Il y a presque dix ans que l'accélération de l'expansion de l'Univers a été mise en évidence grâce aux observations des supernovae de type Ia et du fonds diffus cosmologique. Cette découverte a changé notre compréhension du contenu énergétique de l'Univers puisque pour expliquer une telle accélération, une composante supplémentaire de matière (effective ou non) est nécessaire et contribue à hauteur de 70%. Cette dernière est appelé "énergie noire". Elle affecte aussi bien les mesures de distance, que la croissance des sur-densités de matières primordiales qui donnent naissance aux structures. Les principales sondes sensibles à ces deux dernières quantités sont les supernovae de type Ia, les amas de galaxies, les lentilles gravitationnelles, et les oscillations acoustiques des baryons (BAO). Afin de contraindre précisément les modèles théoriques (Constante Cosmologique, modification de la théorie de la relativité générale par exemple) qui tentent de déterminer la nature de l'énergie noire, l'observation de chacune de ces quatre sondes est indispensable. Le niveau de précision sur la mesure des paramètres des modèles d'énergie noire requis est tel qu'une nouvelle génération d'instruments va voir le jour dans les années à venir avec notamment le télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope). Le télescope LSST dont le miroir primaire fait 8.4 mètres de diamètre, produira un sondage couvrant la moitié du ciel observable dans 6 bandes photométriques pendant 10 ans. Sa caméra sera la plus grosse caméra jamais construite dans le monde avec un plan focal de 3.2 milliards de pixels. Cette thèse présente à la fois un aspect expérimental et phénoménologique. Le travail présenté porte tout d'abord sur l'élaboration du banc d'étalonnage de la caméra de LSST, et des premières mesures optiques validant le schéma de principe du banc. Nous présenterons ensuite la simulation des BAO dédiée à LSST tentant de prédire à quelle précision les paramètres d'énergie noire pourront être contraint. L'accent est mis sur la production d'un catalogue photométrique de galaxies simulé ainsi que sur une méthode de calcul des redshifts photométriques. La validation de la méthode grâce à des données spectro-photométriques du CFHTLS est également présentée.

Répondre aux questions fondamentales concernant notre compréhension de l’Univers, comme la cause de son expansion accélérée ou la nature de la matière noire, requiert de confronter les théories aux observations. Dans ce contexte, les amas de galaxies peuvent être utilisés comme de puissantes sondes observationnelles. Cependant, à l’heure actuelle, leur utilisation est limitée par des incertitudes et des effets systématiques, qui affectent notamment la mesure de leur masse, que l’on présume dominée par la matière noire. Les amas de galaxies peuvent être étudiés à différentes longueurs d’onde : le gaz chaud qui compose le milieu intra-amas (ICM en anglais) émet des rayons X et est observable dans le domaine millimétrique via l’effet Sunyaev Zel’dovich (SZ), alors que les galaxies rayonnent principalement en optique et infrarouge. Combiner et comparer ces observables permet de réduire les incertitudes et les effets systématiques des contraintes cosmologiques issues des amas. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de préparer les grands relevés observationnels du futur comme Euclid et le Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Elle présente les analyses multi-longueurs d’onde d’un échantillon d’amas détectés en X dans le relevé XXL, couvrant une large gamme de masses et de redshifts. La première partie de cette thèse introduit le contexte cosmologique et présente les propriétés observationnelles des galaxies et amas de galaxies, ainsi que les ingrédients pour construire des échantillons cosmologiques d’amas. La deuxième partie traite de la caractérisation optique des amas XXL et des propriétés de leurs galaxies membres. Nous commençons par la présentation de XXL et du Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS), un relevé optique associé. Ensuite, nous nous concentrons sur la caractérisation de la qualité des redshifts photométriques du CFHTLS et sur leur utilisation pour construire les fonctions de luminosité (LF en anglais) optiques des galaxies d’amas XXL. Il apparaît que la LF des galaxies satellites dépend légèrement de la richesse des amas, le principal proxy de masse en optique, mais ne montre pas d’évolution significative avec le redshift. Ensuite, nous entreprenons l’étude de la couleur et de la fraction de galaxies à noyaux actifs (AGN en anglais) dans les galaxies d’amas XXL et montrons que la masse joue un rôle clé dans la régulation de l’activité de