L'eau est un constituant essentiel de l'atmosphère des supergéantes rouges (RSG), dont l'influence reste mal comprise. Le spectre observé de l'eau de ces étoiles ne peut être reproduit que par l'ajout d'une coquille de gaz moléculaire, les MOLsphères. Cependant, l'hypothèse des MOLsphères reste fragile et sujette à caution. Dans le but de mieux interpréter les spectres observés, la synthèse de spectres hors équilibre thermodynamique local est une approche potentiellement importante. Les effets hors ETL étant potentiellement fort, ils pourraient être en mesure de lever les problèmes de l'interprétation des raies de l'eau sans ajout de MOLsphère et impliquer un rôle important dans la dynamique de l'atmosphère. Pour cela, nous avons développé une méthode originale en mesure de résoudre l'équation de transfert pour les nombreuses transitions radiatives de l'eau sans l'approximation ETL. Cette méthode a été mise en oeuvre via le développement d'un code de transfert radiatif parallèle. Les premiers résultats montrent que les effets hors ETL dans l'atmosphère des RSG, et leur impact sur le spectre comme sur certaines observables utilisées pour sonder ces étoiles, sont importants.

Les résonances géantes monopolaire (GMR) et quadrupolaire (GQR) isoscalaires ont été mesurées dans le 56Ni, grâce à une expérience de diffusion inélastique de deutons de 50 A.MeV réalisée au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds. Il s'agit de la première observation de ces modes collectifs dans un noyau à courte durée de vie. Le faisceau secondaire était envoyé dans la cible active Maya remplie de deuterium gazeux pur. Les deutons de recul étaient détectés par Maya et, pour les plus énergétiques (E≥2MeV), par un mur de neuf détecteurs en silicium. La GMR et la GQR sont centrées à 19.3(0.5) MeV et 16.2(0.5) MeV. Les distributions angulaires correspondantes ont été mesurées entre 3 et 7 degrés dans le centre de masse. Une analyse DWBA utilisant des densités de transition RPA a montré que la GMR et la GQR épuisent respectivement 136(27) % et 76(13) % de la règle de somme pondérées en énergie.<br /><br />Un modèle Hartree-Fock-Bogoliubov à température finie a été mis au point pour décrire les dix cellules de Wigner-Seitz composant l'écorce interne des étoiles à neutrons et calculer microscopiquement leur chaleur spécifique. Les calculs ont été réalisés en utilisant deux forces d'appariement de contact : une force reproduisant les propriétés d'appariement obtenues dans l'approximation BCS et une force simulant les effets d'écrantage du milieu. En faisant l'hypothèse d'un scénario de refroidissement rapide du cœur et une température initiale de 100 keV dans l'écorce, le temps de refroidissement de l'étoile a été estimé à 9 et 34 ans respectivement.

L'évolution du moment cinétique des étoiles de masse intermédiaire (1.5-15 Msun) et l'importance du champ magnétique dans cette évolution, surtout dans la phase pré-séquence principale (PMS), sont des aspects encore très mal connus de l'évolution stellaire. Mes travaux se situent dans ce cadre, et leur objectif est d'une part de fournir des contraintes observationnelles, et d'autre part d'effectuer les premiers pas vers une modélisation complète de l'évolution pré-séquence principale à ces masses-là, tenant compte de la rotation et du champ magnétique.<br /><br />Dans un premier temps, j'ai utilisé le système binaire à éclipses PMS RS Cha pour tester la physique contenue dans les modèles d'évolution des étoiles PMS. Pour cela j'ai tout d'abord complété notre connaissance des paramètres de ce système en redéterminant la masse des 2 composantes et en mesurant précisément leur métallicité, à l'aide de données spectroscopiques. La comparaison des paramètres fondamentaux des composantes PMS de RS Cha à ceux calculés m'a permis de valider les modèles actuels d'évolution PMS, à condition d'utiliser la nouvelle composition chimique solaire d'Asplund et al. (2004). Ces travaux apportent par ailleurs une confirmation indépendante des résultats d'Asplund et al., au moment où un débat est engagé sur la validité de ces nouvelles abondances.<br /><br />La deuxième partie de ma thèse fut consacrée à l'étude du magnétisme d'un échantillon de 50 étoiles Ae/Be de Herbig, étoiles PMS de masse intermédiaire, à l'aide du spectropolarimètre ESPaDOnS, nouvellement installé au CFHT. Nous avons détecté 4 étoiles magnétiques dans cet échantillon, c'est-à-dire que la proportion d'étoiles magnétiques parmi les étoiles Ae/Be de Herbig est proche de celle des étoiles Ap/Bp magnétiques parmi les étoiles A et B de la séquence principale. A l'aide d'un modèle simple de rotateur oblique, j'ai montré que la structure de ces champs magnétiques est proche d'une structure dipolaire à grande échelle comme le champ magnétique des étoiles Ap/Bp. Ces résultats constituent un argument fort en faveur de l'hypothèse d'un champ fossile pour expliquer l'origine du champ magnétique des étoiles Ap/Bp.

