Établir une théorie de gravité quantique qui décrit de manière cohérente les propriétés quantiques de la matière et de l'espace-temps est l'un des défis majeurs de la physique théorique. Malgré plusieurs décennies de recherches, de nombreux problèmes conceptuels et techniques doivent encore être résolus. L'étude de modèles simplifiés donne des idées de résolution. La première partie de la thèse traite de la gravité quantique bidimensionnelle. À deux dimensions, la gravité quantique est beaucoup mieux comprise et de nombreux calculs peuvent être faits exactement. Si la gravité quantique bidimensionnelle a été largement étudiée quand elle est couplée à de la matière conforme, le cas de la matière non-conforme était très peu connu jusque récemment. Nous calculons d'abord l'action gravitationnelle pour un champ scalaire massif sur une surface de Riemann avec bords puis pour un fermion de Majorana massif sur une variété compacte. Ce dernier cas correspond à une CFT perturbée par une perturbation conforme et est d'ordinaire étudié grâce à l'ansatz de DDK, mais les résultats sont différents. Finalement, on calcule le spectre de l'action de Mabuchi dans l'approximation du minisuperespace. La seconde partie étudie les propriétés thermales des trous noirs dans le contexte de la correspondance AdS/CFT. On construit un modèle de mécanique quantique fondé sur les principes holographiques pour simuler la dynamique des trous noirs quantiques. Ce modèle permet d'obtenir des résultats numériques exacts. / Finding a theory of quantum gravity describing in a consistent way the quantum properties of matter and spacetime geometry is one of the greatest challenges of modern theoretical physics. However after several decades of research, many conceptual and technical issues are still to be resolved. Insights on these questions can be given by simplified toy models that allow for exact computations. The first part of the thesis deals with two-dimensional quantum gravity. In two dimensions quantum gravity is much better understood and many computations can be carried out exactly. Whereas two-dimensional quantum gravity coupled to conformal matter has been widely studied and is now well understood, much less was known until recently when matter is non-conformal. First we compute the gravitational action for a massive scalar field on a Riemann surface with boundaries and then for a massive Majorana fermion on a manifold without boundary. The latter case corresponds to a CFT perturbed by a conformal perturbation and is usually tackled through the DDK ansatz, but the results do not seem to match. Finally we give a minisuperspace computation of the spectrum of the Mabuchi action, a functional that appears in the gravitational action for a massive scalar field. In the second part we focus on black hole thermal behaviour which provides a lot of insight of how a theory of quantum gravity should look like. In the context of string theory the AdS/CFT correspondence provides powerful tools for understanding the microscopic origin of black holes thermodynamics. We construct a quantum mechanical toy model based on holographic principles to study the dynamics of quantum black holes.

Le but de cette thèse est d'étudier lagravité quantique bidimensionnelle. Nousnous intéressons plus particulièrement auxapproches dans le continu. Ces dernièresreposent principalement sur l'action deLiouville qui décrit le couplage entre théorieconforme et gravité. Si cette action, bienconnue, est très bien comprise, la mesure del'intégrale fonctionnelle sur l'espace desmétriques pose plus de problèmes. Toutefois,sous l'hypothèse simplificatrice d'une mesurede champ libre, la dépendance en l'aire de lafonction de partition de la gravité quantiqueen présence de matière conforme a pu êtreétablie. Malgré l'hypothèse assez forte sur lamesure d'intégration, cette formule (diteKPZ), a été confirmée par des calculs issusde méthodes discrètes, et ce dans plusieurscas particuliers. Grâce à une nouvelle méthode derégularisation spectrale en espace courbe,cette mesure d'intégration a récemment puêtre proprement définie. Dans cette thèse,un calcul perturbatif de la fonction departition à aire fixée est mené, jusqu'à troisboucles, en considérant l'action de Liouvilleet des surfaces de Kähler de genrequelconque (qui coïncident avec l'ensembledes surfaces à deux dimensions). Desdivergences apparaissant dans les calculs, ilest nécessaire de renormaliser les actions.Cette renormalisation peut être interprétéecomme une renormalisation de la mesured'intégration. Nos résultats à deux bouclessont finis, indépendants de la régularisationet compatibles avec le résultat KPZ, maisdépendent d'un paramètre libre. L'étude àtrois boucles suggère que la théorie resterenormalisable aux ordres supérieurs maisdépend de nouveaux paramètres à chaqueordre. Ces résultats ont été généralisé dansle cas du tore au couplage à de la matièrenon-conforme. / Nowadays, two-dimensional quantumgravity can be studied in two differentapproaches, one involving discrete theories(triangulation, matrix model...), the othercontinuous ones, mainly based on the socalled Liouville action which universallydescribes the coupling of any conformal fieldtheory to gravity. While the Liouville action isrelatively well understood, the appropriatefunctional integral measure is however rathercomplicated. Nevertheless, a formula for thearea dependence of the quantum gravitypartition function in the presence of conformalmatter has been obtained, under thesimplifying assumption of a free-fieldmeasure. Notwithstanding its non-rigorousderivation, this formula, often referred to asthe KPZ formula, has since been verified inmany instances and has scored manysuccesses. Recent developments of efficient multiloopregularization methods on curved spacetimesopened the way for a precise and welldefinedperturbative computation of the fixedareapartition function in the Kählerformalism. In this work, a first-principlescomputation of the fixed-area partitionfunction in the Liouville theory is performed,up to three loops. Among other things, therole of the non-trivial quantum gravityintegration measure is highlighted.Renormalization is required and may beinterpreted as a renormalization of theintegration measure. This leads to a finite andregularization-independent result at two loops,that is more general than the KPZ result,although compatible. Finiteness andregularization-independence seem alsopossible at three loops. These results aregeneralized to the coupling to non-conformalmatter on the torus.