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Malgré leur rareté et leur vie éphémère, les étoiles massives, par l’entremise de leur forte émission de rayonnements ultraviolet et de leurs vents stellaires importants, ont un fort impact sur l’enrichissement du milieu interstellaire en éléments lourds, ainsi que sur son ionisation, sa structure et sa cinématique. L’étude des étoiles massives et de leur perte de masse est essentielle pour mieux comprendre l’évolution stellaire. En particulier en fin de vie, lors de la phase Wolf-Rayet, on constate parfois la présence d’une nébuleuse sous forme de bulle autour de ces étoiles. Dans le cadre de cette étude, nous analysons la présence et les caractéristiques de ces bulles autour d’étoiles Wolf-Rayet dans la galaxie M33, avec les données de SITELLE, un spectromètre imageur installé au télescope Canada-France-Hawaii. Sur les 211 étoiles Wolf-Rayet connues dans cette galaxie, nous avons pu en observer 178 et détecter la présence de bulles autour de 43 d’entre elles grâce à des critères que nous avons déterminés à partir de nos données. Nous avons analysé chacune d’entre elles et nous présentons notre analyse et les résultats obtenus. Nous remarquons notamment l’absence de biais favorisant la présence d’une bulle autour d’un type spectral par rapport aux autres, et la présence de bulles intriquées autour de certaines étoiles WR pouvant attester de l’évolution des vents stellaires durant les différentes phases de la vie de l’étoile. / Despite their scarcity and their short lifetime, massive stars have a strong impact on the enrichment of the interstellar medium via their heavy element production, ultraviolet radiation and stellar wind emission. Hence, the study of massive stars and their mass-loss history is essential for the understanding of stellar evolution. Especially at the end of their lives, during the Wolf-Rayet stage, we often observe bubble-like nebulae surrounding massive stars. In this study, we analyze the presence and characteristics of these Wolf-Rayet bubbles in M33, with data from SITELLE, an instrument mounted on the Canada-France-Hawaii telescope. Of the 211 known Wolf-Rayet stars in M33, we were able to observe 178 of them and we detected the presence of a bubble around 43, according to the criteria we adopted based on our data. We present here the analysis and the results of our study. We find notably that the presence of bubbles doesn’t seem to be correlated with the spectral type of the progenitor star, and we observe a structure of nested bubbles around some of the WR stars, enlightening us on the evolution of stellar winds during the different phases of a massive star’s life.

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.

Le parsec central de la Galaxie a été observé à l'aide de spectro-imagerie BEAR haute résolution spectrale (jusqu'à 21 km/s) et moyenne résolution spatiale (0,5"), dans les raies Bracket gamma (2,16 micron) et He I à 2,06 microns, et d'imagerie haute résolution. Ces données ont servi à étudier la population d'étoiles jeunes et massives, la structure et la dynamique des flots de gaz ionisé de Sgr A Ouest. Les résultats obtenus, notamment la séparation des étoiles en un groupe de 6 LBV d'une part (le complexe IRS 16) et plus de 20 Wolf-Rayet d'autre part, ainsi que la résolution de IRS 13E en un amas d'au moins 6 étoiles massives, soutiennent l'idée d'une formation des étoiles jeunes en un amas massif à distance du Centre Galactique. La vision très détaillée de Sgr A Ouest et le modèle cinématique proposé du Bras Nord soutiennent l'idée que ce gaz ionisé est constitué par les fronts d'ionisation de plus vastes nuages neutres étirés par les forces de marée, provenant du Disque circumnucléaire.

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.

