Cette thèse présente les résultats d'une étude expérimentale et théorique sur la stabilité non-linéaire des écoulements hydrodynamiques en rotation différentielle. Une analyse de mesures antérieures à ce travail effectuées dans des expériences de laboratoire de type Couette-Taylor nous a permis de dériver un critère de stabilité ainsi qu'une prescription du type viscosité turbulente pour le transport du moment cinétique. L'étude expérimentale complémentaire que nous avons menée nous a permis de mettre en évidence des régimes de rotation instables vis à vis de perturbations aux amplitudes finies, qui demeuraient jusqu'a maintenant inexplorés. Nous présentons également quelques propriétés des écoulements moyens turbulents ainsi que des fluctuations de vitesse, en particulier leur évolution en fonction du nombre de Reynolds. Par des arguments physiques simples, nous dérivons des paramètres de stabilité, des lois d'évolution des fluctuations turbulentes, ainsi qu'une expression de la viscosité turbulente compatible avec notre première prescription. Finalement, nous concluons par une application de cette viscosité à un modèle simple de disques d'accrétion.

Malgré de nombreux efforts tant sur le plan observationnel que théorique, nous ne connaissons que très peu de choses sur la nature des sources X très lumineuses qui n'appartiennent pas au noyau de la galaxie hôte et qui semblent dépasser (ou dépassent) très largement la limite d'Eddington d'un objet de quelques masses solaires. Ce travail présente dans une première partie l'étude multi-longueurs d'onde d'un échantillon de certains de ces objets à travers les observations X des satellites ROSAT et XMM-Newton et les résultats d'observations optiques menées à l'Observatoire de Haute-Provence, à l'ESO et au CFHT. Ces objets ont été étudiés depuis des décennies sans qu'ils aient livré aucun de leurs secrets, et pour la première fois de nombreuses nébuleuses en émission ont été découvertes à proximité de la source X. Et plus encore, une de ces nébuleuses semble être photoionisée par les rayons X ce qui tend à prouver par la même occasion que l'émission X de l'objet dépasse largement la limite d'Eddington d'un objet de quelques dizaines de masses solaires ! Une deuxième partie de ce travail est consacrée à une tâche plus technique qui fut l'écriture d'un programme intégré à une chaîne de traitement automatique des données du satellite européen XMM-Newton.

Dans cette thèse, nous avons étudié les effets thermiques des impacts météoritiques et leurs contributions à la formation du noyau terrestre par modélisations numériques. Les impacts météoritiques apportent sur leur cible une quantité importante d'énergie qui permet une augmentation locale de la température fonction du rayon de la planète impactée dans une région sphérique en dessous du point d'impact. <br />Un impact géant sur une petite protoplanète engendre une anomalie thermique sans fusion significative. Lorsque l'impacteur dépasse une taille critique, l'anomalie thermique subit d'abord une phase advective isotherme puis refroidit par diffusion. L'épaisseur de l'anomalie thermique à la fin de l'étape advective ne dépend que de la taille et des paramètres rhéologiques du corps impacté. <br />Lors d'un impact géant sur une protoplanète indifférenciée avec un rayon supérieur au millier de kilomètres, l'énergie apportée peut générer localement de la fusion partielle et une ségrégation entre le fer très dense et les silicates plus légers. Le fer migre ensuite vers le centre de la planète et contribue ainsi à la formation du noyau. Nous avons développé des modèles d'évolution thermique par dissipation visqueuse de la phase métallique plongeant dans du matériel indifférencié. Lorsque son volume est suffisant, le diapir de fer se réchauffe lors de sa chute vers le centre. Ce chauffage est fonction des paramètres rhéologiques de la planète impactée et notamment des contrastes de viscosité mis en jeu.

