La diffusion atomique joue un rôle déterminant dans l'évolution d'étoiles de plusieurs types (Michaud 1970). Dans ces étoiles, la diffusion atomique est principalement régie par la compétition entre l'accélération gravitationnelle et les accélérations radiatives et peut par ce biais mener à de fortes anomalies d'abondances. À l'aide d'un modèle évolutif qui considère les accélérations radiatives de 28 espèces, il est possible de modéliser plusieurs types d'étoiles de Population I, incluant le Soleil (Turcotte et al. 1998a), les étoiles de type F (Turcotte et al. 1998b), les étoiles AmFm (Richer et al. 2000; Richard et al. 2001) et les étoiles de métallicité solaire ayant une masse entre 0.5 et 1.4 Msol (Michaud et al. 2004), ainsi que des étoiles de Pop II (Michaud et al. 2005). Cependant, les modèles qui ne considèrent que la diffusion atomique comme processus de transport dans les intérieurs stellaires génèrent des anomalies d'abondance plus grandes que celles observées pour les étoiles de type Am, Ap et HgMn. Dans ces étoiles, il y a donc un ou plusieurs autres processus qui peuvent influencer le transport de particules, tels la circulation méridionale, la turbulence et la perte de masse. L'objet de cet thèse est de contraindre l'importance de la perte de masse dans l'intérieur de plusieurs étoiles chimiquement particulières de Pop I et Pop II, tout en essayant de différencier ces effets par rapport à ceux reliés aux processus de mélange turbulents. / Atomic diffusion plays an important role in the evolution of many types of stars (Michaud 1970). In these stars, elemental migration is modulated by the competition between radiative accelerations and gravity, and can thus lead to important abundance anomalies both in the interior and at the surface of these stars. With a stellar evolution model which considers detailed particle transport with radiative accelerations for 28 elements, one can study the evolution of many types of stars of Pop II including the Sun (Turcotte et al. 1998a), F stars (Turcotte et al. 1998b), AmFm stars (Richer et al. 2000; Richard et al. 2001), as well as less massive stars (0.5 to 1.4 Msol) with solar metallicity (Michaud et al. 2004). Furthermore, such a model can also look into the evolution of Pop II chemically peculiar stars (Michaud et al. 2005). However, models which consider atomic diffusion as the sole process affecting particle transport lead to abundance anomalies which are greater than the ones observed. There is thus at least one macroscopic process which is preventing such large anomalies to appear at the surface. These processes include mass loss, meridional circulation and turbulence. The main goal of this thesis is to constrain the relative importance of mass loss in the interiors of many chemically peculiar stars of Pop I and Pop II, as well as to properly differentiate its effects from those generated by turbulent mixing processes.

L’étoile Wolf-Rayet WR 46 est connue pour sa variabilité complexe sur des échelles de temps relativement courtes de quelques heures et sur des échelles de temps plus longues de plusieurs mois. Des décalages périodiques mais intermittents en vitesse radiale ont déjà été observés dans ses raies d’émission optiques. Plusieurs périodes photométriques ont aussi été mesurées dans le passé. Des pulsations non-radiales, une modulation liée à la rotation rapide, ou encore la présence d’un compagnon de faible masse dont la présence reste à confirmer ont été proposées pour expliquer le comportement de l’étoile sur des échelles de temps de quelques heures. Dans un effort pour dévoiler sa vraie nature, nous avons observé WR 46 avec le satellite FUSE sur plusieurs cycles de variabilité à court terme. Nous avons trouvé des variations sur une échelle de temps d’environ 7,5 heures dans le continu ultraviolet lointain, dans l’aile bleue de la composante d’absorption du profil P Cygni du doublet de O vi 1032, 1038, ainsi que dans la composante d’absorption du profil P Cygni de S vi 933, 944. Nous avons également récupéré des données archivées de cette étoile obtenues avec le satellite XMM-Newton. La courbe de lumière en rayons X montre des variations sur une échelle de temps similaire aux courbes de lumière du continu ultraviolet et ultraviolet lointain, et le spectre rayons X de WR 46 est très mou avec un pic d’émission à des énergies plus faibles que 1 keV. Nous discutons des différentes contraintes sur la nature de la variabilité de cette étoile que ces nouvelles observations aident à poser. Parmi les scénarios suggérés, nous concluons que celui des pulsations non-radiales est le plus probable, bien que nous soyons encore loin d’une compréhension détaillée de WR 46. / The Wolf-Rayet star WR 46 is known to exhibit a very complex variability pattern on relatively short timescales of a few hours and also on longer timescales of months. Periodic but intermittent radial velocity shifts of optical lines as well as multiple