formation stellaire dans les amas. Pour finir, l’algorithme de détection d’amas WaZP est utilisé pour étudier la contrepartie optique des amas XXL. La troisième partie de cette thèse est consacrée au projet observationnel dédié à la cartographie du signal SZ de trois amas XXL distants, avec la camera à haute résolution angulaire NIKA2. La préparation du projet est discutée, en se servant des données optiques et X afin de prédire le signal SZ attendu. Ensuite, nous présentons la procédure d’observation au télescope et la réduction des données, dédiée à la production des cartes SZ étalonnées. Le projet est en cours et un amas, XLSSC102, à z = 0.97, a été observé partiellement. Nous développons ensuite une méthode de détection en aveugle des potentielles galaxies qui peuvent contaminer le signal SZ, permettant la découverte fortuite de galaxies poussiéreuses à haut taux de formation stellaire dans le champ de XLSSC102. La morphologie et l’état dynamique de XLSSC102 sont ensuite caractérisés grâce à la combinaison des données optiques, SZ et X et les profils radiaux de masse et de propriétés thermodynamiques de l’ICM sont mesurés en associant les données X et SZ. Cela permet de montrer que XLSSC102 est un amas en coalescence avec une masse de ∼ 3 × 10^14 Msol et est compatible avec le scénario d’évolution standard de la formation des amas. / Addressing fundamental questions regarding our understanding of the Universe, such as the cause of its accelerated expansion or the nature of dark matter, requires to confront theories and observations. In this context, galaxy clusters can be used as powerful observational probes. However, their current utilisation is limited by uncertainties and systematic effects, notably affecting the measurement of their mass, which is presumably dominated by dark matter.Galaxy clusters can be studied at different wavelengths: the hot gas composing the Intra Cluster Medium (ICM) shines in X-ray and is observable at millimetre wavelengths via the Sunyaev-Zel’dovich (SZ) effect, whereas galaxies emit principally in the optical and infrared. Combining and comparing these observables allows us to reduce the uncertainties and systematics in the cosmological constraints obtained from clusters. In this context, this thesis aims at paving the way of future large surveys such as Euclid and the Large Synoptic Survey Telescope. It presents the multi-wavelengths analyses of a sample of clusters detected in X-ray in the XXL survey, spanning a wide range of masses and redshifts. The first part of the thesis introduces the cosmological context and presents the observational properties of galaxies and clusters, and the ingredients to build cosmological cluster samples. The second part concentrates on the optical characterisation of XXL clusters and the properties of their member galaxies. It starts by presenting XXL and the Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS), an optical counterpart survey. Then, it focuses on the characterisation of the CFHTLS photometric redshifts quality and their use to construct the optical galaxy luminosity functions (LF) of XXL clusters. The LF of satellite galaxies is found to slightly depend on cluster richness, the main optical mass proxy, but no significant redshift evolution is observed. Then, the study of the colour and active galactic nuclei (AGN) fraction in XXL cluster galaxies is performed, finding that the mass plays a key role in shaping AGN and star formation activity in clusters. Finally, the WaZP optical cluster finder algorithm is used to investigate the optical counterparts of XXL clusters. The third part of this thesis is dedicated to the observational project dedicated to the mapping of the SZ signal in three distant XXL clusters, with the high angular resolution NIKA2 camera. The preparation of the project is discussed, making use of the X-ray and optical data to predict the expected SZ signal. Then, the observation procedure at the telescope and the data reduction, dedicated to produce calibrated SZ maps, are presented. The project is still ongoing and one cluster, XLSSC102, at z = 0.97, has been partially observed. The development of the blind detection of galaxies potentially contaminating the SZ signal is developed, allowing for the serendipitous discovery of dusty star forming galaxies in the field of XLSSC102. The morphology and dynamical state of XLSSC102 are then characterised using optical, SZ and X-ray data and the radial ICM thermodynamics and mass profiles are measured combining SZ and X-ray data. This allows us to show that XLSSC102 is a merging cluster with a mass ∼ 3 × 10 14 M, and is compatible with the standard evolution scenario of cluster formation.