Ce mémoire présente une analyse de données photométriques d’étoiles de type Wolf-Rayet ayant pour objectif de caractériser les causes de la variabilité stochastique à court terme omniprésente chez ces étoiles, ainsi que la variabilité périodique due aux éclipses atmosphériques dans deux systèmes particuliers. À l’aide de données de la mission spatiale BRITE, les éclipses initialement supposées atmosphériques des systèmes WR22 et WR48 ont été investiguées avec un modèle analytique, suivi d’une modélisation numérique de l’éclipse pour WR22. Le taux de perte de masse de l’étoile Wolf-Rayet, la profondeur optique du vent et l’angle d’inclinaison du système ont été déterminés avec précision pour WR22, tandis que des valeurs-plafonds pour ces paramètres ont été obtenues avec un angle i tiré de la littérature pour WR48. L’étude de la variabilité stochastique dans le vent de 55 étoiles Wolf-Rayet galactiques a été conduite en utilisant 70 séries temporelles obtenues avec les satellites MOST, BRITE-Constellation et TESS. L’application d’un modèle semi-Lorentzien aux périodogrammes des observations a permis d’obtenir des paramètres caractéristiques : l’amplitude typique, la fréquence caractéristique et le taux d’augmentation de l’amplitude de variabilité. Des comparaisons entre les paramètres obtenus et ceux de la littérature nous ont permis de contextualiser le rôle de divers processus physiques dans l’origine de la variabilité, tel l’instabilité du processus d’entraînement du vent, d’une zone de convection subsurfacique engendrée par l’ionisation partielle des éléments du groupe du fer, ainsi qu’une possible contribution d’ondes de gravité générées à l’interface du coeur convectif et de la zone radiative. / We present an analysis of photometric observations of Wolf-Rayet stars in an effort to characterize their ubiquitous short-term stochastic variability and the origin of the periodic variability due to atmospheric eclipses in two specific systems. With data from BRITE-Constellation, we investigated what we initially thought to be atmospheric eclipses in the WR22 and WR48 systems. Both stars’ datasets were first analyzed using an analytical atmospheric eclipse model, and then a fully numerical core and wind eclipse model was used to better characterize the ambiguous case of WR22. The mass-loss rate of the Wolf-Rayet component, the optical depth of the wind and the inclination angle of the system were accurately determined for WR22, whereas for WR48 an upper limit was found for those parameters using an inclination angle from the litterature. The study of the short-term stochastic variability in the winds of 55 Wolf-Rayet stars was obtained with 70 time-series produced by MOST, BRITE and TESS. The amplitude spectra of these stars were analyzed using a semi-Lorentzian function that allowed us to extract characteristic parameters. Comparisons between the values we obtained and those from the litterature were carried out and we discuss the possible contribution to the variability of various physical processes, namely the line de-shadowing instability, the presence of a subsurface iron-group driven convection zone and possibly of internal gravitational waves generated at the boundary between the convective core and the radiative layer to the observed variability.

Nous présentons les résultats de trois campagnes d'observation d'un mois chacune dans le cadre de l'étude de la collision des vents dans les systèmes binaires Wolf-Rayet + OB. Ce travail se concentre sur l'étude des objets de l'hémisphère sud n'ayant jamais encore fait l'objet d'études poussées dans ce contexte. À cela, nous avons ajouté l'objet archétype pour ce type de systèmes : WR 140 (WC7pd + O5.5fc) qui a effectué son dernier passage périastre en janvier 2009. Les deux premières campagnes (spectroscopiques), ont permis une mise à jour des éléments orbitaux ainsi qu'une estimation de la géométrie de la zone de collision des vents et d'autres paramètres fondamentaux des étoiles pour 6 systèmes binaires : WR 12 (WN8h), 21 (WN5o+O7V), 30 (WC6+O7.5V), 31 (WN4o+O8), 47 (WN6o+O5) et 140. Une période non-orbitale courte (probablement reliée à la rotation) a également été mesurée pour un des objets : WR 69 (WC9d+OB), avec une période orbitale bien plus grande. La troisième campagne (photométrique) a révélé une variabilité étonnamment faible dans un échantillon de 20 étoiles WC8/9. Cela supporte l'idée que les pulsations ne sont pas courantes dans ce type d'étoiles et qu'il est peu probable que celles-ci soient le mécanisme dominant de formation de poussière, suggérant, par défaut, le rôle prédominant de la collision des vents. / We present the results from three month-long observational campaigns related to WR+O colliding-wind binaries. This work focuses on southern-hemisphere systems that have not yet been previously studied in this context. To this we add the northern archetype colliding-wind system WR 140 (WC7pd + O5.5fc), which recently suffered another active periastron passage in 2009 January. The first two (spectroscopic) campaigns allowed us to update the orbital elements and to constrain the geometry of the colliding wind region and other fundamental parameters, for 6 binary systems: WR 12 (WN8h), WR 21 (WN5o+O7V), WR 30 (WC6+O7.5V), WR 31 (WN4o+O8), WR 47 (WN6o+O5) and WR 140. A short non-orbital (probably rotational) period was also detected in the WR component of one of our objects, WR 69 (WC9d+OB), with a much longer orbital period. The third (photometric) campaign revealed a surprisingly low level of variability in our sample of 20 WC8/9 stars. This supports the idea that pulsations are not very frequent in this type of star and are unlikely to be the main mechanism for dust formation, suggesting, by default, a predominant role of wind-wind collision.