photometric periods have been found in the past. Nonradial pulsations, rapid rotational modulation or the presence of a yet-to-be-confirmed low-mass companion have been proposed to explain the short-term behaviour. In an effort to unveil its true nature, we observed WR 46 with FUSE over several short-term variability cycles. We found significant variations on a timescale of about 7.5 hours in the FUV continuum, in the blue edge of the absorption trough of the O vi 1032, 1038 doublet P Cygni profile, and in the S vi 933, 944 P Cygni absorption profile. We also retrieved archival XMM-Newton data of this star. We found the X-ray light-curve to show variations on a timescale similar to the UV and FUV continuum light-curves, and the X-ray spectrum of WR 46 to be very soft with a peak below 1 keV. We discuss the different constraints on the nature of the variability that these new observations help to establish. Among the suggested scenarios, we conclude that non-radial pulsations is the most likely, although we are far from a complete picture.

Formées lors de l’effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz moléculaire, les étoiles naissantes auront différentes masses variant entre 0.08 et environ 100M . La majorité de la population stellaire de la Galaxie est constituée d’étoiles dont la masse est inférieure à environ 0.6 M . Le dernier évènement de formation stellaire dans le voisinage solaire s’est produit dans la bulle locale il y a au plus 100 millions d’années, vraisemblablement provoqué par le passage d’une onde de choc dans le bras local de la Galaxie. C’est ainsi que se formèrent de jeunes associations d’étoiles dont les membres se caractérisent en particulier par une vitesse spatiale et une position commune dans la Galaxie. Les associations jeunes étant peu densément peuplées et relativement proches du Soleil, leurs membres se font plutôt rares et dispersés sur toute la voûte céleste. Jusqu’à présent, surtout les étoiles les plus massives (brillantes) ont été répertoriées. Les étoiles jeunes de faible masse, constituant la majorité de la population, restent pour la plupart à être identifiées. Les étoiles jeunes de faible masse représentent une population clef pour contraindre les modèles évolutifs des étoiles M et des naines brunes. Elles sont également d’excellentes candidates pour chercher des exoplanètes via les techniques d’imagerie directe. Ce mémoire présente une nouvelle méthode utilisant un modèle cinématique enrichi d’une analyse statistique Bayesienne pour identifier des étoiles jeunes de faible masse dans les associations beta Pictoris, Tucana-Horologium et AB Doradus. À partir d’un échantillon de 1080 étoiles K et M, toutes comportant des indicateurs de jeunesse tels l’émission Halpha et une forte luminosité dans les rayons X, leurs propriétés cinématiques (mouvement propre) et photométriques sont analysées pour en extraire 98 candidates hautement probables membres d’une des trois associations. Une confirmation de leur statut comme membre nécessitera en particulier une mesure de leur vitesse radiale (prédit par notre analyse) et une mesure de la largeur équivalente du lithium à 6708 Å pour mieux contraindre leur âge. / The gravitational collapse of a molecular gas cloud produces the incipient stars with various masses between 0.08 and approximately 100 M . The majority of the stellar galactic population is made up of stars with masses lower than approximately 0.6 M . The last event of stellar formation in the solar neighborhood happened in the local bubble no more than 100 million of years ago, probably caused by the propagation of a shock wave in the galactic local arm. This is how young associations, also called moving groups were formed. Their members are characterized by a common velocity and position within the Galaxy. Young associations, being sparsely populated and relatively close to the Sun, their members are found all over the sky. So far, only the most massive members (luminous ones) have been identified. Young low-mass stars, comprising the majority of the population, remain to be identified. Those stars are expected to be excellent candidates to find exoplanets through direct imaging techniques, while also forming a key population to constrain M stars and brown dwarfs evolutionnary models. This master thesis presents a new method using a kinematical model coupled with a Bayesian statistic analysis to identify young low-mass stars in the beta Pictoris, Tucana- Horologium and AB Doradus associations. Using a sample of 1080 K and M stars, all showing youth indicators such as Halpha emission and X-rays luminosity, their photometric and kinematic properties (proper motion) are analyzed to extract 98 highly probable members distributed over the three associations. Status confirmation as members will require measurement of their radial velocity (predicted by our analysis) and the lithium at 6708 Å equivalent widths to better constrain their age.