Les observations des supernovae, du fond diffus cosmologique, et plus récemment la mesure des oscillations acoustiques des baryons et des effets de lentilles gravitationnelles faibles, favorisent le modèle cosmologique LambdaCDM pour lequel l'expansion de l'Univers est actuellement en accélération. Ce modèle fait appel à deux composants insaisissables, la matière sombre et l'énergie sombre. Deux approches semblent particulièrement prometteuses pour sonder à la fois la géométrie de l'Univers et la croissance des structures de matière noire, l'analyse des distorsions faibles des galaxies lointaines par cisaillement gravitationnel et l'étude des oscillations acoustiques des baryons. Ces deux méthodes demandent de très grands relevés du ciel, de plusieurs milliers de degrés carrés, en imagerie et en spectroscopie. Dans le contexte du relevé spectroscopique de la mission spatiale EUCLID, dédiée à l'étude des composantes sombres de l'univers, j'ai réalisé des simulations pixels permettant l'analyse des performances instrumentales. La méthode proposée peut se résumer en trois étapes. La première étape est de simuler les observables, c'est à dire principalement les sources du ciel. Pour cela j'ai développé une nouvelle méthode, adapté à la spectroscopie, qui permet d'imiter un relevé existant, en s'assurant que la distribution des propriétés spectrales des galaxies soit représentative des observations actuelles, en particulier la distribution des raies d'émission. La seconde étape est de simuler l'instrument et de produire des images équivalentes aux images réelles attendues. / The observations of the supernovae, the cosmic microwave background, and more recently the measurement of baryon acoustic oscillations and the weak lensing effects, converge to a LambdaCDM model, with an accelerating expansion of the today Universe. This model need two dark components to fit the observations, the dark matter and the dark energy. Two approaches seem particularly promising to measure both geometry of the Universe and growth of dark matter structures, the analysis of the weak distortions of distant galaxies by gravitational lensing and the study of the baryon acoustic oscillations. Both methods required a very large sky surveys of several thousand square degrees. In the context of the spectroscopic survey of the space mission EUCLID, dedicated to the study of the dark side of the universe, I developed a pixel simulation tool for analyzing instrumental performances. The proposed method can be summarized in three steps.The first step is to simulate the observables, ie mainly the sources of the sky. I work up a new method, adapted for spectroscopic simulations, which allows to mock an existing survey of galaxies in ensuring that the distribution of the spectral properties of galaxies are representative of current observations, in particular the distribution of the emission lines. The second step is to simulate the instrument and produce images which are equivalent to the expected real images. Based on the pixel simulator of the HST, I developed a new tool to compute the images of the spectroscopic channel of EUCLID. The new simulator have the particularity to be able to simulate PSF with various energy distributions and detectors which have different pixels

Le rayonnement fossile regorge d'une multitude d'informations physiques sur l'univers tel qu'il était quelques centaines de milliers d'années après le Big-Bang. L'analyse de ses fluctuations de température et de polarisation permet de mesurer les paramètres cosmologiques et de contraindre les théories de l'univers primordial. La polarisation permet en particulier de lever des dégénérescences entre certains paramètres cosmologiques en donnant un accès direct aux ondes gravitationnelles primordiales. <br>La première partie de cette thèse est consacrée au modèle standard de la cosmologie. Je présente en particulier la polarisation du rayonnement fossile. <br>Le signal polarisé, dont l'intensité n'excède pas dans la plupart des scénarios 10 % des fluctuations de température, est attendu à quelques micro kelvins. Pour le mesurer, on utilise souvent des bolomètres refroidis, couplés à des polariseurs. Je montre qu'il existe des dispositions optimales des détecteurs dans le plan focal de l'instrument minimisant le volume de la boîte d'erreurs et permettant d'avoir des erreurs décorrélées sur les paramètres de Stokes, caractérisant la polarisation. <br>La source majeure de bruit dans ces mesures provient des fluctuations du bain thermique dans lequel plongent les bolomètres, de l'électronique de lecture, des instabilités de gain et de l'optique. Ces processus engendrent des dérivez basses fréquences qui se traduisent par des niveaux de bruit relatifs entre détecteurs trop importants par rapport au signal recherché. J'applique aux donné polarisées une méthode simple permettant de soustraire aux dérives basses fréquences; elle utilise les redondances inhérentes à la stratégie de balayage du ciel par l'instrument. Les résultats montrent que ces dérives peuvent être soustraites jusqu'au niveau du bruit blanc. <br>Enfin, je décris l'expérience COSMOSOMAS et présente une analyse préliminaire. Elle fournira des cartes de l'émission polarisée de notre galaxie à des fréquences de l'ordre de 10 GHz.