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Ce mémoire s’intéresse au système binaire massif CV Serpentis, composé d’une Wolf- Rayet riche en carbone et d’une étoile de la séquence principale, de type spectral O (WC8d + O8-9IV). D’abord, certains phénomènes affectant les étoiles massives sont mentionnés, de leur passage sur la séquence principale à leur mort (supernova). Au cours du premier cha- pitre, un rappel est fait concernant certaines bases de l’astrophysique stellaire observa- tionnelle (diagramme Hertzsprung-Russell, phases évolutives, etc...). Au chapitre suivant, un des aspects les plus importants de la vie des étoiles massives est abordé : la perte de masse sous forme de vents stellaires. Un historique de la découverte des vents ouvre le chapitre, suivi des fondements théoriques permettant d’expliquer ce phénomène. Ensuite, différents aspects propres aux vents stellaires sont présentés. Au troisième chapitre, un historique détaillé de CV Ser est présenté en guise d’introduc- tion à cet objet singulier. Ses principales caractéristiques connues y sont mentionnées. Finalement, le cœur de ce mémoire se retrouve au chapitre 4. Des courbes de lumière ultra précises du satellite MOST (2009 et 2010) montrent une variation apparente du taux de perte de masse de la WR de l’ordre de 62% sur une période orbitale de 29.701 jours. L’analyse des résidus permet de trouver une signature suggérant la présence de régions d’interaction en corotation (en anglais corotating interaction regions, ou CIR) dans le vent WR. Une nouvelle solution orbitale est présentée ainsi que les paramètres de la région de collision des vents et les types spectraux sont confirmés. / This thesis focuses on the massive binary CV Serpentis, consisting of a carbon-rich Wolf-Rayet star and a main-sequence O-type star (WC8d + O8-9IV). First off, different phenomena linked to massive stars throughout their existence - from main sequence to the supernova explosion - are mentioned. The first chapter offers a brief overview of some of the basics of observational stellar astrophysics (Hertzsprung- Russell diagram, evolution, etc...). The next chapter covers one of the most important aspects of massive stars : mass loss through stellar winds. The chapter opens with a chronology of the discovery of stellar winds, followed by the foundations of stellar wind theory. Finally, different processes involved in wind ejection are presented. The third chapter reviews chronologically the main studies carried out on CV Ser and helps introduce this peculiar system. Its main characteristics are given in this chapter. Finally, chapter 4 is the central part of this work. MOST light curves taken in 2009 and 2010 show what appears to be a 62% increase of the mass-loss rate over one or- bital period (29.701d). There also seems to be evidence for the presence of corotating interaction regions (CIR) in the WR wind. Indeed, the analysis of the residuals yields a CIR-like signature. A new orbit is derived, as well as the wind-collision zone parame- ters, while the spectral types of both stars are confirmed.

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