Des décennies d’observation ont permis d’obtenir différentes relations liées à l’activité stellaire. Cependant, il est difficile de reproduire numériquement celles-ci à partir de modèles dynamo, puisqu’il n’y a pas de consensus sur le processus réellement présent dans les étoiles. Nous tentons de reproduire certaines de ces relations avec un modèle global 3D hydrodynamique qui nous fournit le profil de rotation différentielle et le tenseur-α utilisés en entrée dans un modèle de dynamo αΩ. Nous reproduisons ainsi efficacement la corrélation positive entre le rapport P_cyc⁄P_rot et P_rot^(-1). Par contre, nous échouons à reproduire les relations liant ω_cyc⁄Ω et l’énergie magnétique au nombre de Rossby. Cela laisse croire que la variation de P_cyc⁄P_rot avec la période de rotation est une caractéristique robuste du modèle αΩ, mais que l’effet-α ne serait pas le processus principal limitant l’amplitude du cycle. Cette saturation découlerait plutôt de la réaction magnétique sur l’écoulement à grande échelle. / Decades of stellar observations established various relationships related to stellar activity cycles. However, these are difficult to numerically reproduce using dynamo models, since flows important for dynamo action cannot be measured in stars other than the Sun. We model these relationships by extracting the differential rotation profile and the α-tensor from a global 3D hydrodynamical simulation and use them as an input into a αΩ dynamo model. We succeed in reproducing the observed positive correlation between the ratio P_cyc⁄P_rot and P_rot^(-1). On the other hand, we fail to do so for the relationship linking ω_cyc⁄Ω and the magnetic energy to the Rossby number. This indicates that the variation of P_cyc⁄P_rot with the rotation period is a robust feature of the αΩ model, but that the α-effect is probably not the main process limiting cycle amplitude. This saturation is most likely related to the magnetic backreaction on large-scale flows.

