Les étoiles de type solaire naissent de l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire. Celui-ci s'accompagne de la formation d'un coeur chaud au sein d'une protoétoile, et de régions de choc provoquées par l'éjection de matière. Dans ces environnements chauds que sont le coeur et les régions choquées, le soufre, piégé à la surface des grains de poussières, s'évapore dans le gaz, sous une forme encore inconnue. Au cours de cette thèse, j'ai étudié l'évolution chimique des différentes composantes d'une protoétoile, en m'intéressant en particulier aux molécules soufrées et à leur possible utilisation pour dater les régions chaudes. Dans un premier temps, j'ai analysé des observations millimétriques de deux régions de formation stellaire de faible masse afin de déduire et contraindre le comportement de ces molécules par rapport aux conditions physiques du gaz. A l'aide d'un modèle de transfert radiatif couplé à un modèle dynamique d'effondrement, j'ai réalisé une étude détaillée de l'émission de SO et SO2 dans les enveloppes protostellaires dans le but d'identifier des transitions permettant de déterminer les profils d'abondance de ces deux molécules dans les protoétoiles. J'ai également développé un modèle chimique qui m'a permis d'étudier en détail l'évolution des composés soufrés et ainsi de déterminer les possibilités et les limites de l'utilisation du soufre comme horloge chimique. J'ai démontré que les rapports d'abondance des molécules soufrées dépendaient plus des conditions physiques du gaz et de la forme initiale du soufre évaporé que du temps. Cependant, une étude au cas par cas sur des sources dont la structure physique est connue permettrait de contraindre à la fois l'âge des sources et la forme initiale de soufre. Des comparaisons entre observations et modèle m'ont permis d'émettre l'hypothèse que le soufre est évaporé des grains sous la forme atomique ou sous une forme rapidement détruite pour donner S.

Le but de la présente thèse est l'étude de la compléxité moléculaire dans les régions de formation stellaires. Cette thèse s'axe sur deux classes de molécule aux caractéristiques prébiotiques : les molécules organiques complexes et les cyanopolyynes.Dans ce contexte, j'ai analysé des données d'un seul échantillon de relevés spec- traux en exploitant des codes de transfert radiatif à l'équilibre thermodynamique local (LTE) et/ou non-LTE pour deux sources : une proto-étoile de type solaire dans un environnement calme (IRAS 16293-2422) et un proto-ama constitué de proto-étoile de type solaire (OMC2-FIR4).L'objectif est de trouver des similar- ités et des différences entre ces deux cas.J'ai utilisé des données issu de deux relevés spectraux : TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submilimeter Spectral Survey) réalisés en 2011 (Caux et al. 2011), et ASAI(Astrochemical Surveys At IRAM) réalisés pen- dant la période 2013-2015 (eg Lopez-Sepulcre et al.2015). J'ai extrais les lignes (identification et intensité intégrée) en utilisant le paquet disponible publique- ment : CASSIS (Centre d'Analyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Sub- millimetrique). Pour finir, j'ai utilisé le paquet GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectral) afin de modéliser la distribution spectrale énergétique de ligne (SLED) des molécules détectées, mais aussi afin d'estimer leurs abondances à travers l'envelope de IRAS16293 et du coeur chaud OMC2- FIR4.Les principaux résultats de la thèse sont :1. Le premier recensement complet des molecules organiques complexes (COMs) dans IRAS162932. La première détéction de COMs dans l'enveloppe froide d'une proto-étoile de type solaire (IRAS16293-2422) supportant l'idée qu'un méchanisme de formation, relativement efficace pour les COMs détectées, doit exister en phase gazeuse froide.3. La découverte d'une fine corrélation entre le diméthyle-éther (DME) et le méthyle-formate (MF) suggère une relation mère fille entre ces deux espèces.4. La detection de formamide, espèce avec un très fort potentiel prébiotique, dans plusieurs protoétoiles incluant IRAS16293-2422 et OMC2-FIR4.5. Le recensement complet des cyanopolyynes dans IRAS16293 et OMC2- FIR4 avec la détection de HC3N, HC5N, DC3N et pour OMC2-FIR4: le C13 isotopologue du HC3N cyanopolyynes.Ces