Afin de mieux comprendre l'évolution des étoiles jeunes, nous avons utilisé un code Monte Carlo simulant leur environnement afin d'étudier une nouvelle distribution chez les étoiles Herbig Ae/Be et pour reproduire des cartes d'intensité et de polarisation linéaire obtenues au télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) en novembre 2003. Le code datant de la fin des années 80, nous avons dû non seulement le corriger, mais aussi ajouter quelques éléments afin de tenir compte des dernières avancées dans le domaine de la polarisation provenant du milieu circumstellaire. Les étoiles à l'étude étant jeunes (moins de quelques millions d'années), leur voisinage est toujours constitué de grains de poussière mélangés avec du gaz. Selon leur âge, nous retrouvons cette poussière sous différentes structures soit, par exemple, par un disque entouré d'une enveloppe (objets jeunes de classe I) ou par un simple disque (objets de classe II et III). Selon la structure que prend la poussière, les cartes de polarisation et d'intensité qui en résultent vont changer. Nous allons discuter de cette variation des cartes de polarisation selon la distribution de poussière. Suite aux modifications apportées au code, il a fallu s'assurer que celui-ci fonctionne bien. Pour ce faire, nous avons mis au point quelques critères qui nous assurent, s'ils sont satisfaits, que le code Monte Carlo produit de bons résultats. Après avoir validé le code, il est maintenant possible de l'utiliser aux fins d'avancer le domaine de la polarisation. En effet, Dullemond et al.(2001) proposent une nouvelle distribution de grain autour des étoiles Herbig Ae/Be afin de mieux expliquer leur distribution d'énergie spectrale. Par contre, qu'en est-il des cartes de polarisation résultantes? C'est sur cette question que nous nous sommes arrêtés. Par la suite, nous avons essayé de reproduire du mieux possible, tenant compte des limitations du code, les cartes de polarisation obtenues au TCFH. Nous avons étudié en détail les données de R Mon (résultats qui seront présentés sous forme d'article pour fin de publication) et de V376 Cas. De plus, notre étude de V376 Cas nous a permis d'amener des conclusions sur les processus causant les vecteurs parallèles aux disques des étoiles jeunes. / To further understand the evolution of young stellar objects, we used a Monte Carlo code simulating their environment in order to study a new density distribution for the Herbig Ae/Be stars and to reproduce intensity and linear polarization maps obtained at the Canada-France-Hawaii telescope (CFHT) in November 2003. As the code was first created in the 80's, we had to correct some bugs and add new elements in order to take into account the latest advances in studies of polarization produced by circumstellar matter. Since the stars studied are young (less than a few million years), their neighborhood still contains dust mixed with gas which will be distributed according to their age. Younger stars will have a disk structure inside a bigger envelope (class I) while older stars will exhibit only a disk (class II and III). As we can expect, different structures create different intensity and polarization maps. We will discuss the variations induced in the polarization and intensity maps when changing the dust distribution. Following the modifications to the code, we ran some tests to check its functionality. We developed some criteria that once they are satisfied, we can safely assume the Monte Carlo code is operational and that it will produce good results. The code can now be used to increase our knowledge of circumstellar matter around young stellar objects. Indeed, Dullemond et al.(2001) proposed a new dust distribution around Herbig Ae/Be stars which explains better their spectral energy distribution (SED). However, there are still no studies to find out if the polarization maps resulting of this new distribution was also compatible with the observations. This problem was treated with our Monte Carlo code. We then tried to reproduce, as well as possible and taking into account the limits of the code, the polarization and intensity maps obtained at the TCFH. Our study was focused on R Mon, which is presented as an article to be submitted, and V376 Cas. Also, our study of V376 Cas helped us to shed some light on the causes for aligned polarization vectors seen on our maps.