Nous savons que la grande majorité des étoiles WC9 produit de la poussière à base de carbone. Cette dernière doit se former dans des zones de très haute densité afin de survivre à l’environnement hostile qu’est celui du vent d’une étoile WR. Les étoiles WC appartenant à un système binaire WR + O produisent de la poussière quand les vents des deux étoiles entrent en collision et forment une zone de choc pouvant augmenter la densité du gaz d’un facteur 1000. Par contre, plusieurs étoiles WC9 n’ont, à ce jour, montré aucun signe de la présence d’un compagnon. Le but du projet est de tenter d’identifier un mécanisme alternatif responsable de la formation de poussière dans les étoiles WC9 n’appartenant pas à un système binaire. Nous présentons les résultats d’une campagne d’observation visant à caractériser la variabilité spectroscopique d’un échantillon de huit étoiles WC9 et une étoile WC8d. Nos résultats indiquent que la majorité des étoiles montrent des variations à grande échelle dans la raie d’émission C III 5696, soit à un niveau d’au moins 5% du flux de la raie et que les structures dans le vent ont une dispersion de vitesses de l’ordre de 150-300 km/s. De manière générale, les variations de vitesse radiales sont anti-corrélées avec le coefficient d’asymétrie de la raie, ce qui semble infirmer la présence d’un compagnon. Des observations en photométrie de l’étoile WR103 montrent une période de 9.1 ± 0.6 jours qui s’accorde avec les variations spectroscopiques et qui ne semble pas, de manière évidente, d’origine binaire. / We know that the majority of WC9 stars produces carbon-based dust. To survive in the hot and harsh environement that is the wind of a WR star, the dust grains must be formed in regions of very high density. We know that WC stars that are part of a WR + O system can produce dust at periastron passage where the collision of the two stellar winds is strong enough to produce shocks that compress the gas to densities up to a factor 103 higher than that of the WR star. However, so far, many WC9 stars have shown no signs of a companion. The goal of the current project is to identify a mechanism that could be responsible for the formation of dust in single WC9 stars. We present the results of an observing campaign which aimed to characterize the spectroscopic variability of eight WC9 stars and one WC8d star. Our results indicate that most stars show large scale variations of their C III 5696 emission line that reach at least 5% of the total line flux, and that the structures in the wind have a mean velocity dispersion of 150-300 km/s. In general, the radial velocity variations are anti-correlated with the skewness variations. This seems to indicate that the variations are not due to the presence of a companion. Photometric observations of WR 103 show a period of 9.1 ± 0.6 days that agrees with the spectroscopic variations and does not seem from binary origin.

L'objectif de cette thèse est d'étudier différents aspects microscopiques et macroscopiques liés à la présence de superfluidité dans les étoiles à neutrons. Dans un premier temps, nous avons calculé des configurations stationnaires d'étoiles à neutrons superfluides en rotation, en relativité générale, basées sur l'utilisation d'équations d'état réalistes. A l'aide de ces configurations d'équilibre, nous avons ensuite développé un modèle simple de glitch, en relativité générale, vu comme un transfert de moment cinétique entre les neutrons superfluides et les particules chargées constituant l'étoile. Cela nous a permis d'obtenir des temps caractéristiques de montée qui pourront être comparés à de futures observations précises de glitches afin d'apporter de meilleures contraintes sur l'intérieur de ces étoiles. Enfin, nous nous sommes également intéressés à la dynamique des vortex superfluides, en présence de tubes de flux, dans le cas où les protons dans le coeur des étoiles formeraient un supraconducteur de type II. / The aim of this thesis is to study different aspects, both microscopic and macroscopic, associated with the presence of a large amount of superfluid matter inside neutron stars. First, we computed stationary configurations of rotating superfluid neutron stars, in general relativity, using realistic equations of state. Based on these equilibrium configurations, we then developed a simple model of pulsar glitches, in general relativity, seen as angular momentum transfers between the superfluid neutrons and the charged particles composing the star. This enables us to infer spin-up time scales that could be compared with future accurate glitch observations, in order to get some constraints on the interior of neutron stars. Finally, we also focused on the dynamics of superfluid vortex lines, accounting for the presence of fluxtubes, if the protons are forming a type II superconductor in the core of neutron stars.

