Le nombre de systèmes planétaires connus ne cesse de croître depuis la découverte de la première exoplanète il y a déjà quelques décennies. Cependant, ces systèmes connaîtront éventuellement la mort de leur étoile, s’ils ne l’ont pas déjà connue. Ces étoiles deviendront des naines blanches. Pourtant, peu de planètes ont été découvertes autour de naines blanches. Une théorie populaire propose la survie des planètes géantes autour de celles-ci. Il est toutefois difficile de rechercher des planètes autour de naines blanches, entre autres, à cause de leurs petits rayons et de leurs raies spectrales peu nombreuses. L’imagerie de noyaux de phase est une méthode prometteuse pour la recherche d’exoplanètes autour de naines blanches puisqu’elle permet l’exploration à des séparations angulaires très petites allant jusqu’à la moitié de la limite de diffraction. Il s’agit de détecter un signal astrophysique par l’entremise de l’annulation des erreurs de phase instrumentales produites par le télescope. Ce projet vise à évaluer les performances de l’instrument MIRI du JWST pour détecter des exoplanètes autour de naines blanches avec cette technique. Pour ce faire, les observations de quatre naines blanches ont été analysées. Ce projet a permis de découvrir deux exoplanètes candidates, soient WD 1202−232 b et WD 2105−820 b sur un échantillon de quatre naines blanches. Elles ont été détectées par imagerie directe standard, mais aussi par imagerie de noyaux de phase. Les candidates se trouvent respectivement à une séparation de 1230 ± 20 mas et 2210 ± 20 mas de leur étoile et leurs rapports de flux sont de 63 ± 2 pour le système WD 1202−232 et de 29 ± 3 pour le système WD 2105−820. Si les candidates sont confirmées, la masse de WD 1202−232 b se situerait entre 1 et 7 \(M_J\), alors que la masse de WD 2105−820 b se situerait entre 1 et 2 \(M_J\). Des analyses et des simulations ont aussi été faites dans le but de tester les performances de l’imagerie par noyaux de phase avec les observations du JWST/MIRI à différents régimes de signal sur bruit. / The number of known planetary systems has been continuously increasing since the discovery of the first exoplanet several decades ago. However, these systems will eventually experience the death of their star, if they have not already. These stars will become white dwarfs. Yet, few planets have been discovered around white dwarfs. A favored theory suggests the survival of giant planets around them. However, it is challenging to search for planets around white dwarfs, among other reasons, due to their small radii and limited number of spectral lines. Kernel phase imaging is a promising method for the search for exoplanets around white dwarfs as it allows exploration at very small angular separations down to half the diffraction limit. This involves detecting an astrophysical signal through the cancellation of instrumental phase errors produced by the telescope. This project aims to evaluate the performance of JWST’s MIRI instrument in detecting exoplanets around white dwarfs using this technique. To achieve this, the observations of four white dwarfs were analyzed. This project has led to the discovery of two candidate exoplanets, namely WD 1202−232 b and WD 2105−820 b, in a sample of four white dwarfs. They were detected through standard direct imaging but also through kernel phase imaging. The candidates are located at a separation of 1230 ± 20 mas and 2210 ± 20 mas from their star, with flux ratios of 63 ± 2 for the WD 1202−232 system and 29 ± 3 for the WD 2105−820 system. If confirmed, the mass of WD 1202−232 b would be between 1 and 7 \(M_J\), while the mass of WD 2105−820 b would be between 1 and 2 \(M_J\). Analyses and simulations were also conducted to test the performance of kernel phase imaging with JWST/MIRI observations under various signal-to-noise regimes.

