Dans cette thèse, la recherche se concentre sur le re-calibrage des observations historiques de Phoebe, le 9ème satellite de Saturne, et l'amélioration de son orbite sur la base des données re-calibrés. La précision de calcul de l'orbite dépend de la qualité du modèle théorique (erreur interne) et de la précision des observations utilisées pour ajuster le modèle (erreur externe). Phoebe est loin de sa planète et des satellites majeurs. Le modèle théorique n'est pas très compliqué et l'erreur interne est bien connu et généralement bonne. Toutefois, l'erreur externe est en général inconnue et est la principale cause de l'erreur globale. Comme la luminosité de Phoebe est faible (Vmag = 16,5), il n'y a pas beaucoup d'observations faites dans le temps passé. La précision de son orbite n'est pas aussi bonne que celles des autres grands satellites de Saturne. Un modèle plus adéquat du mouvement du satellite devrait être construit non seulement sur la base des observations de haute-précision, mais aussi sur des données couvrant une période aussi longue que possible. Les observations de Phoebe sur plus de cent ans ont été calibré avec différents catalogues. Il y a quelques incohérences dans les données d'observation obtenues à partir de différents auteurs à différentes époques. De nombreuses observations ont été publiées dans différents formats; elles ne peuvent pas être utilisées directement pour ajuster le modèle dynamique; elles doivent être converties dans un format de données unifié et être corrigées pour des erreurs systématiques, avec les dernières constantes astronomiques dans le système de référence. Les premières observations de Phoebe ont une mauvaise précision et ne collent pas bien aux modèles. A cette époque, les catalogues utilisés ne contenaient pas assez d'étoiles avec une précision suffisante, donc il n'y avait pas beaucoup de étoiles du catalogue sur la plaque. En raison de la précision insatisfaisante des catalogues à l'époque, les positions des étoiles de référence ne sont pas très précises. Cela influe sur la position de Phoebe. Dans le présent travail, nous introduisons une méthode permettant, même si nous ne disposons pas des vraies plaques, de réduire les positions des satellites naturels avec des catalogues astrométriques modernes, tels que UCAC ou GAIA dans le futur. Après la re-calibration des données d'observation historiques, la réduction des observations a été effectuée et la nouvelle éphéméride de Phoebe on a été dérivée. La représentation synthétique au mouvement orbital de Phoebe à partir des éphémérides a été réalisée. / In this thesis, the research focuses on the recalibration of historical observations of Phoebe, the 9th satellite of Saturn, and its orbit improvement based on the re-calibrated data. The accuracy of orbit predictions depends on the theoretical model's quality (internal error) and on the quantity and accuracy of the observations used to fit the model (external error). Phoebe is far away from its planet and other major satellites, so that the theoretical model is not very complicated and the internal error is well known and generally good. However, the external error is generally unknown and is the main cause of the global error. Since the brightness of Phoebe is faint (Vmag=16.5), not so many observations have been made in the past time. The accuracy of its ephemeris is not as good as those of other major satellites of Saturn. A most adequate model of satellite motion should be built not only based on high-accurate recent observations but also on data over a period of time as long as possible. The observations of Phoebe over one hundred years have been calibrated with different catalogs. There are some inconsistencies in observational data obtained from different authors at different epochs. Many observations have been published in different formats; they cannot be used directly to fit the dynamical model, should be re-input into unified data format, and be corrected for systematic differences, with the latest astronomical constants and reference frame. The earliest observations of Phoebe have bad accuracy and not fit the models very well. At that time, the catalogues they used did not contain enough stars with a precise accuracy, so there were not many catalogue stars on the plate. Because of the unsatisfactory precision of the old catalogues at the epoch, the positions of the reference stars were not very precise. This brings today inaccuracy on the position of Phoebe. In the present work, we introduce a method, even if we do not have real plates, to reduce the positions of the natural satellites with modern astrometric catalogues, such as UCAC or GAIA in the future. After the re-calibration of historical observation data, reduction of observations has been completed and the new ephemeris Phoebe was derived. Then the synthetic representation of Phoebe's orbital motion from the ephemeris was provided.