C'est à l'intersection des domaines de recherches qu'il y a aujourd'hui le plus de chance de participer à une découverte majeure. Les domaines eux-même sont très bien couverts et c'est vrai qu'il faut parfois tant se spécialiser que les aspects marginaux nous échappent. Voila une motivation qui sort des motivations scientifiques actuelles telles que la compréhension de la destruction de l'ozone polaire, l'évolution de notre climat, ou la recherche d'une vie en dehors de notre planète. C'est pourtant également une motivation qui permet d'être simultanément sur plusieurs sujets brûlants du moment. Ainsi, mon travail passé, actuel et probablement futur sur les atmosphères et les climats de la Terre en particulier et en planétologie en général montrent bien le fil conducteur de mes recherches. La spectroscopie et la mod ́elisation radiative étaient mes outils qui jusqu'à présent marquaient les limites de ces recherches.

Les naines brunes sont des objets de masse intermédiaire entre celle nécessaire pour former une étoile et celle d'une planète. Les naines brunes sont classées, des plus chaudes aux plus froides, en types spectraux L, T et Y, caractérisés par une couleur J-K moyenne qui varie de 1.2 à 1.8 pour les étoiles de type L0 à L8, et de 1.8 à -0.5 pour les étoiles de type L8 à T8. Par ailleurs, la couleur J-K de certains types spectraux présente une dispersion de l'ordre d'une magnitude. Ce travail tente de faire la lumière sur la nature de cette grande dispersion, présente dans la couleur J-K des naines brunes de type L2. Les observations ont été réalisées avec la caméra infrarouge CPAPIR à l'Observatoire du Mont Mégantic. Nous avons ciblé un total de 22 naines brunes qui ont été observées en K, et 12 parmi celles-ci ont aussi été observées en J. Chacune des naines brunes a été calibrée à l'aide d'une étoile standard, ce qui rend nos résultats indépendants des données 2MASS. Nous observons une corrélation entre les couleurs J-K de nos données et de celles de 2MASS. Cela montre que la grande dispersion en J-K de nos données et des données 2MASS est due aux propriétés physiques des naines brunes et non à des erreurs observationnelles. L'examen des facteurs qui pourraient être responsables de cette grande dispersion, soit la classification spectrale, la métallicité, la gravité de surface, une binarité non résolue, la présence de nuages de condensats et la rotation, montre que la gravité de surface serait le facteur le plus susceptible d'être responsable de la grande dispersion des valeurs de J-K. / Brown dwarfs are objects with a mass intermediate between that required to form a star and that of a planet. Brown dwarfs are classified, from higher to lower temperature, under spectral types L, T and Y, caracterized by a J-K average color that varies from 1.2 to 1.8 for types L0 to L8, and from 1.8 to -0.5 for types L8 to T8. Furthermore, the J-K color of some spectral types presents more than a magnitude of dispersion. This study attempts to explain the large dispersion of the J-K color of the type L2 brown dwarfs. Observations were made with the infrared camera CPAPIR at the Observatoire du Mont Mégantic. We targeted a total of 22 brown dwarfs that were observed in the K band, and 12 among them were also observed in the J band. Each brown dwarf was calibrated with a standard star, which makes our data independent from those of 2MASS. We observe a correlation between the J-K colors obtained from our data and those from 2MASS. This shows that the large J-K dispersion in the data is due to brown dwarf physical properties and not to observational errors. Consideration of the factors that could be responsible for this large dispersion, namely the spectral classification, the metallicity, the surface gravity, an unresolved binarity, the presence of clouds and rotation, shows that surface gravity is the factor most likely to explain the large J-K color dispersion.