En Asie centro-orientale (Xinjiang nord), l'orogène paléozoïque du Tianshan sépare les blocs du Tarim et du Junggar. Trois unités y sont distinguées : le Tianshan sud, constitué de nappes gneissiques et ophiolitiques siluriennes ; le Tianshan central, caractérisé par un arc volcanique ordovicien et des flyschs siluriens sur un socle protérozoïque ; le Tianshan nord, représenté par un arc volcanique calco-alcalin dévono-carbonifère.<br />L'étude structurale du Tianshan centro-occidental et de la bordure orientale du Junggar a permis de préciser la chronologie et la cinématique des déformations responsables de la structuration paléozoïque controversée de cette région. A part une phase de déformation anté-sinienne D1 reconnue dans le socle protérozoïque des Tianshan sud et central, trois déformations ont été distinguées. La première, D2, à vergence nord, est considérée comme contemporaine de la mise en place des ophiolites de Mishigou au nord du Tianshan central et des ophiolites de Kumux dans le Tianshan sud. L'âge de D2, compris entre le Dévonien moyen et le Dévonien supérieur, est contraint par les âges (Dévonien inférieur) des mélanges et par la discordance du Carbonifère inférieur. Une déformation D3, d'âge Carbonifère moyen-supérieur, est divisée en deux stades : le premier, à vergence sud, est observée le long de la limite entre le Junggar et le bloc Sibérie ; le second, à vergence nord est responsable du développement de plis et de chevauchements dans l'unité du Tianshan nord. Elle serait contemporaine de l'accrétion du bloc du Junggar avec l'arc du Tianshan nord. Enfin, une phase décrochante D4 a affecté tout le pourtour du bassin du Junggar entre 290 et 245 Ma. Dextre dans tout le Tianshan, elle est globalement senestre dans l'Altay chinois et accommode les rotations relatives des blocs du Junggar, du Tarim et de l'Eurasie. <br />En conclusion, les nouvelles données structurales et géochimiques exposées dans ce travail sont synthétisées dans un modèle géodynamique retraçant l'histoire de cette région de l'Asie entre le Cambrien et le Permien, marquée par l'accrétion successive des blocs continentaux et des arcs impliqués.

Dans la baie du Mont Saint-michel, seuls les sédiments du domaine intertidal supérieur ont fait l'objet d'observations. Ces dépôts montrent des alternances de lits sableux et de lits silto-argileux. Le doublet lit sableux/ lit silto-argileux correspond à l'apport d'une marée; c'est le cycle de marée. Grâce à des marquages permettant de suivre la sédimentation, on constate que les cycles de marées successifs se dilatent et s'amincissent progressivement en fonction de l'augmentation puis la diminution des coefficients de marée. Cette evolution atteste de l'enregistrement en accrétion verticale du cycle de morte-eau/vive-eau. La molasse marine miocène de Digne est une puissante formation qui s'est deposée dans un bassin d'avant-pays, au front des chaines subalpines. L'étude sédimentologique de cette série montre qu'il s'agit d'un megacycle transgressif puis regressif. L'étape transgressive est marquée par un remaniement sous l'influence de la houle et du matériel détritique issu d'appareils fan-deltaiques alimentés par les zone internes. Lors de phase régressive, ce remaniement est au contraire d'origine essentiellement tidale et plus de 1000 m de sédiments se déposent grâce à la forte subsidence de ce bassin d'avant-pays. Ces sédiments tidaux sont principalement représentés par des mégarides, des vagues de sables et d'épaisses passées à alternances gréso-silteuses dont le milieu de dépôt est attribué à un environnement deltaique. Dans ces alternances gréso-silteuses, à lits plans ou a flaser-,wavy- et lenticular-bedding, le cycle de marée a pu être identifié et même différencié selon les conditions hydrodynamiques de flot dominant ou de jusant dominant. Les mesures d'épaisseur des cycles de marée successifs font apparaitre, de façon parfois très spectaculaire, l'enregistrement des cycles de morte-eau/vive-eau, de grande vive-eau/petite vive-eau (pleine lune/nouvelle lune), et eventuellement, de solstice