La relativité générale (RG) et le modèle standard des particules permettent de comprendre les quatre interactions fondamentales de la nature. La formulation d'une théorie quantique de la gravitation permettrait d'unifier ces deux tenants de la physique moderne. D'après les grandes théories d'unification, une telle union est possible moyennant la brisure de certaines symétries fondamentales apparaissant à la fois en RG et dans le modèle standard telle la symétrie de Lorentz. Les violations de la symétrie de Lorentz peuvent être paramétrées dans tous les domaines de la Physique par une théorie effective du champ appelée extension du modèle standard (SME). Une violation au principe d'invariance locale de Lorentz dans le secteur gravitationnel serait supposée engendrer des perturbations dans la dynamique orbitale des corps présents dans le système solaire, notamment la Lune. Ainsi, à partir des données extrêmement précises de télémétrie laser, l'orbite lunaire peut être minutieusement analysée afin de débusquer d'éventuelles anomalies dans son mouvement. Dans cette optique, ELPN (Ephéméride Lunaire Parisienne Numérique), une nouvelle éphéméride lunaire intégrée dans le cadre du formalisme SME a été développée durant la thèse. ELPN fournit les solutions au problème lunaire sous la forme de séries temporelles datées en temps dynamique barycentrique (TDB). Parmi les solutions numériquement intégrées, mentionnons la position et la vitesse du vecteur barycentrique Terre-Lune, les angles de librations lunaires, la différence entre le temps terrestre et le TDB, ainsi que l'ensemble des dérivées partielles intégrées depuis l'équation aux variations. Les prédictions de l'éphéméride ont été utilisées afin de réduire les observations lunar laser ranging (LLR). Dans le cadre de la RG, la dispersion des résidus s'est avérée en accord avec les dispersions calculées à partir des éphémérides INPOP13b et DE430. Dans le cadre du SME minimal, l'analyse des données LLR a permis de contraindre toutes violations à l'invariance locale de Lorentz. Une grande attention a été portée à l'analyse des incertitudes afin de fournir des contraintes réalistes. Ainsi, dans un premier temps, les combinaisons linéaires de coefficients SME ont été isolées puis ajustées aux observations. Puis, dans un second temps, les incertitudes réalistes ont été déterminées par une méthode de ré-échantillonnage. L'analyse des données de télémétrie laser Lune n'a pas permis de révéler de violations au principe d'invariance locale de Lorentz agissant au niveau de l'orbite lunaire. Les prédictions de la RG ont donc été validées avec des précisions absolues allant de 10-9 à 10-12. / General Relativity (GR) and the standard model of particle physics provide a comprehensive description of the four interactions of nature. A quantum gravity theory is expected to merge these two pillars of modern physics. From unification theories, such a combination would lead to a breaking of fundamental symmetry appearing in both GR and the standard model of particle physics as the Lorentz symmetry. Lorentz symmetry violations in all fields of physics can be parametrized by an effective field theory framework called the standard-model extension (SME). Local Lorentz Invariance violations in the gravitational sector should impact the orbital motion of bodies inside the solar system, such as the Moon. Thus, the accurate lunar laser ranging (LLR) data can be analyzed in order to study precisely the lunar motion to look for irregularities. For this purpose, ELPN (Ephéméride Lunaire Parisienne Numérique), a new lunar ephemeris has been integrated in the SME framework. This new numerical solution of the lunar motion provides time series dated in temps dynamique barycentrique (TDB). Among that series, we mention the barycentric position and velocity of the Earth-Moon vector, the lunar libration angles, the time scale difference between the terrestrial time and TDB and partial derivatives integrated from variational equations. ELPN predictions have been used to analyzed LLR observations. In the GR framework, the residuals standard deviations has turned out to be the same order of magnitude compare to those of INPOP13b and DE430 ephemerides. In the framework of the minimal SME, LLR data analysis provided constraints on local Lorentz invariance violations. Spetial attention was paid to analyze uncertainties to provide the most realistic constraints. Therefore, in a first place, linear combinations of SME coefficients have been derived and fitted to LLR observations. In a second time, realistic uncertainties have been determined with a resampling method. LLR data analysis did not reveal local Lorentz invariance violations arising on the lunar orbit. Therefore, GR predictions are recovered with absolute precisions of the order of 10-9 to 10-12.

L'étude présentée dans cette thèse concerne principalement la réduction astrométrique de plaques photographiques anciennes : nous observons dans le passé. L'objectif étant de montrer qu'il est désormais possible d'obtenir des observations astrométriques de grande précision pour des périodes anciennes, en effectuant une nouvelle réduction d'observations photographiques. Nous avons utilisé à cet effet des plaques photographiques des satellites galiléens réalisées au McCormick Observatory et à l'U.S. Naval Observatory entre 1967 et 1998 (2650 observations). Il nous aura été indispensable de reprendre complètement l'analyse de ces plaques. Nous avons numérisé l'ensemble des données analogiques en prenant soin de bien comprendre le mécanisme de digitalisation pour ne pas perdre de précision durant le traitement. Nous avons ensuite établi une procédure de détermination de positions astrométriques. Plusieurs programmes ont été développés pour identifier les objets, extraire les positions et les corriger, depuis les images numérisées. Une méthode de réduction astrométrique par rattachement aux étoiles du champ, adaptée aux plaques photographiques, a aussi été produite pour pouvoir calculer très précisément les positions astrométriques équatoriales (RA, Dec) et intersatellites des satellites galiléens, tout en corrigeant nécessairement de nombreux effets instrumentaux et physiques tels la coma-magnitude ou encore la réfraction atmosphérique totale. L'ensemble de cette procédure a été optimisé pour que le faible nombre de références stellaires dont nous disposons suffise à la précision recherchée. Pour la première fois depuis ces plaques, nous avons déterminé des positions équatoriales (RA, Dec) dans le système de référence ICRS, là où les positions n'étaient que relatives entre satellites. Aussi et pour le système jovien, nous avons obtenu des données d'une précision de 75 mas en (RA, Dec) et 36 mas en intersatellite, alors que la précision n'était que de 90 mas à l'époque et en intersatellite seulement. De plus, les observations obtenues fournissent non seulement des positions des satellites galiléens, mais aussi des positions de la planète Jupiter. Les résultats produits nous ont ainsi permis de comparer différents catalogues d'étoiles et différentes éphémérides satellitaires et planétaires. Ils ont aussi été utilisés pour ajuster aux observations la dernière théorie dynamique des satellites produite par l'IMCCE.