Les premiers photons libérés par la matière constituent le fond diffus cosmologique (CMB) observé aujourd'hui à T=2.725K. C'est l'image électro-magnétique de notre Univers la plus lointaine qui nous soit accessible. L'étude statistique des minuscules inhomogéités du CMB devrait permettre pratiquement à elle seule la détermination du contenu et de la geométrie de l'Univers. Toutefois d'autres photons émis ultérieurement par les premiers astres de l'Univers sont également massivement présents. En particulier les galaxies avec leurs étoiles et leurs nuages de poussière ont émis des rayonnements constituant un fond diffus infra-rouge (CIB). Ce fond est très difficile à détecter en raison de la pollution lumineuse du Système Solaire et de la Galaxie, en particulier dans l'infra-rouge moyen. On peut cependant tirer partie de l'interaction de ces photons avec d'autres plus énergétiques rencontrés en chemin pour contraindre leur densité en fonction de leur energie. Ce manuscrit indique par quels moyens directs (expériences CMB ballon Archeops ou satellite Planck) ou indirects (expériences gamma au sol CAT et HEGRA) ces fonds diffus peuvent être mis en évidence et conduire à une description de l'Univers cohérente et - peut-être - juste. The first photons decoupled from the matter constitute the Cosmic Microwave Background (CMB) observed today at T=2.725 K. They form the oldest electromagnetic picture of our Universe. The statistical study of the tiny inhomogeneities of the CMB should allow, almost only by themselves, to determine the content and the geometry of the Universe. Nevertheless other photons are numerous. In particular star and dust radiations form the Cosmic Infrared Background (CIB). This background is very difficult to detect due to the Solar and Galactic light pollution, in particular in the mid-infrared. But it is possible to take benefit of the interaction of the CIB photons with other energetic enough ones to constrain their density in function of their wavelengths.This report shows how directely (Archeops balloon or Planck satellite CMB experiments) or indirectely (CAT and HEGRA ground based gamma experiments), these backgrounds can be detected and lead to a coherent and - maybe - true description of the Universe.

La prochaine génération d'expériences dédiées à la mesure des anisotropies de température et de polarisation du fond diffus cosmologique (CMB), inaugurée avec le lancement de Planck, va permettre la détection et l'étude d'effets de plus en plus fins. Toutefois, la superposition d'émissions astrophysiques d'avant-plan contamine le signal cosmologique et constituera, dans ces futures données, la principale source d'incertitude devant le bruit instrumental. L'amélioration de la modélisation des émissions d'avant-plan et le développement de méthodes statistiques pour permettre leur séparation sont donc des étapes cruciales de l'analyse scientifique des mesures à venir. Ce travail s'inscrit dans cette problématique et comprend le développement du Planck Sky Model, un outil de modélisation et de simulation de l'émission du ciel. Ces simulations sont par ailleurs mises à profit pour le développement et l'évaluation de méthode statistiques adaptées au problème des avant-plans. Nous explorons ainsi les possibilités offertes par l'analyse en ondelettes sur la sphère (needlets) pour le problème de l'estimation spectrale sur des mesures incomplètes avec une contamination inhomogène, et proposons une méthode pour traiter la contamination induites aux petites échelles par les sources ponctuelles dans les données Planck et WMAP. Nous étudions également l'impact des avant-plans sur la possibilité de détection des ondes gravitationnelles primordiales (prédites par l'inflation) et proposons une prospective des performances des futures missions dédiées à leur mesure.