L’époque de réionisation (EoR) est une phase de grands changements qu’a subit l’Univers dans son premier milliard d’années. Suite à l’apparition des premières étoiles et à l’émission de photons énergétique par ces dernières, l’hydrogène a été réionisé. Cette transition a eu un impact sur la formation des galaxies. J’ai activement participé au développement d’EMMA, un code de simulation numérique ayant pour objectif d’étudier les processus à l’œuvre durant l’EoR. J’ai développé et implémenté un modèle de formation et d’évolution stellaire. Ces travaux ont contribué à la réalisation d’une simulation dédiée à l’étude de l’EoR parmi les plus grosses réalisées à l’heure actuelle. J’ai contribué au développement d’outils dédiés à l’exploration de simulations de ce type. J’ai étudié la façon dont le rayonnement s’échappe des galaxies en fonction des paramètres du modèle stellaire, et montré que les supernovæ peuvent augmenter la fraction de photons libérés. J’ai également étudié la propagation des fronts d’ionisation et montré qu’il était possible de réduire la vitesse de la lumière par trois (et ainsi diminuer le temps de calcul du transfert du rayonnement par 3), tout en conservant des résultats corrects ? / The epoch of reionization (EoR) is a phase of big changes in the first billion years of the Universe history. After the apparition of the first stars and the emission of energetic radiation by thoses ones, the hydrogen was reionized. This transition has an impact on the galaxies formations. I was part of the development team of EMMA, a numerical simulation code who aimed to study the processes happening during the EoR. I developed and implement a stellar formation and evolution model. These works contributed to the realisation of one of the biggest simulation dedicated to the study of the EoR yet. I contribute to the development of a tool dedicated to the exploration of this kind of simulations. I study how the radiation escaped the galaxies as a function of the parameters of the stellar model, and showed that supernovae could increase the ratio of escaping photon. I also studied the ionization fronts propagation and showed that the speed of light could be reduced by a factor 3 (and then divide the computational cost of the radiative transfer by 3), while keeping corrects results .

Les disques de gaz et de poussières entourant les étoiles jeunes sont d'une importance capitale pour notre compréhension de la formation planétaire. Les observations de ces disques permettent d'avoir un niveau de détails sans précédent sur ces derniers et apportent des contraintes toujours plus fortes sur leur structure et sur les modèles de formation planétaire. Les parties de ces disques les plus proches de l'étoile sont néanmois encore assez mal connues; en effet, pour pouvoir résoudre ces parties internes pour les étoiles jeunes les plus proches de la Terre, un télescope de 100 mètres de diamètre serait nécessaire, ce qui est technologiquement et financièrement impossible actuellement. L'interférométrie permet de contourner ce problème en combinant la lumière de paires de télescopes, permettant ainsi un plus grand pouvoir de résolution. Ma thèse à portée sur l'observation et l'étude des parties internes des disques circumstellaire d'étoiles de type T Tauri. Une étude statistique sur l'environnement de ces étoiles y est présentée, ainsi que leur modélisation par un modèle prenant en compte les mécanisme d'émission et de diffusion de la lumiere par la poussière. La modélisation de disque circumstellaires par un code de transfert radiatif et en combinant des données interférométriques, photométriques et spectroscopiques est aussi abordée. / Observing gas and dusty disks around young stars are of utmost importance for our knowledge about planetary formation. Observations of these disks bring unprecedented details about their structure and composition, and provide stronger and stronger constrains on planetary formation models. However, the inner parts of these disk are still barely known. indeed, a 100 m diameter telescope would be required in order to resolve these inner region, for the closest young stars; nowaday, the construction of such telescope is impossible technologically and financially. By combining the light of pairs of telescopes, the interferometry technique is able to reach the sufficient resolving power, and permits us to observe the inner parts of circumstellar disks. My thesis has been focused on the observation and study of the inner part of TTauri's circumstellar disks. I present in this manuscript a statistical study on the environment around these stars, along with its modeling by taking into account thermal emission and light scattering of the disk. Finally, I present a more complete modelling for some of these stars, done by constraining spectroscopic, interferometric and photometric datasets with a radiative transfer code.