Les hétérogénéités de surface des étoiles actives, telles que les taches et les facules, peuvent compliquer l'interprétation des spectres de transmission en introduisant des caractéristiques spectrales qui chevauchent celles d'atmosphère d'exoplanètes. Les courbes de lumière de transit d'HAT-P-18\(\,\)b et de WASP-52\(\,\)b, observées avec le mode SOSS de l'instrument NIRISS à bord du JWST, sont déformées par des occultations de taches. Avant le déploiement du JWST, ces régions actives étaient souvent simplement masquées, toutefois ceci peut mener à des mesures incorrectes des paramètres du transit. J'ai adapté et implémenté \(\texttt{spotrod}\), un modèle de transit avec occultation de taches, dans l'outil \(\texttt{Juliet}\) pour inférer conjointement les paramètres du transit et des taches occultées. J'ai ainsi ajusté les courbes de lumière de transit de ces deux Jupiters chaudes et récupéré la position de chaque tache, leur rayon et leur spectre de contraste, c'est-à-dire le rapport du flux de la tache sur le flux stellaire. J'ai contraint la température des taches et leur gravité de surface (pour prendre en compte les effets du champ magnétique local) en ajustant chaque spectre de contraste avec des spectres de modèles stellaires PHOENIX. Cependant, un certain degré de dégénérescence est présent, conduisant à une solution plus probable pour chaque tache, mais aussi à d'autres solutions qui ne peuvent être exclues. Le spectre de transmission d'HAT-P-18\(\,\)b nous a permis de détecter de l'H\(_2\)O (12,5\(\,\sigma\)) avec une abondance sub-solaire de \(\log\) H\(_2\)O \(\approx\) -4,4 \(\pm\) 0,3, des nuages (7,4\(\,\sigma\)) et du CO\(_2\) (7,3\(\,\sigma\)) dans l'atmosphère planétaire ainsi que des régions actives non occultées (5,8\(\,\sigma\)) qui imitent une pente de diffusion Rayleigh. / Surface heterogeneities on active stars, such as starspots and faculae, can complicate the interpretation of transmission spectra and introduce spectral features that overlap those of exoplanetary atmospheres. The transit light curves of HAT-P-18\(\,\)b and WASP-52\(\,\)b, observed in the SOSS mode of the NIRISS instrument aboard the JWST, are deformed by spot-crossings. These active regions were often simply masked before the launch of the JWST; however, this can prevent the correct measure of transit parameters. I adapted and implemented \(\texttt{spotrod}\), a model for transits of spotted stars, into the \(\texttt{Juliet}\) tool to simultaneously infer the transit and occulted starspots parameters. I fitted the transit light curves of these two hot Jupiters and retrieved for each spot its position, radius and spot-to-stellar flux contrast spectrum. I constrained the spots' temperature and surface gravity \(-\) attempting to capture the effects of the local magnetic pressure \(-\) by fitting each contrast spectrum with PHOENIX stellar model spectra. However, some degree of degeneracy is present, leading to a most likely solution for each starspot and other solutions that cannot be excluded. The transmission spectrum of HAT-P-18\(\,\)b enabled us to detect H\(_2\)O (12.5\(\,\sigma\)) with a sub-solar abundance of \(\log\) H\(_2\)O \(\approx\) -4.4 \(\pm\) 0.3, a cloud deck (7.4\(\,\sigma\)) and CO\(_2\) (7.3\(\,\sigma\)) in the planetary atmosphere as well as unocculted active regions (5.8\(\,\sigma\)) which mimic a Rayleigh scattering slope.

La découverte d’exoplanètes a connu une croissance quasi exponentielle au cours des trois dernières décennies. Nous savons désormais que les systèmes d’exoplanètes sont la norme dans la galaxie et qu’il existe une variété d’archétypes de planètes qui ne correspondent pas à notre propre système solaire. Ces progrès rapides sont dus en grande partie aux missions spatiales qui utilisent la méthode des transits pour trouver et caractériser de nouvelles exoplanètes. Kepler et, plus récemment, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ont contribué à la majorité des exoplanètes confirmées ou candidates connues à ce jour. Les exoplanètes découvertes par TESS sont particulièrement prometteuses, car TESS a délibérément ciblé des étoiles hôtes brillantes pour faciliter l’analyse spectroscopique détaillée de l’atmosphère de leurs planètes. Bien que TESS soit très efficace pour identifier de nouveaux signaux de transit, un effort de suivi substantiel est nécessaire pour valider chaque nouvelle candidate et le succès global de la mission TESS dépend fortement de l’obtention de ce suivi de la part d’observatoires externes. Une attention particulière est souvent requise pour les planètes à longue période qui souffrent fortement des biais impliqués dans les recherches de transit. Si l’on peut surmonter les défis observationnels supplémentaires, ces planètes constituent des bancs d’essai rares et précieux pour étudier la physique et la chimie des atmosphères plus froides. Dans cette thèse, j’ai collaboré avec la communauté de suivi des exoplanètes TESS sur plusieurs fronts en apportant des instruments précédemment inutilisés, en contribuant à l’effort général de vérification des candidates, ainsi qu’en menant des études de validation et de confirmation de cibles difficiles à longue période. Nous avons adapté le réseau de téléobjectifs Dragonfly (alias "Dragonfly"), conçu pour les cibles de faible luminosité de surface, à l’observation des transits d’exoplanètes. J’ai développé un nouveau mode d’observation adapté aux transits et créé des pipelines