Le milieu circum-galactique (CGM pour "Circum-Galactic Medium" en anglais) constitue l'interface entre les galaxies et les grandes structures au sein desquelles elles évoluent. Le milieu inter-galactique est principalement composé de gaz d'hydrogène froid, dit primordial, qui en s'accretant sur les galaxies constitue le carburant de la formation stellaire. La formation stellaire apparait alors régulée par les échanges de matière entre la galaxie et l'extérieur. En ce sens, l'étude de l'environnement des galaxies se révèle cruciale pour comprendre les mécanismes qui régissent leur formation et leur évolution. L'observation directe du CGM est toutefois assez délicate en raison de la chute de brillance des galaxies dans leurs régions externes. Sa détection est d'autant plus difficile pour les galaxies de l'Univers lointain. Quelques techniques existent pour contrecarrer cette difficulté : l'observation du CGM en absorption dans le spectre d'un quasar brillant situe sur la ligne de visée de la galaxie, ou sa détection statistique en combinant de nombreuses images de galaxies. Ces techniques ont toutefois de sévères limitations car elles ne donnent que des informations parcellaires sur le CGM. Je rapporte dans cette thèse la détection de gaz d'hydrogène froid autour de 145 galaxies (soit 80% des galaxies testees) peu massives, peu lumineuses et très distantes, émettant de l'émission Lyα. Longtemps utilisée pour son pouvoir de détection des galaxies lointaines, l'émission Lyα est maintenant utilisée comme un traceur du gaz froid du CGM, alors observable sous forme de "halos" Lyα. Notre échantillon constitue le plus grand échantillon de halos Lyα détectés individuellement autour de galaxies de faible masse et ce, à une époque pendant laquelle l'Univers est en pleine construction. Ces avancées ont été rendues possible grâce à l'incomparable sensibilité de l'instrument MUSE installé sur le "Very Large Telescope" au Chili il y a bientôt 4 ans. Seule une centaine d'heures de télescope dans la région du champ ultra profond de Hubble ont été nécessaires pour permettre la détection de halos Lyα. Nos résultats confirment la présence de grande quantité de gaz froid dans l'environnement immédiat des galaxies distantes. Ces observations étaient en effet prédites par les modèles théoriques et les simulations numériques. En plus d'être quasi-omniprésents autour des galaxies, les halos Lyα observés montrent une diversité (taille, flux, forme, profil de la raie d'émission, etc) particulièrement remarquable dans une région du ciel si restreinte (9_×9_). De plus, la possibilité d'analyser le CGM galaxie par galaxie et en trois dimensions permet maintenant d'étudier de manière directe l'impact de l'environnement sur la galaxie mais aussi l'évolution des propriétés du CGM avec les époques cosmiques. Notre grand échantillon de galaxies nous a permis de réaliser un traitement statistique robuste et de mettre en évidence que les propriétés stellaires des galaxies étudiées ne sont pas systématiquement liées à celles de l'émission Lyα. Enfin, d'après les modèles théoriques, nos observations (spectroscopiques) indiquent la présence de matière en expansion dans et/ou autour des galaxies. La présence d'accrétion de matière est, quant à elle, moins bien contrainte par nos données. Finalement, l'analyse décrite dans ce manuscrit rapporte des informations importantes et inédites sur les propriétés du CGM d'une population de galaxies relativement peu lumineuses et très abondantes dans l'Univers lointain / The circum-galactic medium (CGM) serves as the interface between galaxies and the larger structures within which they evolve. Composed primarily of cold hydrogen gas (also called primordial gas), the CGM is a major fuel source for star formation as material falls onto a galaxy from its surrounding halo. This suggests that star formation is in fact regulated by gas exchange between a galaxy and its vicinity. Thus, studying the surrounding environment of galaxies represents a crucial step in understanding the mechanisms governing their formation and evolution. Unfortunately, direct observation of the CGM is often quite difficult, since these regions are very faint. This task becomes even more challenging for galaxies in the distant Universe, though some techniques have been developed for this purpose. The CGM can be detected through absorption features in the spectrum of a more-distant quasar located along a galaxy’s line of sight or statistically, by stacking many images of galaxies together, in order to increase the overall S/N ratio of the sample. However, these methods are not ideal : both have severe limitations and only provide partial information about the CGM. In this thesis, I report the detection of cold hydrogen gas surrounding 145 low-mass, faint and very distant galaxies emitting Lyα photons (forming 80% of the total galaxy sample used in this work). While historically, Lyα emission was seen simply as a powerful tool for detecting distant galaxies, it is now possible to use it as a tracer of cold CGM gas in the form of Lyα halos. The sample presented here represents the largest collection ever compiled of individually-detected Lyα halos around normal star forming galaxies, observed in an epoch when the Universe was still forming. This achievement is possible thanks to the unrivaled sensitivity of the Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), a next-generation instrument installed on the Very Large Telescope (VLT). In particular, we need only 100 hours of telescope time to detect the presence of Lyα halos, a significant improvement over previous efforts. My results confirm the presence of large amounts of cold gas in the immediate vicinity