résultats sont le sujet principal de deux publications (Jaber et al.2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al.2015,MNRAS), un article accepté (Jaber et al., A & A) et un article à soumettre (Jaber et al. A & A). / The present PhD thesis goal is the study of the molecular complexity in solar type star forming regions. It specifically focuses on two classes of molecules with a pre-biotic value, the complex organic molecules and the cyanopolyynes.At this scope, I analyzed data from single-dish spectral surveys by means of non-LTE or/and non-LTE radiative transfer codes in two sources, a solar type protostar in an isolated and quiet environment (IRAS16293-2422) and a proto-cluster of solar type protostars (OMC2-FIR4). The goal is to find similarities and differences between these two cases.I used data from two spectra surveys: TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submillimeter Spectral Survey), which has been carried out in 2011 (Caux et al. 2011), and ASAI (Astrochemical Surveys At IRAM), which has been carried out in 2013-2015 (e.g. Lopez-Sepulcre et al. 2015).I extracted the lines (identification and integrated intensity) by means of the publicly available package CASSIS (Centre dAnalyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Submillimtriques).Finally, I used the package GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectra) to model the Spectral Line Energy Distribution (SLED) of the detected molecules, and to estimate their abundance across the envelope and hot corino of IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, respectively.The major results of the thesis are:1) The first full census of complex organic molecules (COMs) in IRAS16293-2422;2) The first detection of COMs in the cold envelope of a solar type protostar (IRAS16293-2422), supporting the idea that a relatively efficient formation mechanism for the detected COMs must exist in the cold gas phase;3) The discovery of a tight correlation between the dimethyl ether (DME) and methyl format (MF), suggesting a mother-daughter relationship;4) The detection of formamide, a species with a very high pre-biotic value, in several protostars, included IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4;5) The full census of the cyanopolyynes in IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, with the detection of HC3N and HC5N, DC3N and, for OMC2-FIR4, the 13C isotopologue of HC3N cyanopolyynes.These results are the focus of two published articles (Jaber et al. 2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al. 2015, MNRAS), one accepted article (Jaber et al., A&A) and a final article to be submitted (Jaber et al., A&A).

Les étoiles sont de très mauvaises voisines: elles perturbent souvent leur environnement. Parfois, elles se déplacent à grande vitesse dans le milieu interstellaire (MIS). Souvent, elles subissent des soubresauts violents qui laissent une empreinte dans leur voisinage (jets, vents, supernovae). Ces flots supersoniques génèrent des chocs à la fois dans le matériau éjecté par l'étoile et dans l'environnement stellaire. L'étude de ces chocs constituent le sujet de cette thèse, et nous les modélisons avec le code de chocs stationnaires plan parallèle Paris-Durham, qui incorpore une riche panoplie de processus microphysiques et chimiques adaptés au MIS magnétisé.Tout d'abord, nous utilisons ce code pour modéliser des chocs magnétisés 3D pour des formes arbitraires à symétrie axiale, grâce à un formalisme qui lie mathématiquement la forme des chocs à une fonction de distribution de chocs 1D équivalente. Pour la première fois, nous examinons systématiquement l'effet de la géométrie, de l'âge, et de quelques autres paramètres sur le diagramme d'excitation de H2 résultant et la forme des profils raies d'émission de H2. Par exemple, nous dévoilons un effet géométrique qui montre que l'ajustement par des modèles 1D de l'émission de H2 observée sur un choc 3D est sujette à un biais vers les basses vitesses. Nous appliquons aussi nos modèles à l'observation de H2 spatialement intégrée de chocs d'étrave dans Orion BN-KL et BHR71 où nous obtenons un bien meilleur ajustement des observations avec un nombre à peine plus grand de paramètres comparé aux modèles précédents. Nous illustrons sur l'objet de