de planification, de traitement des données et d’analyse. Nous avons atteint une précision photométrique d’environ 0,5 ppt dans des intervalles de 4 à 5 minutes sur la plage 9 < mV < 13, compétitive avec d’autres observatoires au sol de classe 1–2 m. Nous avons également développé un vaste programme d’observation avec le satellite de surveillance des objets proches de la Terre (NEOSSat) couvrant 3 ans et 6 cycles d’observation pour observer les transits d’exoplanètes de longue durée, qui représentent un défi majeur à capturer avec des observatoires au sol. En utilisant ces deux instruments, nous avons fourni des observations pour le programme d’observation de suivi des exoplanètes TESS (ExoFOP). Grâce à mon travail dans ExoFOP, j’ai dirigé une publication de validation pour TOI-1221 b, une planète sub-neptunienne de 2,9 rayons terrestres sur une orbite de 92 jours. Non seulement nous avons écarté les scénarios de faux positifs pour cette planète tempérée à longue période, mais grâce à notre analyse détaillée de 6 transits TESS et 2 détections au sol, nous avons trouvé des preuves de variations de synchronisation de transit qui pourraient indiquer une autre planète cachée dans le système. Nous avons également utilisé NEOSSat pour rechercher un deuxième transit de TOI-2010 b, qui n’en montrait qu’un seul dans les données TESS. En surveillant l’étoile hôte sur une fenêtre d’incertitude de 7 jours, nous avons capturé le transit et amélioré considérablement notre connaissance de l’éphéméride de la planète. J’ai dirigé l’article de confirmation sur cette planète semblable à Jupiter avec une orbite de 142 jours, ajoutant une cible de faible insolation à la petite collection d’exoplanètes connues avec des périodes supérieures à 100 jours et des étoiles hôtes suffisamment brillantes pour un suivi spectroscopique. En plus de diriger ces deux projets spécifiques, mes observations avec Dragonfly et NEOSSat ont jusqu’à présent contribué à 10 autres publications dont je suis co-auteur. / Exoplanet discovery has undergone near-exponential growth over the last three decades. We now know exoplanet systems are the norm in the Galaxy and that a variety of planet archetypes exist that do not necessarily match our own Solar System. This rapid advancement is due in large part to space-based discovery missions utilizing the transit method to find and characterize new exoplanets. Kepler, and more recently, the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) have contributed the majority of confirmed or candidate exoplanets known today. The exoplanets discovered by TESS show particular promise, as TESS has deliberately targeted bright host stars to facilitate detailed spectroscopic analysis of their planets’ atmospheres. While TESS is highly efficient at identifying new transit signals, substantial follow-up effort is required to validate each new candidate and the overall success of the TESS mission heavily depends on attaining this follow-up from external observatories. Special attention is often required for long-period planets that suffer heavily from the biases involved in transit searches. If one can overcome the added observational challenges, these planets provide rare and valuable testbeds to investigate cool-atmosphere physics and chemistry. Through this thesis, I engaged with the TESS exoplanet follow-up community on several fronts by bringing previously unused instrument options to the endeavour, contributing to the general effort of candidate verification, as well as leading validation and confirmation studies of challenging long-period targets. We adapted the Dragonfly Telephoto Array (a.k.a. “Dragonfly”), designed for low-surface brightness targets, to the observation of exoplanet transits. I developed a new transient-appropriate observing mode and created scheduling, data processing, and analysis pipelines. We achieve a photometric precision floor of 0.5 ppt in 4–5-minute bins over the range 9 < mV < 13, competitive other 1–2 m class ground-based observatories. We also developed an extensive observing program with the Near-Earth Object Surveillance Satellite (NEOSSat) spanning 3 years and 6 observing cycles to observe long-duration exoplanet transits that provide a major challenge to capture with ground-based observatories. Using these two instruments, we provided follow-up observations for the TESS Exoplanet Follow-up Observing Program (ExoFOP). Through my work with ExoFOP, I led a validation publication for TOI-1221 b, a 2.9 Earth-radii sub-Neptune planet on a 92-day orbit. Not only do we rule out the false-positive scenarios for this long-period temperate planet, but through our detailed analysis of 6 TESS transits and 2 ground-based detections, we find evidence of transit timing variations that may indicate an additional hidden planet in the system. We also used NEOSSat to hunt for an elusive second transit of TOI-2010 b. By monitoring the host star over a 7-day uncertainty window, we caught the transit and vastly improved our knowledge of the planet’s ephemeris. I led the confirmation paper on this temperate Jupiter-like planet with a 142-day orbit, adding a low-insolation target to the small collection of known exoplanets with periods above 100 days and host stars bright enough for spectroscopic follow-up. Beyond leading these two specific projects, my observations with Dragonfly and NEOSSat have thus far contributed to 10 other publications for which I am co-author.