of distant galaxies. While such results have been predicted by theoretical models and numerical simulations, this work provides some of the first direct observational evidence of this fact. Besides being quasi-ubiquitous around galaxies, the observed Lyα halos show a large diversity in physical properties which is particularly remarkable for such a small region of the sky (9_×9_). Moreover, the 3D galaxy-by-galaxy nature of my analysis allows me to study the direct impact of environment on galaxies, as well as the evolution of the CGM with cosmic time. With such a large sample, I am also able to perform a robust statistical analysis, highlighting the fact that the stellar properties of galaxies are not systematically linked to the Lyα ones. Finally, based on theoretical models, my (spectroscopic) observations indicate the presence of expanding materials inside and/or around the galaxies. However, the presence of galactic inflows are less constrained by the data. Taken as a whole, the analysis described in this thesis represents important, new information about the CGM properties of the relatively faint galaxies which make up the bulk of the galaxy population in the distant Universe. Therefore, this work should serve as a useful reference point as research into the CGM continues to advance

Il y a presque dix ans que l'accélération de l'expansion de l'Univers a été mise en évidence grâce aux observations des supernovae de type Ia et du fonds diffus cosmologique. Cette découverte a changé notre compréhension du contenu énergétique de l'Univers puisque pour expliquer une telle accélération, une composante supplémentaire de matière (effective ou non) est nécessaire et contribue à hauteur de 70%. Cette dernière est appelé «énergie noire». Elle affecte aussi bien les mesures de distance, que la croissance des sur-densités de matières primordiales qui donnent naissance aux structures. Les principales sondes sensibles à ces deux dernières quantités sont les supernovae de type Ia, les amas de galaxies, les lentilles gravitationnelles, et les oscillations acoustiques des baryons (BAO). Afin de contraindre précisément les modèles théoriques (Constante Cosmologique, modification de la théorie de la relativité générale par exemple) qui tentent de déterminer la nature de l'énergie noire, l'observation de chacune de ces quatre sondes est indispensable. Le niveau de précision sur la mesure des paramètres des modèles d'énergie noire requis est tel qu'une nouvelle génération d'instruments va voir le jour dans les années à venir avec notamment le télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope). Le télescope LSST dont le miroir primaire fait 8.4 mètres de diamètre, produira un sondage couvrant la moitié du ciel observable dans 6 bandes photométriques pendant 10 ans. Sa caméra sera la plus grosse caméra jamais construite dans le monde avec un plan focal de 3.2 milliards de pixels. Cette thèse présente à la fois un aspect expérimental et phénoménologique. Le travail présenté porte tout d'abord sur l'élaboration du banc d'étalonnage de la caméra de LSST, et des premières mesures optiques validant le schéma de principe du banc. Nous présenterons ensuite la simulation des BAO dédiée à LSST tentant de prédire à quelle précision les paramètres d'énergie noire pourront être contraint. L'accent est mis sur la production d'un catalogue photométrique de galaxies simulé ainsi que sur une méthode de calcul des redshifts photométriques. La validation de la méthode grâce à des données spectro-photométriques du CFHTLS est également présentée. / More than ten years ago, the accelerated expansion of the Universe was discovered, by type Ia supernovae, and then confirmed by other probes. This discovery has changed our understanding of the energetic content of the Universe. Indeed, in order to explain such an acceleration, a new component has to be introduced and it must contribute to 70% of the total energy density. This component, the so called Dark Energy, affects both cosmological distances and the growth of structures from which galaxies originates. The main cosmological probes of dark energy are the type Ia supernovae, the galaxy cluster count, the weak gravitational lensing and the baryon acoustic oscillations (BAO). In order to precisely constrain theoretical models, such as the cosmological constant, a modify gravity or a new scalar field, joint observations of all four probes are very efficient. The required accuracy on cosmological measurements is so high that a new generation of instruments is growing, among which the Large Synoptic Survey Telescope (LSST). The telescope, with a primary mirror of 8.4 m diameter, will cover half of the optical sky in six photometric bandpasses. Its camera will be the world biggest camera ever constructed with a focal plane array composed of 3.2 Gpixels. This thesis treats both the experimental and phenomenological aspects. Firstly, the work presented here consists in the development of the LSST camera calibration optical bench. We have designed a system allowing an efficient commissioning of the camera before its installation on the telescope, and a precise calibration of the focal plane. Preliminary measurements validating the design of the bench will be presented. Secondly, a detailed Baryon Acoustic Oscillations simulation dedicated to LSST will be introduced. Its main goal is to predict the level of precision on the dark energy equation of state parameter reconstruction that will be reached with LSST. We will stress on the production of a mock photometric galaxy catalog and on the photometric redshifts computation. A validation of the method on real spectro-photometric from CFHTLS will also be shown.