Herbig-Haro HH54 la grande richesse d'information dynamique que renferme le profil des raies d'émission résolues de H2. Ensuite, nous incluons dans le code de Paris-Durham un ensemble minimal de processus nécessaires pour décrire les modèles de vents d'étoiles de la branche asymptotique des géantes (AGB): la dilution géométrique, l'éclairage UV externe, la pression de radiation sur les grains, la gravité, le chauffage dû au pompage radiatif par l'étoile, les réactions à trois corps et le passage du point sonique. Avec cet outil, nous commençons à examiner la cinétique chimique de l'hydrogène dans les vents d'étoiles AGB chaudes et froides. Nous suggérons que la faible abondance de HI déduite des observations s'explique par la forme principalement moléculaire que prend l'hydrogène. Nous générons le choc terminal dans le vent et nous essayons avec nos modèles de reproduire les observations de la raie HI dans une AGB chaude (Y CVn).Bien que nous ayons principalement concentré notre attention sur l'hydrogène (atomique ou bien moléculaire) dans cette étude, l'extension de ce travail à des transitions optiquement minces d'autres molécules est assez directe. Ces modèles simplifiés pour modéliser la chimie dans des géométries et dynamiques néanmoins complexes se révèlent très utiles au moment où de nouveaux instruments comme ALMA dévoilent une grande richesse spectrale et spatiale pour une multitude de traceurs chimiques. Ceci alors que le JWST est sur le point d'apporter dans l'infra-rouge de l'information complémentaire sur les raies de H2 et les raies ioniques avec une résolution et une sensibilité inégalées. / Stars are bad neighbors: they often disturb their surroundings. They sometimes travel very fast through the interstellar medium (ISM). They frequently undergo violent ejection events which leave an imprint on their neighborhood (jets, winds, supernovae). These supersonic flows generate shocks both in the ejected material and in the stellar environment. The study of these shocks constitute the subject of this thesis, and we model them with the Paris-Durham planar shock code, which incorporates a wealth of micro-physics and chemical processes relevant to the magnetized ISM.First, we use this code to model 3D magnetized axisymmetric shocks with arbitrary shapes, thanks to a formalism which links mathematically the shape of shocks to an equivalent statistical distribution of 1D shocks. For the first time, we examine systematically the effect of the geometry, age, and various other parameters on the H2 excitation diagram and emission line profiles. For example, we unveil a geometrical effect which shows that 1D planar shocks emission fits to 3D bow shocks are biased towards small velocities. We also apply our models to spatially integrated H2 observations of bow-shocks in Orion BN-KL and BHR71 where a much better match is obtained with only a limited number of additional parameters compared to former planar models. We illustrate on the Herbig-Haro object HH54 how spectrally resolved H2 line emission profiles can be used to extract a wealth of dynamical information.Second, we include in the Paris-Durham shock code a minimum set of processes necessary to describe asymptotic giant branch (AGB) wind models: geometrical dilution, external UV radiation, radiative pressure on grains, gravity, heating from stellar radiation pumping, three-body reactions, and sonic-point crossing. With this tool, we started to examine the time-dependent chemistry of hydrogen in winds of hot and cool AGB stars. We suggest that the low abundance of HI inferred from observations is due to hydrogen locked in its molecular form, and we use our model to try and reproduce HI line observations lines in a hot AGB (Y CVn).Although we have mainly focused on atomic or molecular hydrogen in this study it would be straightforward to extend it to other molecules with optically thin transitions. These simplified tools to model chemistry for complex geometries and dynamics are proving very useful at a time when new instruments such as ALMA discover a wealth of spectral and spatial information for a multitude of chemical tracers, and also when the JWST will soon provide complementary data in the infrared H$_2$ and ionic lines with unprecedented resolution and sensitivity.