La première détection des ondes gravitationnelles en 2015 a ouvert un nouveau plan d'étude pour l'astrophysique des étoiles binaires compactes. En utilisant les données des détections faites par les détecteurs terrestres advanced LIGO et advanced Virgo, il est possible de contraindre les paramètres physiques de ces systèmes avec une analyse Bayésienne et ainsi approfondir notre connaissance physique des étoiles binaires compactes. Cependant, pour pouvoir être en mesure d'obtenir de tels résultats, il est essentiel d’avoir des algorithmes performants à la fois pour trouver les signaux de ces ondes gravitationnelles et pour l'estimation de paramètres. Le travail de cette thèse a ainsi été centré autour du développement d’algorithmes performants et adaptées au problème physique à la fois de la détection et de l'estimation des paramètres pour les ondes gravitationnelles. La plus grande partie de ce travail de thèse a ainsi été dédiée à l'implémentation d’un algorithme de type Hamiltonian Monte Carlo adapté à l'estimation de paramètres pour les signaux d’ondes gravitationnelles émises par des binaires compactes formées de deux étoiles à neutrons. L'algorithme développé a été testé sur une sélection de sources et a été capable de fournir de meilleures performances que d'autres algorithmes de type MCMC comme l'algorithme de Metropolis-Hasting et l'algorithme à évolution différentielle. L'implémentation d'un tel algorithme dans les pipelines d’analyse de données de la collaboration pourrait augmenter grandement l'efficacité de l'estimation de paramètres. De plus, il permettrait également de réduire drastiquement le temps de calcul nécessaire, ce qui est un facteur essentiel pour le futur où de nombreuses détections sont attendues. Un autre aspect de ce travail de thèse a été dédié à l'implémentation d'un algorithme de recherche de signaux gravitationnelles pour les binaires compactes monochromatiques qui seront observées par la future mission spatiale LISA. L'algorithme est une mixture de plusieurs algorithmes évolutionnistes, avec notamment l'inclusion d'un algorithme de Particle Swarm Optimisation. Cette algorithme a été testé dans plusieurs cas tests et a été capable de trouver toutes les sources gravitationnelles comprises dans un signal donné. De plus, l'algorithme a également été capable d'identifier des sources sur une bande de fréquence aussi grande que 1 mHz, ce qui n'avait pas été réalisé au moment de cette étude de thèse. / The first detection of gravitational waves in 2015 has opened a new window for the study of the astrophysics of compact binaries. Thanks to the data taken by the ground-based detectors advanced LIGO and advanced Virgo, it is now possible to constrain the physical parameters of compact binaries using a full Bayesian analysis in order to increase our physical knowledge on compact binaries. However, in order to be able to perform such analysis, it is essential to have efficient algorithms both to search for the signals and for parameter estimation. The main part of this thesis has been dedicated to the implementation of a Hamiltonian Monte Carlo algorithm suited for the parameter estimation of gravitational waves emitted by compact binaries composed of neutron stars. The algorithm has been tested on a selection of sources and has been able to produce better performances than other types of MCMC methods such as Metropolis-Hastings and Differential Evolution Monte Carlo. The implementation of the HMC algorithm in the data analysis pipelines of the Ligo/Virgo collaboration could greatly increase the efficiency of parameter estimation. In addition, it could also drastically reduce the computation time associated to the parameter estimation of such sources of gravitational waves, which will be of particular interest in the near future when there will many detections by the ground-based network of gravitational wave detectors. Another aspect of this work was dedicated to the implementation of a search algorithm for gravitational wave signals emitted by monochromatic compact binaries as observed by the space-based detector LISA. The developed algorithm is a mixture of several evolutionary algorithms, including Particle Swarm Optimisation. This algorithm has been tested on several test cases and has been able to find all the sources buried in a signal. Furthermore, the algorithm has been able to find the sources on a band of frequency as large as 1 mHz which wasn’t done at the time of this thesis study

Sur l'intérieur du couvercle de sarcophages, sur la surface extérieure de clepsydres, au plafond de temples et de tombes datés de l'an 2100 à l'an 50 BC et disséminés tout le long de la Vallée du Nil, entre Alexandrie et Assouan, figurent vingt horloges stellaires et quatre-vingt listes d'étoiles dans l'ordre de leurs levers héliaques, de leurs levers nocturnes ou de leurs culminations. Leur identification à des étoiles visibles à l'oeil nu du catalogue Hipparcos a nécessité la constitution préalable d'une liste complète de ces étoiles ainsi que la traduction de leurs appellations hiéroglyphiques respectives. La comparaison entre les arrangements stellaires caractérisant chacune des cent listes d'étoiles a abouti à leur classification en six types de listes et permis la détermination des conditions spatiales, temporelles et optiques d'observation des étoiles. Ces contraintes ont ensuite été appliquées à un modèle de visibilité d'étoile à l'oeil nu dans le ciel nocturne ou crépusculaire de l'Égypte ancienne qui combine divers paramètres astrométriques et éléments photométriques. La constitution de listes d'étoiles dans l'ordre de leurs levers héliaques, de leurs levers nocturnes ou de leurs culminations, leur comparaison avec les six prototypes de listes dont nous disposons, la prise en compte de divers critères astronomiques, philologiques et pariétaux, ont permis de restreindre au strict minimum le nombre d'étoiles candidates à chacun des quatre-vingt dix décans égyptiens. Ce travail a abouti à la cartographie du ciel de l'Égypte ancienne, à une meilleure définition des heures de nuit égyptienne, à une datation plus précise du règne de plusieurs pharaons, etc.

