Cette étude porte sur les plus grandes structures auto-cohérentes connues dans l'univers, les amas de galaxies. Du fait de ses conditions thermodynamiques, leur halo de gaz est complètement ionisé. Ce plasma est observable aux longueurs d'onde X par son émission de freinage, ainsi qu'en submillimétrique et en millimétrique via l'effet Sunyaev-\-Zel'dovich (SZ). Cet effet résulte de la diffusion des photons du champ de rayonnement cosmologique par les électrons du milieu intergalactique. Dans un premier temps, nous avons calculé numériquement le spectre exact de l'effet SZ en prenant en compte le comportement relativiste des électrons du gaz. Ainsi, nous avons mis en évidence la forte dépendance de leur forme en fonction de la température du milieu. A l'aide de cet outil, nous avons analysé les données millimétriques du spectrophotomètre DiaBolo en direction de l'amas RXJ1347-1145. Ces observations à haute résolution spatiale ont permis la détection du plus fort signal SZ mesuré jusqu'à présent, ainsi qu'une émission étendue dont la structuration semble différer de celle observée aux longueurs d'onde X. Nous avons ensuite élargi le domaine spectral d'observation aux longueurs d'onde infrarouges et submillimétriques. Ainsi, nous avons obtenu le spectre de l'amas d'Abell 2163 entre 90~$\mu$m et 2.1~mm. Les contraintes imposées par les mesures infrarouges sur l'émission de poussière ont permis d'optimiser la détermination des paramètres SZ. En extrapolant cette étude au cas des missions spatiales, Planck Surveyor et Herschel, nous avons montré que les données SZ sont une source d'information auto-suffisante. Nous avons ainsi quantifié la précision avec laquelle la température du gaz intra-amas pourrait être déduite des observations SZ faites avec ces instruments.

Ce travail de thèse consiste à développer l'approche bayésienne en séparation de sources. Mes contributions sont à la fois méthodologiques et algorithmiques illustrées par des applications en imagerie satellitaire et en cosmologie observationnelle. - Au niveau méthodologique: 1. nous avons proposé une modélisation pertinente des sources. L'aspect hiérarchique de ce modèle est bien adapté à la structure cachée naturelle du problème de séparation de sources. 2. Nous avons étudié le problème de dégénérescence du maximum de vraisemblance dans le cas vectoriel et dans le contexte de séparation de sources. 3. Nous avons proposé une approche originale pour la sélection d'a priori avec les outils de la géométrie différentielle. - Au niveau Algorithmique: 1. Nous avons proposé des algorithmes de séparation et de ségmentation dont le principe est l'exploitation de la non stationnarité dans le domaine temporel, spatial, spectral, temps-fréquence... 2. Nous avons mis en oeuvre la solution bayésienne avec une impémentation parallèle de l'échantillonneur de Gibbs ainsi que d'autres approximations stochastiques de l'EM. 3. Ces algorithmes sont illustrés par une application en imagerie satellitaire et une application en cosmologie observationnelle. Enfin, j'ouvre des perspectives théoriques sur la dualité de l'approche bayésienne et de l'approche informationnelle dans le cadre de la séparation et de la ségmentation conjointes des sources.

Le SuperNova Legacy Survey (SNLS) est un programme de détection et de suivi photométrique de plusieurs centaines de supernovæ de type Ia (SNe Ia) dont l'objectif est de retracer l'histoire de l'expansion cosmologique afin d'en déduire une caractérisation de la nature de l'énergie noire, c'est-à-dire une mesure de son paramètre d'état wDE. La prise de données du SNLS est arrivée à son terme en juillet 2008 après 5 ans de programme. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a consisté en l'analyse de ces 5 ans de données SNLS et la photométrie des 419 SNe Ia détectées et spectroscopiquement identifiées. Pour chaque supernova, les courbes de lumière dans les bandes gMrMiMzM sont produites, calibrées et ajustées par un modèle spectrophotométrique. Une nouvelle méthode de photométrie, sans rééchantillonnage des pixels des images, est également implémentée dans le cadre de cette thèse. En préservant les propriétés statistiques des pixels, elle permet de mieux contrôler les incertitudes sur la mesure des flux, et par là même, la précision sur la mesure des paramètres cosmologiques qui s'en déduit. Les performances des deux méthodes sont testées et comparées sur les étoiles de calibration et les supernovae. Si la photométrie sans rééchantillonnage permet une estimation plus exacte des incertitudes de mesure du flux, la précision et la stabilité des deux méthodes sont quant à elles similaires. Un lot de SNe Ia de statistique et de qualité inédites est maintenant disponible pour l'analyse de cosmologie. Avec le complément de supernovæ proches de programmes extérieurs, une contrainte à 5% sur la nature du paramètre d'état de l'énergie noire est donc pour la première fois envisageable.