L’origine de la matière de la Terre primitive est un important sujet de recherche en planétologie. Cette thèse présente une étude expérimentale de la formation de composés organiques dans l’atmosphère de la Terre primitive en étudiant la réactivité de mélanges gazeux majoritairement composé de N2 et CO2. Ils présentent une importante réactivité se traduisant par la formation de produits gazeux et solides, appelés tholins. La formation de ces produits met en avant l’efficacité de CO2 comme source de carbone pour la croissance organique atmosphérique. L’identification des produits gazeux et l’analyse élémentaire des tholins ont montré qu’ils étaient constitués de C, N, H et O, soulignant un couplage efficace entre la chimie de ces éléments nécessaire à la formation de composés d’intérêts prébiotiques. Ce type d’étude a été appliqué ensuite à Titan qui a une atmophère plus réduite,faite de N2 et CH4, mais contient des traces d’espèces oxygénées, majoriatirement CO. L’ajout de CO au mélange réactif induit également un couplage entre la chimie de l’O et la chimie C, N, H considérée habituellement pour Titan. Enfin je propose et étudie expériemntalement deux phénomènes suseptibles de modifier la composition des aérosols de Titan durant leur sédimentation vers la surface. Premièrement une exposition de tholins aux photons VUV caractéristique de la thermosphère de Titan et qui induit une diminution sélective des fonctions amines en faveurs des fonctions aliphatiques. Deuxièmement une irradiation par des photons UV d’espèces condensées à la surface de tholins et qui induit une réactivité de l’espèce en interaction avec les tholins, modifiant sa composition chimique. / The origin of the organic matter on the early Earth is an important subject of research in planetology. This thesis presents an experimental study of the formation of organic compounds in the atmosphere of the early Earth investigating the reactivity of gaseous mixtures majority made of N2 and CO2. They present an important reactivity highlighted by the formation of gaseous products and solid products called tholins. The formation of these products points out CO2 as an efficiency source of carbon for the organic atmospheric growth. The identification of the gaseous products and the elemental analysis of the tholins showed a composition by C, N, H and O highlighting an efficiency coupling between the chemistry of these elements necessary for the formation of prebiotic compounds. This type of study have been applied then toTitan, which have a more reduced atmosphere, made of N2 and CH4, but, which contained also oxygenated trace species: principally CO. The addition of CO in the reactive medium involves also a coupling between the chemistry of O and the C, N, H chemistry currently considered for Titan. Finally I propose and investigate experimentally two phenomena, which may involve a chemical evolution of the aerosols of Titan during their sedimentation to the surface. First, an exposition of tholins to VUV photons, characteristic of the thermosphere of Titan, involves a selective depletion of amines function in favor of aliphatic functions. Second, an irradiation by UV photons of condensed species at the surface of tholins involves a reactivity of the solid species in interaction with the tholins, changing their chemical composition.

Les études astrochimiques de la formation stellaire sont particulièrement importantes pour la compréhension de l'évolution de l'Univers, du milieu interstellaire diffus à la formation des systèmes stellaires. Les récentes avancées en matière de modélisation chimique permettent d'apporter de nouveaux résultats sur le processus de formation stellaire et les structures mises en jeu. L'objectif de ma thèse était donc d'apporter un regard neuf sur la chimie de la formation stellaire en utilisant les récentes avancées sur le modèle chimique Nautilus. J'ai pour cela étudié l'évolution de la chimie du soufre durant la formation stellaire pour tenter d'apporter de nouvelles réponses au problème de déplétion du soufre. J'ai d'abord effectué une révision du réseau chimique soufré et étudié son effet sur la modélisation du soufre dans les nuages denses. En comparant aux observations, j'ai montré que le modèle textsc{Nautilus} était capable de reproduire les abondances des espèces soufrées dans les nuages denses en utilisant comme abondance élémentaire de soufre son abondance cosmique. Ce résultat m'a permis d'apporter de nouveaux indices sur les reservoirs de soufre dans ces objets. Puis j'ai effectué une étude complète de la chimie du souffre dans les coeurs chauds en me concentrant sur les effets sur la chimie de la composition pre-effondrement. J'ai également étudié les conséquences des différentes simplifications couramment faites pour la modélisation des coeurs chauds. Mes résultats montrent que la composition pre-effondrement est un paramètre majeur de l'évolution chimique des coeurs chauds, fournissant de nouveaux indices pour expliquer la variété de compositions en espèces soufrées observée dans ces objets. De plus, ma recherche a mis en évidence la nécessité d'uniformiser les modèles de chimie utilisés pour les coeurs chauds. Enfin, j'ai