Si dans la Voie Lactée les populations d'étoiles B et Be sont relativement bien connues, il n'en est pas de même pour celles des Nuages de Magellan. Les Grand et Petit Nuages de Magellan sont des galaxies satellites de notre Galaxie et sont connus pour être déficientes en métaux. Nous avons alors observé de grands échantillons d'étoiles chaudes des Nuages de Magellan avec le spectrographe multi-objets GIRAFFE du VLT afin d'étudier les effets de la sous-abondance en métaux sur ce type d'étoile. Nous retraçons dans cette thèse la création des catalogues astrométriques et photométriques et les processus de sélection des étoiles B et Be. Puis nous traitons de la détermination de leurs paramètres fondamentaux et nous examinons les conséquences de la métallicité sur les vitesses de rotation. Nous montrons les premières déterminations des distributions des vitesses sur la ZAMS des étoiles Be et leurs implications sur les proportions et le comportement de ces étoiles. Puis, nous comparons les statuts évolutifs des étoiles Be des Nuages de Magellan et de la Voie Lactée et nous donnons des éléments de réponses aux différences constatées. Enfin, nous donnons une estimation des abondances en surface du carbone et montrons que celles-ci diffèrent que les étoiles soient des rotateurs lents (étoiles B) ou des rotateurs rapides (étoiles Be).<br />Dans la seconde partie de cette thèse, nous exposons diverses études complémentaires telles que la cartographie d'objets à émission dans les Nuages de Magellan avec la caméra grand champ de l'ESO en mode spectroscopique ou encore l'étude d'étoiles chaudes de jeunes amas ouverts de la Voie Lactée. La découverte de variabilité photométrique à court-terme dans les étoiles Be et de binaires dans les Nuages de Magellan ainsi qu'une étude des raies nébulaires sont aussi présentées dans cette partie.

Ce travail traite des aspects macroscopiques et microscopiques de l'écorce interne d'une étoile à neutrons, formée d'un solide de noyaux plongé dans un superfluide de neutrons. Une première partie expose une formulation quadridimensionnelle covariante de l'hydrodynamique non relativiste d'un mélange de fluides parfaits, basée sur un principe variationnel convectif. Ce formalisme est appliqué à la description de l'écorce, comme un mélange de deux fluides, un superfluide de neutrons et un plasma de noyaux et d'électrons, couplés par un entraînement non dissipatif. La seconde partie est dédiée à l'étude microscopique de cet entraînement.<br />Appliquant des méthodes de champ moyen au-delà de l'approximation de Wigner-Seitz, nous montrons que cet entraînement résulte de la diffraction de Bragg des neutrons libres sur les noyaux. Celle-ci se traduit par une masse de neutron effective "mésoscopique", qui, contrairement à la masse effective "microscopique", est très grande devant la masse "nue", dans les couches intermédiaires.