Les étoiles se forment lors de l'effondrement de nuages de gaz et de poussière. Dans l'environnement proche de l'étoile naissante la matière se concentre dans un plan équatorial que l'on appelle disque protoplanétaire. Les astronomes pensent que les planètes se forment au sein de cette masse de gaz et de poussière orbitant autour de l'étoile. Pour sonder ces disques à des échelles correspondant aux orbites des futures planètes, il convient d'observer dans l'infrarouge à très haute résolution spatiale. L'interférométrie infrarouge est donc un outil idéal pour étudier les conditions physiques des disques protoplanétaires. Dans ce mémoire, je décris les premiers pas de l'interférométrie infrarouge, depuis la mise au point des petits interféromètres PTI et IOTA jusqu'à la construction de l'instrument AMBER au foyer de l'interféromètre du VLT. Je décris aussi les résultats d'une piste de recherche technologique particulièrement attrayante dans le cas de l'interférométrie infrarouge et issue des technologies des autoroutes de l'information: l'optique intégrée appliquée à la combinaison de plusieurs faisceaux en astronomie. Je montre ensuite comment à partir des observations obtenues à partir de ces instruments, il est possible de contraindre la physique des disques autour des étoiles jeunes. Grâce à la résolution spectrale nouvellement disponible sur ces instruments, pour la première fois nous pouvons séparer des phénomènes physiques aussi différents que l'accrétion de matière sur l'étoile et l'éjection de particules par des vents dont l'origine précise est encore mal connue. Les résultats présentés dans ce mémoire ont été obtenus principalement à partir d'observations sur les systèmes jeunes FU Ori et MWC 297 effectuées par AMBER sur le VLTI, mais aussi par les petits interféromètres infrarouges PTI et IOTA. Je développe aussi les travaux de modélisation de la structure verticale des disques associés afin de montrer la richesse des renseignements obtenus. Finalement je trace les contours d'un programme de recherche qui permettra tout d'abord de maximiser le retour astrophysique sur un instrument comme le VLTI, puis d'obtenir de premières images interférométriques de ces environnements circumstellaires. Je propose aussi la réalisation d'un instrument de seconde génération qui permettra de fournir des images interférométriques détaillées de ces sources compactes par synthèse d'ouverture.

Cette thèse est dédiée aux processus de transport de moment cinétique et de flux magnétique dans les disques faiblement magnétisés et faiblement ionisés ; l’influence des effets microphysiques sur la dynamique du disque à grande échelle y est centrale. Dans un premier temps, j’exclue les effets de stratification et j’examine l’impact des effets MHD non-idéaux sur la turbulence dans le plan du disque. Je montre que l’écoulement peut spontanément s’organiser si la fraction d’ionisation est assez faible ; dans ce cas, l’accrétion est stoppée, et le disque exhibe des anneaux axisymétriques susceptibles d’affecter la formation planétaire. Dans un second temps, je caractérise l’interaction du disque avec un vent magnétisé via un modèle global de disque stratifié. Ce modèle est le premier à décrire globalement les effets MHD non-idéaux d’après un réseau chimique simplifié. Il révèle que le disque est essentiellement non-turbulent, et que le champ magnétique peut adopter différentes configurations globales, affectant drastiquement les processus de transport. Un nouveau processus d’auto-organisation est identifié, produisant aussi des structures axisymétriques, tandis que le précédent est invalidé par l’action du vent. Les propriétés des vents magnéto-thermiques sont examinées pour différentes magnétisations, permettant de discriminer les vents magnétisés des vents photo-évaporés par leur efficacité d’éjection. / This thesis is devoted to the transport of angular momentum and magnetic flux through weakly ionized and weakly magnetized accretion disks ; the role of microphysical effects on the large- scale dynamics of the disk is of primary importance. As a first step, I exclude stratification effects and examine the impact of non-ideal MHD effects on the turbulent properties near the disk midplane. I show that the flow can spontaneously organize itself if the ionization fraction is low enough ; in this case, accretion is halted and the disk exhibits axisymmetric structures, with possible consequences on planetary formation. As a second step, I study the disk-wind interaction via a global model of stratified disk. This model is the first to compute non-ideal MHD effects from a simplified chemical network in a global geometry. It reveals that the flow is essentially laminar, and that the magnetic field can adopt different global configurations, drastically affecting the transport processes. A new self-organization process is identified, also leading to the formation of axisymmetric structures, whereas the previous mechanism is discarded by the action of the wind. The properties of magneto-thermal winds are examined for various magnetizations, allowing discrimination between magnetized and photo-evaporative winds based upon their ejection efficiency.