développé une méthode efficace pour inverser les paramètres initiaux d'effondrement de nuages denses en me basant sur une base de données de modèles physico-chimiques d'effondrement, ainsi que sur l'observation d'enveloppes de protoétoiles de Classe 0. A partir d'un échantillon de 12 sources, j'ai pu en déduire des probabilités concernant les possibles paramètres initiaux d'effondrement de la formation d'étoiles de faible masse. / Astrochemical studies of star formation are of particular interest because they provide a better understanding of how the chemical composition of the Universe has evolved, from the diffuse interstellar medium to the formation of stellar systems and the life they can shelter. Recent advances in chemical modeling, and particularly a better understanding of grains chemistry, now allow to bring new hints on the chemistry of the star formation process, as well as the structures it involves. In that context, the objective of my thesis was to give a new look at the chemistry of star formation using the recent enhancements of the Nautilus chemical model. To that aim, I focused on the sulphur chemistry throughout star formation, from its evolution in dark clouds to hot cores and corinos, attempting to tackle the sulphur depletion problem. I first carried out a review of the sulphur chemical network before studying its effects on the modeling of sulphur in dark clouds. By comparison with observations, I showed that the textsc{Nautilus} chemical model was the first able to reproduce the abundances of S-bearing species in dark clouds using as elemental abundance of sulphur its cosmic one. This result allowed me to bring new insights on the reservoirs of sulphur in dark clouds. I then conducted an extensive study of sulphur chemistry in hot cores and corinos, focusing on the effects of their pre-collapse compositions on the evolution of their chemistries. I also studied the consequences of the use of the common simplifications made on hot core models. My results show that the pre-collapse composition is a key parameter for the evolution of hot cores which could explain the variety of sulphur composition observed in such objects. Moreover, I highlighted the importance of standardizing the chemical modeling of hot cores in astrochemical studies. For my last study, I developed an efficient method for the derivation of the initial parameters of collapse of dark clouds via the use of a physico-chemical database of collapse models, and comparison with observations of Class 0 protostars. From this method, and based on a sample of 12 sources, I was able to derive probabilities on the possible initial parameters of collapse of low-mass star formation.

Les 50 dernières années ont été caractérisées par le développement rapide de l’astrochimie. Plus de 150 réactions entre espèces neutres ont déjà été étudiées aux basses températures qui sont celles du le milieu interstellaire et des atmosphères planétaires. Néanmoins, les constantes de vitesse, et la nature des produits, restent inconnus pour de nombreuses réactions potentiellement importantes pour caractériser ces milieux. Nous avons effectué des études cinétiques pour des processus réactifs, et non réactifs, entre des atomes dans un état électronique excité [C(1D), O(1D) et N(2D)] et plusieurs molécules stables afin de quantifier leur importance dans la chimie des atmosphères planétaires. Nous avons aussi étudié la réaction entre les atomes de carbone dans leur état électronique fondamental (3P) et l’eau, confirmant l’importance, pour certaines réactions avec barrière, de l’effet tunnel pour la réactivité à basse température. Les constantes de vitesse et les rapports de branchement pour ces processus ont été déterminés dans la gamme de température entre 50 et 296 K en utilisant un appareil CRESU, les atomes étudiés ont été produits par photolyse à l’aide d’un laser pulsé (PLP) et détectés par fluorescence induite dans l’ultraviolet sous vide (VUV LIF). / The last 50 years have been characterized by the fast development of astrochemistry as a science. To date, more than 150 gas-phase neutral-neutral reactions have been investigated at low temperatures relevant to planetary atmospheres and in cold regions of the interstellar medium. However, the rate constants and nature of the products for many potentially important gas-phase processes remain unknown. We performed kinetic studies of reactive and non-reactive removal processes between electronically excited atoms [C(1D), O(1D) and N(2D)] with several molecules in order to quantify their importance in the chemistry of planetary atmospheres. Furthermore, we also investigated the reaction between carbon atoms in their ground electronic state (3P) with water, providing new evidence of a quantum mechanical tunnelling mechanism at low temperatures, which could play an important role in the chemistry of interstellar clouds. Rate constants and branching ratios for these processes were determined over the 50 - 296 K temperature range using a CRESU (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) apparatus coupled with pulsed laser photolysis (PLP) and vacuum ultraviolet laser induced fluorescence (VUV LIF).