Ces quarante dernières années, l'observation du Fond Cosmique Micro-Onde a été l'un des champs d'étude les plus prolifiques de l'astrophysique. Couronnée par deux prix Nobel, cette découverte majeure a permis de confirmer de façon spectaculaire la théorie du Big-Bang. L'étude détaillée de ce fond micro-onde a également permis de mieux contraindre les différents modèles d'Univers issus de la cosmologie. Avec l'expérience Planck de l'ESA qui va succéder en 2008 à COBE et WMAP, la cosmologie entre dans une nouvelle ère, celle de la ``cosmologie observationnelle de précision''. Jamais une expérience spatiale aussi sensible n'aura effectué un relevé complet du ciel micro-onde avec une aussi grande résolution. La grande sensibilité de Planck implique la nécessité d'un contrôle accru des effets systématiques d'origine instrumentale. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du contrôle de ces effets systématiques pour Planck, en particulier pour son instrument hautes fréquences: HFI (High Frequency Instrument). Contrôler les effets systématiques implique trois types d'activités: l'Identification, la Quantification et la Correction de ces effets. Cette thèse présente essentiellement les résultats obtenus sur les travaux d'identification et de quantification des effets systématiques d'origine thermique dans Planck-HFI. La quantification de la diaphonie électronique ainsi que la correction des effets thermiques y sont également abordés.

Premier volet du CFHT Legacy Survey, le projet SuperNovae Legacy Survey (SNLS) propose de contraindre l'équation d'état de l'énergie noire en réduisant l'incertitude sur l'histoire de l'expansion de l'univers par l'observation de supernovae de type Ia (SN-Ia), jusqu'à un décalage vers le rouge de 1. <br />La standardisation nécessaire à l'utilisation des SN-Ia comme indicateurs de distance repose sur la mesure précise des courbes de lumière dans 4 filtres (g', r', i' et z' pour MégaCam au CFHT). La mesure de la vitesse de récession, via le décalage vers le rouge, ainsi que la validation du transient comme étant bien une SN-Ia procèdent du suivi spectroscopique. <br />L'instrument FORS1 du Very Large Telescope de l'ESO assure l'essentiel de ce suivi. L'imposant lot de données, la fréquente faiblesse du signal et la volonté de tester des algorithmes alternatifs de calibration des images et d'extraction des spectres m'ont amené à développer une chaîne de réduction indépendante et automatisée. Cet ouvrage présente une méthode compréhensive, d'approche statistique, pour une extraction systématisée du spectre du transient et de celui de sa galaxie hôte lorsque ces sources sont effectivement résolues. <br />Ceci par le developpement logiciel en C++ et en Python, en interaction avec les produits du suivi photométrique : les images profondes des champs et les courbes de lumière des transients. La classification des transients reste subjective, mais est éclairée par l'ajustement simultané des courbes de lumières et du spectre par SALT2, un modèle empirique de SN-Ia (J.Guy 2007). <br />117 SN-Ia certaines ou probables (55% puis 73% des observations des deux premières années) sont ainsi identifiées.

Les amas de galaxies sont des surdensites de matiere <br />gravitationnellement liees remplies d'un gaz chaud et ionise <br />emettant un rayonnement X. Ils se forment durant des phases <br />d'accretion de sous-groupes, au cours desquelles le gaz subit des <br />processus de choc et de melange qui perturbent ses proprietes <br />physiques a l'equilibre hydrostatique. Pour cartographier les <br />distributions spatiales d'emissivite, de temperature et d'entropie du <br />plasma intergalactique observe par les telescopes X, nous avons <br />compare differents algorithmes d'imagerie multiechelle, puis <br />developpe et teste un nouvel algorithme de spectro-imagerie. Dans <br />cet algorithme, le parametre recherche est estime a partir d'une <br />statistique de comptage dans differents elements de resolution <br />spatiaux, puis ses variations spatio-frequentielles sont codees par <br />des coefficients en ondelettes de Haar. La distribution spatiale <br />optimale du parametre est finalement restauree en seuillant la <br />transformee en ondelettes bruitee.

Les anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB) sont une mine d'informations sur la physique de l'Univers primordial. Leur spectre spatial de puissance depend des parametres cosmologiques qui caracterisent le contenu et l'evolution de l'Univers. La mesure precise de ce spectre de puissance permet de contraindre fortement les modeles, mais est rendue difficile par la presence de emissions astrophysiques d'avant-plan qui se superposent au signal primordial. Apres une presentation succinte du modele standard de la cosmologie et des differentes sources d'emission dans le domaine millimetrique, nous passons en revue les methodes de separation de composantes couramment employees au sein de la communaute. Nous developpons dans cette these des methodes ameliorees pour la separation et la caracterisation des composantes de signal et de bruit presentes dans les donnees. Tout d'abord, les methodes classiques, basees sur un modele extremement simplifie, ne permettent pas de separer efficacement certaines composantes systematiques instrumentales correlees entre les detecteurs. Nous presentons une methode de separation de composante adaptee au traitement de tels effets systematiques. Cette technique est testee sur des simulations d'observation du satellite Planck.Par ailleurs, les methodes "standard" de separation de composantes ne sont pas entierement satisfaisantes, car elles ne sont pas optimisees pour l'estimation des spectres de puissance, et elles necessitent la connaissance, a priori, des spectres electromagnetiques des composantes. Nous decrivons une nouvelle methode destimation du spectre de puissance du CMB (et des autres composantes) realisant en aveugle la separation des composantes. Cette approche est validee a l'aide de nombreuses simulations. Dans une derniere partie, nous appliquons cette methode aux donnees obtenues avec l'experience Archeops.

