à relever pour comprendre les observations présentes et à venir. Durant cette thèse, j'ai développé des modèles de différente complexité pour comprendre les interactions entre la structure thermique, la composition, la circulation atmosphérique et l'évolution à long terme des exoplanètes irradiées. La forte luminosité de leur étoile hôte détermine le climat de ces planètes. Elle engendre une circulation atmosphérique qui maintient l'atmosphère dans un état de déséquilibre thermique et chimique, affectant son évolution. Avec les futurs instruments de nombreuses autres planètes vont être découvertes et caractérisées. Nos modèles seront testés sur une large diversité de planètes, ouvrant les portes de la climatologie aux exoplanètes.

En Afrique de l'Ouest, la diminution brutale de la pluviométrie depuis les années 1970 s'est produite en concomitance avec une augmentation des dommages liés aux inondations. Si une accentuation de la vulnérabilité des populations est indéniable, la question d'une évolution de l'aléa pluviométrique en particulier des pluies les plus intenses reste posée - notamment dans un contexte où le réchauffement climatique devrait s'accompagner d'une intensification du cycle hydrologique globale. Cette thèse s'attache améliorer nos connaissances sur le régime de pluies extrêmes en Afrique de l'Ouest sous-documenté à l'heure actuelle dans les sciences du climat et de l'hydrologie opérationnelle. Le travail s'articule autour des trois objectifs: (i) fournir une vision régionale intégrée de l'organisation spatiale des extrêmes, (ii) étudier l'évolution du régime de précipitations extrêmes en lien avec la variabilité décennale des cumuls pluviométriques annuels, (iii) caractériser les extrêmes pluviométriques en produisant des cartes d'aléa pluviométrique et en étudiant les liens d'échelles entre les extrêmes de pluie à différents résolutions spatio-temporelles. On se base ici sur les données journalières des réseaux nationaux disponibles depuis les années 1950 sur l'Afrique de l'Ouest et actualisées sur le Sahel Central jusqu'en 2010; les données de précipitation à haute résolution disponibles depuis 1990 sur l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Les modèles statistiques classiques issus de la théorie des valeurs extrêmes, ont été adaptés pour incorporer des covariables représentant des non-stationnarités spatiales et temporelles dans les pluies extrêmes. On montre la grande robustesse de ces modèles pour estimer les quantiles rares et détecter les tendances régionales dans les séries d'extrêmes. Le cadre théorique des fractales a été utilisé pour modéliser les relations d'échelles spatio-temporelles. On montre ainsi qu'une représentation de type "simple scaling" permet de décrire de manière très satisfaisante ces relations sur la gamme des pas de temps allant de 1 à 24 heures. Les résultats climatologiques confirment que la sécheresse de la fin du XXeme siècle a été avant tout associée à une baisse de l'occurrence des précipitations, leur intensité demeurant relativement inchangée. On note en revanche un comportement singulier sur la dernière décennie durant laquelle un déficit persistant d'occurrence est compensé par une intensification des précipitations qui explique un retour vers une meilleure pluviométrie annuelle, associée cependant à des extrêmes plus marqués et donc porteurs de risque hydrologique.