L’évolution chimique des phases les plus diffuses aux plus denses du milieu interstellaireest un processus continu : la composition chimique du milieu interstellairedans une phase dépend de sa composition dans sa phase antérieure.Les études, qui s’intéressent à la chimie du milieu dense et froid ainsi qu’à l’évolutionde sa composition au cours du temps, font de fortes hypothèses sur son évolutiondepuis le milieu diffus.L’objectif de ma thèse a donc été de suivre l’évolution de la chimie de la matièreinterstellaire du milieu diffus jusqu’à la formation des nuages denses.J’ai pour cela utilisé un modèle de chimie gaz-grain dépendant du temps que j’aisignificativement contribué à améliorer pour la partie chimie de surface. J’ai dansun premier temps suivi une approche "classique" (c.-à-d. : semblable aux études préexistantes)de la modélisation des régions froides. Cela m’a permis d’étudier en détailles processus physiques et chimiques à l’origine de la complexité moléculaire dans lesnuages denses et froids et de comparer les prédictions du modèle avec les études existantes.Dans une deuxième partie, j’ai appliqué ce modèle pour suivre l’évolution de lacomposition chimique du milieu interstellaire au cours du processus de formation desnuages moléculaires à partir du milieu diffus. Pour cette étude, j’ai utilisé les résultatsd’une simulation hydrodynamique à l’échelle galactique. Cela m’a permis de montrerque l’histoire de l’évolution des conditions physiques dans les phases antérieures à laformation des nuages moléculaires peut avoir un impact significatif sur la compositionchimique de ces derniers. / The chemical evolution from the most diffuse parts of the interstellar medium tothe formation of dense clouds is a continuous process : the chemical composition inone phase depends on the chemical composition in the previous one.However, most studies of the time dependent chemistry in the cold and dense interstellarmedium make strong assumptions on the transition between diffuse and densemedium.The goal of my thesis was to study the chemical evolution of the interstellar mediumfrom the most diffuse parts to the formation of dense clouds in a continuousway.To do so, I used a time dependent gas-grain model that I significantly contributedto improve for the treatment of the surface chemistry. In a first part, I followed a "classical"approach (i.e. : similar to most of the pre-existing studies) to model cold denseclouds. This allowed me to study in details the physical and the chemical mechanismsresponsible for the chemical complexity of dense clouds and to compare the modelpredictions with the existing literature. In a second part, I applied this model to followthe evolution of the chemical composition during the formation process of denseclouds from the diffuse medium. I used results from an hydrodynamical simulation ofthe interstellar medium at galactic scales. This study allowed me to show that the pastphysical history of each particles that form the dense clouds have a significant impacton their chemical composition.

Des observations récentes montrent que les jeunes étoiles en cours de formation éjectent de la matière à des dizaines de kilomètres par seconde, sous la forme de jets et flots impactant le milieu ambient dont l'effondrement est a l'origine de la formation stellaire. L'impact supersonique entre le jet et le nuage moléculaire parent de l'étoile génère un front de choc sous la forme d'un “bow-shock” se propageant dans le gaz interstellaire, et qui s'accompagne d'un choc en retour qui se propage le long du jet.<br /><br />La structure de ces chocs dépend de leur vitesse ainsi que des propriétés physiques du gaz dans lequel ils se propagent, et notamment de la valeur du champ magnétique local. Les simulations numériques de type magnétohydrodynamique de propagation de tels chocs permettent de contraindre les propriétés physiques et chimiques du gaz dans lequel est générée l'émission moléculaire. Les chocs interstellaires, stationnaires et non stationnaires sont ainsi modélisés, et des grilles de modèles sont construites, pour différentes plages de valeurs des paramètres préchocs qui sont aussi les paramètres d'entrée du code de choc, parmi lesquels la vitesse de choc, la densité préchoc, le champ magnétique, et l'âge des chocs dans le cas des chocs non stationnaires.<br /><br />L'émission de la molécule de dihydrogène est d'abord étudiée. En raison de son importance particulière (due à son importante densité ainsi qu'au rôle crucial joué en tant que refroidisseur du gaz et de partenaire de collision pour les espèces moléculaires), la population de ses niveaux est résolue à l'intérieur du code de choc, ainsi que son transfert de rayonnement. L'onde de choc modifie la composition chimique du gaz, dissociant partiellement ou totalement l'hydrogène moléculaire, qui est le principal agent refroidissant du gaz. Dans les régions où le dihydrogène subsiste, il est excité collisionnellement , générant ainsi de l'émission dans ses transitions rovibrationnelles et purement rotationnelles. Cette émission est en effet observée dans l'infrarouge par les satellites ISO (Infrared Space Observatory) et Spitzer. Les diagrammes d'excitation correspondants sont ensuite utilisés pour comparer les modèles aux observations existantes pour le flot bipolaire L1157, détecté autour d'une jeune protoétoile de Classe 0. Ces comparaisons confirment la nécessité d'un recours aux modèles de chocs non stationnaires pour interpréter les densités de colonne observées pour les niveaux de H2.