Aprs avoir rappel le contexte thorique et observationnel de la cosmologie dans le modle ``standard'', cette thse prsente comment, partir de la comparaison des luminosits apparentes de supernovae de type Ia (SNIa) proches et lointaines , il est possible de prciser la gomtrie de l'univers et de faire des mesures des principaux paramtres cosmologiques. Nous dcrivons, ensuite, comment partir d'observations l'aide de l'imageur large champ de vue CFH12K mont sur le CFHT (Canada France Hawaii Telescope, 3.6m, Hawaii) et d'outils logiciels dvelopps au sein de notre groupe, nous avons pu dcouvrir durant la campagne de recherche du Supernova Cosmology Project du printemps 2001 un lot de 4 SNIa lointaines. Une recherche similaire effectue auprs du CTIO (Cerro Tololo Interamerican Telescope, 4m, Chili) par nos collaborateurs a permis la dcouverte d'une dizaine de supernovae supplmentaires. Nous prsentons dans cette thse l'analyse des 6 supernovae les plus lointaines (avec des dcalages vers le rouge compris entre 0.5 et 1.2) qui ont t suivies par l'instrument WFPC2 du tlescope spatial Hubble. A partir de ces observations, nous avons construit leur courbe de lumire en utilisant des outils de photomtrie diffrentielle spcifique l'instrument WFPC2 dvelopps lors de ce travail. La simulation du flux de ces supernovae dans les instruments d'observation a permis de construire des modles de courbe de lumire et ainsi l'ajustement de leurs caractristiques : luminosit apparente au maximum et taux de dcroissance. Enfin, la comparaison de ce lot un lot d'une centaine de SNIa proches issues de la littrature, nous a permis de faire une mesure des paramtres cosmologiques. Nous trouvons, en considrant un univers plat, des valeurs respectives pour la densit rduite de matire de 0.35 (0.15 stat) et 0.22 (0.25 stat) pour les supernovae avec un dcalage vers le rouge autour de 0.5 et autour de 1.

L'expérience embarquée en ballon Archeops a cartographié les anisotropies du Fond Diffus Cosmologique (CMB) avec une résolution angulaire de 10 minutes d'arc sur une portion du ciel de 30%. Elle constitue également un banc-test pour la mission Planck-HFI de l'ESA.<br> Le travail de cette thèse a porté sur l'étalonnage sol à l'aide d'une source thermique millimétrique des trois vols effectués par Archeops et l'analyse des données obtenues. Le traitement des données ordonnées en temps est détaillé en plusieurs étapes : signalisation des données corrompues, soustraction des effets systématiques à basse fréquence, puis à haute fréquence. Dans ce dernier cas, une méthode originale est proposée qui permet à quelques détecteurs de satisfaire aux hypothèses de stationnarité et de gaussianité des codes de cartographie. Les solutions fournies par trois de ces codes sont comparés à l'aide de simulations.<br> Le spectre de puissance angulaire des anisotropies permet de contraindre les différents paramètres du modèle cosmologiquc standard, et par conséquent les paramètres physiques du modèle inflationnaire considéré pour générer les pertubations primordiales dont les anisotropies sont l'empreinte. Cette thèse présente ce qu'Archeops peut apporter dans ce domaine.

Cette these s'inscrit dans le cadre de l'experience SuperNova factory, une collaboration franco-americaine associant une vingtaine de chercheurs. Le but de cette experience est d'ameliorer l'utilisation des supernovae de type Ia en cosmologie en affinant notre comprehension de la diversite des SNIa et en augmentant la statistique disponible a bas redshift (entre 0.03 et 0.08).<br /><br />Apres avoir presente ces aspects, j'ai presente plus specifiquement l'experience SNfactory. Cette experience se compose de deux versants : l'un d'eux est la recherche de supernovae avec les donnees de la camera QUEST-II installee sur un telescope du Mont Palomar (Californie) et l'autre est le suivi grace a un instrument dedie nomme SNIFS installe en permanence sur le telescope de l'Universite de Hawaii au sommet du Mauna Kea.<br /><br />Mon travail a porte sur les voies spectroscopiques de SNIFS : une simulation d'un cube de donnees et une methode d'extraction de spectres par minimisation des moindres carres sont presentees ici, ainsi qu'une discussion sur le choix de la PSF a adopter. L'objectif de precision de la calibration en flux de 1 % lors de nuits photometriques peut etre atteint a l'aide d'une telle extraction.<br /><br />J'ai enfin presente une analyse d'un echantillon de dix supernovae, notamment en mesurant la vitesse d'expansion calculee a partir du decalage vers le bleu de 4 raies du spectre a l'aide d'une methode novatrice. Ces mesures montrent que 20 % de l'echantillon presente un comportement notablement different du comportement moyen.