Dans cette thèse, j'analyse des observations spectropolarimétriques d'étoiles froides évoluées dans tous les paramètres de Stokes ($I$, $Q$, $U$ et $V$).L'étude des spectres polarisés circulairement de trois étoiles supergéantes rouges (RSG) m'a permis de détecter un faible champ magnétique (de l'ordre de 1 Gauss) à leur surface ainsi que de mettre en évidence l'influence de la forte polarisation linéaire de ces étoiles sur la mesure du champ magnétique.Cette forte polarisation linéaire est d'origine non magnétique et est reliée à la polarisation du continu dont l'observabilité résulte de la présence de structures brisants la symétrie cylindrique du disque stellaire.Après une analyse en profondeur de la polarisation du continu des étoiles RSG, j'utilise un modèle analytique spectropolarimétrique permettant de remonter à la position sur le disque de ces structures, en bon accord avec des observations interférométriques.Les étoiles variables pulsantes montrent elles aussi des signaux polarisés linéairement intenses dont l'origine est la polarisation intrinsèque (où de résonance) associée à certaines raies spectrales.Pour ces étoiles, les gradients de vitesses, introduits par les ondes de chocs se propageants dans leur atmosphère, amplifient la polarisation intrinsèque des raies, un mécanisme d'éclaircissement Doppler, bien connu dans le cas du Soleil, qui offre de nouvelles perspectives dans l'étude de ces objets. / In this thesis work, full Stokes ($I$, $Q$, $U$ et $V$) spectropolarimetric observations of cool evolved stars have been analysed.I have measured a weak magnetic field at the surface of three well known red supergiant stars. Furthermore, I have shown that the strong level of linear polarisation, measured for these stars, can lead to some ambiguity in the measurement of magnetic fields.This strong, unmagnetic, linear polarisation originate from depolarisation of the continuum which, in turn, is only detectable because of symmetry-breaking effects on the stellar disk.I study in some details the continuum polarisation of RSG stars and I present a way of mapping symmetry-breaking strucutres through the mean of a spectropolarimetric model. Good agreement with interferometric observations is reached.From their side, pulsating variable stars also show strong linearly polarised features in their spectra. These features are indeed due to resonant scattering polarisation associated to metallic lines, a phenomenon reminiscent of the second solar spectrum.For these stars, the velocity gradients, pertaining to the shock waves propagating through their atmosphere, enhance the intrinsic polarisation of the lines. This Doppler brightening effect, well known in the solar case, offer a new innovative method for the analysis of these stars.

Les mécanismes physiques de la perte de masse des étoiles évoluées sont encore largement inconnus. Ce processus essentiel est pourtant le moteur principal de l'évolution chimique du milieu interstellaire. Pour les supergéantes rouges (SGR), le déclenchement de l'éjection de la matière et les mécanismes de condensation de la poussière demeurent mal compris. La façon dont les géantes rouges parviennent à former des nébuleuses planétaires non-Sphériques est aussi inconnue. Au cours de ma thèse j'ai étudié des étoiles évoluées grâce à des techniques de haute résolution angulaire permettant de détailler leur surface et leur environnement proche où se trouve l'origine de la perte de masse. À partir d'observations interférométriques en infrarouge (IR), j'ai caractérisé l'enveloppe de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone de la SGR Bételgeuse. J'ai également suivi l'évolution d'un point chaud à sa surface et analysé la structure de sa convection ainsi que celle d'Antarès (une autre SGR très proche) grâce à des simulations hydrodynamiques radiatives. L'imagerie à la limite de diffraction (optique adaptative en IR, télescope spatial en ultraviolet) m'a permis d'étudier l'évolution des inhomogénéités de l'enveloppe circumstellaire de Bételgeuse et découvrir un disque circumstellaire autour de L2 Puppis, une étoile de la branche asymptotique des géantes. Ces observations multi-Longueurs d'onde, répétées à plusieurs époques, m'ont permis d'initier un suivi temporel et d'apporter des informations sur la dynamique en jeu. Renouvelé sur un plus grand échantillon d'étoiles dans les années à venir, ce programme permettra de mieux appréhender la perte de masse des étoiles évoluées. / Mass loss of evolved stars is still largely mysterious, despite its importance as the main evolution engine for the chemical composition of the interstellar medium. For red supergiants (RSG), the triggering of the outflow and the mechanism of dust condensation remain unknown. Concerning red giant stars, we still do not know how their mass loss is able to form a bipolar planetary nebula. During my PhD thesis, I observed evolved stars with high angular resolution techniques. They allowed us to study the surface and the close environment of these stars, from where mass loss originates. With near-Infrared interferometric observations, I characterized the water vapor and carbon monoxide envelope of the nearby RSG Betelgeuse. I also monitored a hot spot on its surface and analyzed the structure of its convection, as well as that of Antares (another very nearby supergiant) thanks to radiative hydrodynamical simulations. Diffraction-Limited imaging techniques (near-Infrared adaptive optics, ultraviolet space telescope) allowed me to observe the evolution of inhomogeneities in the circumstellar envelope of Betelgeuse and to discover a circumstellar disk around L2 Puppis, an asymptotic giant branch star. These multi-Scale and multi-Wavelength observations obtained at several epochs allowed us to monitor the evolution of the structures and to derive information on the dynamics of the stellar environment. With a wider stellar sample expected in the next few years, this observing program will allow a better understanding of the mass loss of evolved stars.