Ce travail est concentré sur l'étude de la cosmologie primordiale et en particulier sur l'étude de l'inflation. Après une introduction sur la théorie standard du Big Bang, nous discutons de la physique du CMB et nous expliquons comment ses observations peuvent être utilisées pour définir des contraintes sur les modèles cosmologiques. Nous introduisons l'inflation et nous expliquons sa réalisation la plus simple. Nous présentons les observables et les contraintes expérimentales qui peuvent être utilisées pour mettre des contraintes sur les modèles d'inflation. La possibilité d'observer des ondes gravitationnelles primordiales (GW) produites au cours de l'inflation est examinée. Nous présentons les raisons pour définir une classification des modèles d'inflation et pour introduire le formalisme de la fonction 13 pour décrire l'inflation. En particulier nous expliquons pourquoi, dans ce cadre, nous pouvons naturellement définir un ensemble de classes d'universalité pour les modèles d'inflation. Les motivations théoriques pour soutenir la formulation de l'inflation en termes de ce formalisme sont présentées. Certains modèles généralisés d'inflation sont introduits et l'extension du formalisme de la fonction (3-formalisme à ces modèles est discutée. Enfin, nous nous concentrons sur l'étude des modèles où l’inflation (qui es assumé être pseudo-scalaire) est couplé non-minimalement à des champs de jauge abéliens qui peuvent être présents lors de l'inflation. L'analyse du problème est effectuée en utilisant une caractérisation de modèles d'inflation sur la base de leur comportement asymptotique. Un large éventail d'aspects théoriques et des conséquences d'observation est discuté. / This work is focused on the study of early time cosmology and in particular on the study of inflation. After an introduction on the standard Big Bang theory, we discuss the physics of CMB and we explain how its observations can be used to set constraints on cosmological models. We introduce inflation and we carry out its simplest realization by presenting the observables and the experimental constraints that can be set on inflationary models. The possibility of observing primordial gravitational wave (GW) produced during inflation is discussed. We present the reasons to deftne a classification of inflationary models and introduce the [3-function formalism for inflation by explaining why in this framework we can naturally define a set of universality classes for inflationary models. Theoretical motivations to support the formulation of inflation in terms of this formalism are presented. Some generalized models of inflation are introduced and the extension of the (3-function formalism for inflation to these models is discussed. Finally we focus on the study of models where the (pseudo-scalar) inflaton is non-minimally coupled to some Abelian gauge fields that can be present during inflation. The analysis of the problem is carried out by using a characterization of inflationary models in terms of their asymptotic behavior. A wide set of theoretical aspects and of observational consequences is discussed.

Le fond diffus cosmologique (CMB) est la première lumière libérée par l’Univers.À ce titre, elle constitue la photographie la plus ancienne à laquelle nous ayons accès.Ces photons recèlent des trésors d’informations capables de nous renseigner tant sur le contenu énergétique de l’Univers que sur son histoire. En retraçant son évolution jusqu’aujourd’hui, on est capable d’établir des scénarios quant à la période qui a précédé l’émission du CMB, inaccessible aux observations. Plus particulièrement,la plupart des modèles s’accordent à dire que l’Univers aurait connu juste après le Big Bang une période d’expansion exponentielle qualifiée d’inflation. L’un des défis majeurs de la cosmologie consiste à confirmer et contraindre ces modèles en cherchant sur le CMB les empreintes théoriques laissées par l’inflation : un motif de polarisation qualifié de mode B. Cependant, ce signal est attendu à un niveau très faible, sa détection requiert donc la mise en place d’instruments extrêmement sensibles. Cette thèse s’inscrit dans l’effort technologique mené au sein du projet QUBIC pour cette quête. Dans cette optique on s’est intéressé aux détecteurs, des matrices de plusieurs centaines de bolomètres supraconducteurs. Dans un premier temps, on a défini une méthode permettant de dimensionner les détecteurs et la matrice pour répondre au mieux à nos attentes à travers l’ajustement de paramètres pertinents. Puis on a mené pour la première fois dans la collaboration toute la réalisation d’une matrice de 256détecteurs sur laquelle on a par la suite effectué et exposé des tests préliminaires prometteurs pour la future implémentation du plan focal de QUBIC. / The cosmic microwave background (CMB) is the very first light of the Uni- verse and thus constitutes the oldest picture of its initial state. These photons carry valuable information constraining both the energy content and the history of the Universe. CMB observations allow us to reconstruct what occurred before the CMB anisotropies were imprinted. The most promising theoretical models all postulate an epoch of exponential expansion known as inflation just after the Big Bang. One of the major challenges of observational cosmology is hence to confirm or falsify inflation as well as to discover how inflation was realized in a particular model by searching for its imprint on the CMB polarization B-mode. This signal is however expected to be extremely weak and its detection requires a very sensitive experiment. This thesis reports on contributions to the technology development for the innovative QUBIC instrument, focusing on the perfection of an array of several hundreds of supercon- ducting bolometric detectors. A method was defined to design the detector array through tuning the relevant parameters to best meet our requirements. Then a 256- detector prototype array was fully manufactured and characterized. The preliminary characterization gave promising results for the forthcoming implementation of the QUBIC focal plane.

In this thesis I test the modified Newtonian dynamics as an alternative to the cold dark matter hypothesis. In the Milky Way, I show that the dynamics of the dwarf galaxies are well described by the paradigm and I confirm its distant low surface brightness globular clusters provide a strong test, for which I make predictions. Through analysis of a sample of 26 X-ray bright galaxy groups and clusters I demonstrate that the three active neutrinos and their anti-particles are insufficient to reconcile modified Newtonian dynamics with the observed temperatures of the X-ray emitting gas, nor with weak-lensing measurements, in particular for the bullet cluster. To this end, I propose an 11eV sterile neutrino to serendipitously resolve the residual mass problem in X-ray bright groups and clusters, as well as matching the angular power spectrum of the Cosmic Microwave Background. With this in mind, I show that the large collision velocity of the bullet cluster and the high number of colliding clusters is more naturally reproduced in MOND than in standard dynamics.