Les semelles métamorphiques sont des unités d’origine océanique (≤ 500 m d’épaisseur) situées à la base des grandes ophiolites obductées (≤ 20 km d’épaisseur). Ces unités sont caractérisées par un gradient métamorphique inverse, où les conditions de pression (P) et de température (T) de cristallisation augmentent de la base vers le contact avec l’ophiolite sus-jacente : depuis 500±100˚C et 0.5±0.2 GPa jusqu'à 800±100˚C et 1.0±0.2 GPa. Formées et exhumées au cours des 2 Ma suivant l’initiation des subductions océaniques, les semelles sont des témoins directs de leur dynamique précoce. Les assemblages minéralogiques qu’elles portent et leur déformation fournissent des contraintes majeures, et rares, sur l’évolution de la structure thermique et sur le comportement mécanique de l’interface de subduction naissante. Au terme d'une étude pétrologique, (micro-) structurale et expérimentale sur les amphibolites naturelles de la semelle de Semail (Oman, UAE) et synthétisées en laboratoire, nous proposons un modèle où la semelle métamorphique résulte d’épisodes multiples d’accrétion d’unités homogènes en P–T (donc sans gradient métamorphique) au cours des premières étapes de subduction océanique. L’écaillage subséquent résulte de changements majeurs dans la distribution de la déformation, du fait des variations des propriétés mécaniques des roches à l’interface de subduction lors de son équilibration thermique et de l’augmentation au cours du temps de la proportion de sédiments entrant en subduction. Ce modèle rend compte d’une grande complexité thermique et mécanique à l’interface de subduction, encore insuffisamment examinée dans les études numériques actuelles. / Metamorphic soles are m to ~500 m thick tectonic slices welded beneath most large-scale ophiolites (usually ≤ 20 km thick). They typically show a steep inverted metamorphic structure where the pressure (P) and temperature (T) conditions of crystallization increase upward, from the base of the sole (500±100ºC at 0.5±0.2 GPa) to the contact with the overlying peridotite (800±100ºC at 1.0±0.2 GPa). Soles are interpreted as a result of heat transfer from the incipient mantle wedge toward the nascent slab during the first My of intra-oceanic subduction. Metamorphic soles are therefore direct witnesses of petrological processes during early subduction. Their mineralogical assemblage and deformation pattern provide major constraints on the evolution of the thermal structure, on the migration of fluids and on the effective rheology along the nascent slab interface. We present a detailed petrological, (micro-)structural and experimental study, with refined P–T estimates obtained with pseudosection modelling and EBSD measurements, on the garnet-bearing and garnet-free (natural and synthetized) amphibolite. We suggest a new tectonic–petrological model for the formation of metamorphic soles below ophiolites, which involves the stacking of several homogeneous slivers (without any T gradient) of oceanic crust to form the present-day structure of the sole. These successive thrusts are the result of rheological contrasts between the slab material and the peridotites of the upper plate as the plate interface progressively cools. This model outlines the thermal and mechanical complexity of the early subduction dynamics, and highlights the need for more refined numerical modelling studies.

Des colonnes d'accrétion relient les étoiles jeunes au disque de gaz et de poussière qui les entoure. De nombreuses études numériques ont montré l'existence d'une structure oscillante de plasma choqué au sein de ces colonnes. Cependant, aucune observation n'est en mesure de confirmer l'existence d'un tel phénomène. Ces simulations s'appuient toutes sur le postulat selon lequel le gaz accrété, suit une fonction de refroidissement optiquement mince. L'objectif principal de mon travail a été de m'affranchir de ce postulat. Après avoir amélioré la description de processus microscopiques importants dans le code 1D RHD ALE AstroLabE, j'ai travaillé sur les tables d'opacités, grandeurs clés dans l'interaction entre le champ de rayonnement et la matière. Les résultats obtenus montrent que l'absorption d'une faible fraction du rayonnement est capable d'affecter significativement la dynamique de la structure de gaz choqué, jusqu'à supprimer le comportement oscillatoire prédit. Je me suis également attaché à modéliser de manière cohérente la structure sur laquelle s'effectue l'accrétion: la chromosphère. J'ai pour cela utilisé un modèle simple d'atmosphère chauffée par des ondes acoustiques dégénérant en chocs. Si la dynamique de l'écoulement reste périodique, moyennant quelques perturbations, la luminosité X présente des modulations d'amplitude relativement modestes. Ce travail illustre l'importance du transfert radiatif dans le processus d'accrétion et d'une description réaliste de ce transfert radiatif. Les méthodes qualitatives que j'ai développées, adaptées à une modélisation 1D, ouvrent la voie à d'autres développements, notamment dans le cadre de simulations à plusieurs dimensions. / Accretion columns connect young stars to the surrounding disk of gas and dust. Numerous numerical studies have predicted quasi-periodic oscillations of the shocked structure at the base of these columns. There is, however, no observational evidence of such feature. These simulations rely on the assumption that accreted gas can be described with an optically thin line cooling function. The main goal of my work has been to go beyond this assumption. I started with the improvement of the description of important microscopic processes included in the 1D ALE RHD code AstroLabE. I worked then on the building of adapted opacity tables, to take into account the coupling between radiation and matter. The results show that even by taking into account the absorption of a small fraction of radiation, the dynamics of the shocked gas structure is significantly affected, and the predicted oscillatory behavior may be suppressed. I have concentrated on the coherent modeling of the stellar chromosphere above which the accretion takes place. For this purpose, I used a model based on acoustic waves heating. Although the chromospheric shock waves perturb the dynamics of accretion (which remains periodic), the computed luminosity presents modulations of relative small amplitude. The work highlights the importance of the radiative transfer in the accretion process on young stars and the necessity of an adequate, physically based, description of the radiative transfer. The methods I have developed in this work will foster developments of multi-dimensional simulations.