<br /><br />De telles régions de chocs génèrent des conditions physiques et chimiques elles mêmes à l'origine d'une chimie particulière favorisant la formation de molécules caractéristiques telles que SiO, dont l'émission est alors observée dans les fenêtres infrarouge et submillimétrique (IRAM, CSO, JCMT). Le transfert de rayonnement de la molécule de SiO est simulée à l'aide d'un programme numérique reposant sur l'approximation LVG (Large Velocity Gradient). Ce programme est écrit, testé dans des conditions basiques, comparé à d'autres modèles de référence, puis utilisé en sortie du code de choc pour les modèles des grilles mentionnées plus haut. Les mécanismes d'émission des raies moléculaires sont ainsi étudiés, des digrammes d'intensité intégrée et des profils de raie sont alors produits. Des comparaisons avec les observations de la région L1157 sont effectuées indépendamment des résultats relatifs au dihydrogène, avec un bon accord pour des modèles de choc stationnaires et sous diverses hypothèses de répartition initiale du silicium dans les grains de poussière, et de l'oxygène dans la phase gazeuse. Enfin, l'émission de SiO est aussi étudiée dans le cadre de ces mêmes hypothèses dans les chocs non stationnaires. La comparaison simultanée des observations SiO et H2 est alors réalisée, c'est à dire leur ajustement par un même modèle de choc, avec des résultats encourageants.<br /><br />Pour compléter cette étude, l'émission de CO est aussi envisagée dans les modèles de chocs stationnaires et non stationnaires, et le monoxyde de carbone est ajouté à la liste des molécules dont la production et l'émission peuvent être modélisées par le même choc que H2 et SiO avec un accord satisfaisant, même si cet ajout ne génère pas de contrainte supplémentaire par rapport à ces deux molécules.

Ce travail de thèse met en oeuvre la microphysique très riche <br />du milieu interstellaire dans plusieurs problèmes hydrodynamiques <br />à très haute résolution, tous associés à la formation des étoiles.<br /><br /> La première partie du travail concerne le développement d'un <br />modèle numérique monodimensionnel que nous avons appliqué à trois <br />domaines différents.<br /><br /> Dans les jets protostellaires, nous dégageons les temps de mise <br />à l'état stationnaire des chocs. Nous précisons les domaines <br />d'application de l'hypothèse quasi-stationnaire, et mettons au <br />jour une instabilité liée à la reformation de la molécule H2<br />dans les chocs dissociants. Pour ces derniers chocs, nous <br />produisons un réseau chimique simplifié qui rendra possible leur <br />étude tridimensionnelle.<br /><br /> Dans le cadre des régions de photo-ionisation, nous utilisons <br />le même code pour discuter le rôle de l'instabilité de Rayleigh-Taylor <br />dans la formation des structures en piliers observées. Il nous <br />apparaît que la gravitation est l'un des principaux responsables <br />de la naissance de cette instabilité. De plus, nous produisons <br />les premières simulations dynamiques d'un front mixte d'ionisation <br />et de photodissociation.<br /><br /> Enfin, le code se révèle très utile pour rendre compte de <br />l'effondrement sphérique des condensations préstellaires. <br />Nous confrontons nos modèles à des contraintes observationnelles <br />dégagées sur IRAM 04191. Nous montrons que les conditions initiales <br />d'Ébert-Bonnor sont préférables à la sphère singulière isotherme. <br />Le traitement détaillé du transfert de l'énergie associé à la chimie <br />des agents refroidissant constitue encore une très nette amélioration.<br /><br /> La deuxième partie de ce travail se concentre sur l'étude <br />théorique de l'instabilité thermique. L'étude linéaire révèle <br />une longueur caractéristique de fragmentation qui fournit un <br />critère de raffinement utile aux maillages à résolution adaptative. <br />L'étude homobare qui prédit la répartition de la masse permet <br />aussi de prévoir le coût des simulations avec raffinement de maillage. <br />Ces deux outils analytiques fournissent les premières pistes <br />vers l'interprétation des spectres de masse observés. L'examen <br />des rôles complémentaires de la gravité et de l'instabilité <br />thermique permet de formuler des scénarios pour la fragmentation <br />du milieu interstellaire. Enfin, des simulations numériques tridimensionnelles <br />réalisées avec le code RAMSES à raffinement adaptatif de maillage <br />confirment qualitativement ces résultats.

La sonde spatiale européenne Rosetta, après un voyage de dix années, a rejoint le 6 août 2014 son objet d’étude, la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G). Afin de l’étudier de manière intensive durant deux ans, un total de 21 instruments était embarqué sur l’orbiteur Rosetta et l’atterrisseur Philae. Le spectromètre de masse d’ions secondaires à temps de vol, COSIMA (COmetary Secondary Ions Mass Analyzer), était l’un des instruments de l’orbiteur et a été conçu pour analyser in situ la composition chimique des particules solides éjectées de la comète 67P/C-G. L’objectif de cette thèse est de caractériser la composante organique réfractaire contenue dans les poussières cométaires, à l’aide de l’instrument COSIMA. Dans le cadre de ces travaux, j’ai mis au point au point et appliqué une méthodologie pour analyser les spectres de masse cométaires, plus particulièrement dans le mode positif de l’instrument. A l’aide de cette méthodologie, cinq ions organiques d’origine cométaire ont été détectés et identifiés : C+ (m/z = 12,00), CH+ (m/z = 13,01), CH2+ (m/z = 14,02), CH3+ (m/z = 15,02) et C2H3+ (m/z = 27,02). La caractérisation de cette composante organique a été effectuée à l’aide de spectres de masse de calibration. Les composés de référence utilisés dans ces travaux de thèse incluent des molécules organiques pures et des analogues de la matière organique cométaire, tels que des échantillons naturels (des météorites carbonées, une micrométéorite ultracarbonée, de la matière organique insoluble extraite de météorites carbonées) et un échantillon synthétisé en laboratoire. La matière organique insoluble extraite des chondrites carbonées est, à ce jour, le meilleur analogue à la matière organique réfractaire contenue dans les particules de 67P/C-G. Ainsi, la matière organique cométaire serait de haut poids moléculaire et le carbone lié dans de grandes structures macromoléculaires. Le carbone est également l’un des éléments le plus abondant dans les particules avec un rapport C⁄Si = 5,5 (+1,4/-1,2). La comète 67P/C-G figure ainsi parmi les corps les plus riches en carbone du système solaire. Enfin, un composé spécifique a été recherché, le polyoxyméthylène. Cependant, les indicateurs développés et appliqués aux données cométaires ne permettent pas de conclure quant à sa présence dans les particules analysées par COSIMA / After a ten-year journey, the European spacecraft Rosetta arrived at comet 67P/Churyumov-Gersasimenko (67P/C-G) on August 6, 2014. In order to conduct intensive research for two years, a total of 21 instruments were on board the Rosetta orbiter and the Philae lander. The time-of-flight secondary ions mass spectrometer, COSIMA (COmetary Secondary Ions Mass Analyzer), was one of the orbiter instruments and was designed for in situ analysis of the chemical composition of cometary particles ejected from the comet 67P/C-G. This thesis aims to characterize the refractory organic component of the cometary dust, with the COSIMA instrument. As part of this work, I have developed and applied a methodology to analyze the cometary mass spectra, more specifically in the positive mode of the instrument. Using this methodology, five organic ions of cometary origin were detected and identified: C+ (m/z = 12.00), CH+ (m/z = 13.01), CH2+ (m/z = 14.02), CH3+ (m/z = 15.02) and C2H3+ (m/z = 27.02). The characterization of this organic component has been carried out with calibration mass spectra. The reference compounds used during this thesis include pure organic molecules and cometary organic matter analogs, such as natural samples (carbonaceous chondrites, ultracarbonaceous micrometeorite, insoluble organic matter extracted from carbonaceous chondrites) and one sample synthetized in the laboratory. The best analogue found so far to the refractory component of 67P/C-G particles is the insoluble organic matter extracted from carbonaceous chondrites. The cometary organic matter would be of high-molecular-weight and the carbon bounded in very large macromolecular compounds. Carbon is also one of the most abundant element in the dust particles with an elemental ratio of C⁄Si = 5.5 (+1.4/-1.2). Comet 67P/C-G is among the most carbon-rich bodies of the solar system. Finally, a specific compound was sought, the polyoxymethylene. However, indicators developed and applied to the cometary data do not allow to conclude on the presence of polyoxymethylene in the particles analyzed by COSIMA