Les interactions entre les galaxies et leur environnement à grande échelle constituent une pierre angulaire de la théorie de formation des structures. Cependant, derrière cette idée se cache une longue liste de processus. En effet, les galaxies grandissent au sein d'intenses courants de gaz à haut redshift et acquièrent du moment angulaire grâce aux couples de marée exercés par les grandes échelles, tout en fusionnant avec d'autres galaxies. Aucun de ces mécanismes n'est indépendant de la distribution de matière à grande échelle, fortement anisotrope, constituée d'un réseau de vides délimités par des murs, eux-mêmes segmentés par des filaments de haute densité dans lesquels la matière s'écoule en direction des noeuds compacts. La géométrie d'une telle structure influe fortement sur les écoulements cosmiques, notamment les flux de gaz et de galaxies en migration vers les noeuds. Cela modifie en conséquence la distribution et les propriétés des galaxies. Cette thèse explore certaines de ces corrélations entre les échelles galactiques et extra-galactiques dans la simulation cosmologique hydrodynamique HorizonAGN. Tout d'abord, j'analyse et quantifie l'orientation du moment angulaire des galaxies puis montre que les fusions majeures comme mineures peuvent provoquer d'importantes bascules de ce dernier. J'étudie par la suite la distribution des galaxies satellites autour de leur hôte plus massive et mets à jour des corrélations avec la direction du filament voisin ainsi qu'avec le plan de leur galaxie centrale. Enfin, j'étudie l'impact des fusions galactiques et de l'accrétion diffuse sur la taille et sur la forme des galaxies lors du pic cosmique de formation stellaire. / Interactions between galaxies and their larger scale environment is a central tenet of structure formation theory. However, this idea encompasses a long list of processes. Indeed, galaxies grow from intense gas inflows at high-redshift and acquire spin through tidal torques on larger scales while merging with one another at the same time. None of these processes is independent from the large scale distribution of matter, strikingly anisotropic and consisting of an extended network of voids delimited by sheets, themselves segmented by high-density filaments within which matter flows towards compact nodes where they intersect. Such a structure imprints its geometry on cosmic flows, especially gas inflows and drifting galaxies, ultimately shaping the distribution of galactic properties.This work investigates some of these correlations between galactic and extra-galactic scales in the hydrodynamical cosmological simulation Horizon-AGN. First, I analyze and quantify the spin orientations of galaxies and show that both minor and major mergers can drive important spin swings. I further investigate the distribution of satellite galaxies around a more massive host and find it to be also fairly correlated to the direction of the surrounding filament. However, this trend is in competition with a tendency for satellites to align their orbits in the central galactic plane especially in the inner parts of the halo.Finally, I study the impact of mergers and diffuse accretion on the size and shape of galaxies at the peak of cosmic star formation history. The main results statistically support the gas-poor minor merger scenario to interpret the loss of compacity of spheroids at low-z.