La spectrographie à champ intégral est une technique d'observation astronomique puissante permettant d'acquérir des informations spectrales en tout point d'une zone du ciel. Longtemps cantonnée, du fait du traitement spécifique qu'elle requiert, à des niches instrumentales, elle est maintenant disponible sur tous les grands télescopes. Naturellement, cette spectrographie dite " 3D " a d'abord été utilisée pour l'étude de sources étendues, essentiellement extra-galactiques. Elle a néanmoins de nombreux avantages pour l'observation de sources ponctuelles : qualité photométrique, soustraction du fond structuré, facilité d'acquisition, etc. J'ai ainsi contribué au développement à Lyon du " SuperNova Integral Field Spectrograph " (SNIFS), le premier et unique spectrographe à champ intégral dédié à l'observation spectro-photométrique des supernovæ proches. Dans la tradition des précédentes réalisations de l'Observatoire de Lyon, cet instrument est un spectrographe 3D à trame de micro-lentilles (15 × 15), offrant une couverture spectrale étendue (3200-10 000 Å) avec une résolution modérée ( R~2000) sur un champ de vue restreint (6,4 × 6,4 arcsec²). Même si la technologie mise en oeuvre est maintenant relativement classique, les ambitions en terme de précision spectro-photométrique sont élevées. Responsable de la production des données SNIFS, j'ai mis en place toute la chaîne automatisée de réduction et d'étalonnage s'appuyant sur une compréhension fine des détecteurs (non-linéarité aux bas flux, lumière diffuse), de l'instrument (extraction optimale, étalonnage spectro-spatial, etc.) et de l'atmosphère (spectro-photométrie de PSF, transmission atmosphérique, étalonnage en flux, etc.), pour des performances finales conformes aux exigences scientifiques. SNIFS constitue le coeur du projet " The Nearby Supernova Factory " (SNfactory), une collaboration internationale visant à étudier des supernovæ thermonucléaires (dites de type Ia, SNe Ia) proches (z < 0,1). Ces chandelles standards de portée cosmologique sont à l'origine de la découverte de l'expansion accélérée de l'Univers, et doivent maintenant permettre de préciser la nature de la mystérieuse " énergie noire " qui en serait la cause. Cependant, de nombreux aspects pratiques restent à étudier pour obtenir des contraintes cosmologiques fortes et indiscutables : quelle est la luminosité et la couleur intrinsèque des SNe Ia ? Existe-t-il différentes sous-catégories, et comment les identifier ? Quelle est la nature du progéniteur ? La collaboration SNfactory a acquis, depuis l'installation de SNIFS en 2004 sur le télescope de 2,2 m de l'Université d'Hawaï, plus de 200 séries temporelles de SNe Ia proches, totalisant plus de 3000 spectres étalonnés en flux avec une précision de 2-3 % selon les conditions atmosphériques. Cet échantillon unique, sans équivalent dans le reste du monde, nous permet de mieux comprendre la physique de ces objets (p.ex. existence de SNe dites " super-Chandraskhar "), de mettre en place de meilleures méthodes de standardisation (en particulier par l'étude des caractéristiques spectrales), de réduire les erreurs systématiques tant observationnelles que méthodologiques, d'étudier la relation entre les SNe et leur environnement galactique (propriétés globales ou locales), etc. Le projet SNfactory est illustratif des développements récents de la cosmologie observationnelle, entrée depuis 15 ans dans le domaine des mesures de précision. Après les expérimentations de découverte et de confirmation, de nombreux projets en préparation doivent permettre d'aborder la 3e phase, celle des observations de masse. Deux collaborations dominent les perspectives à 10 ans dans ce domaine : le Large Synoptic Survey Telescope et Euclid. L'expertise acquise dans la gestion d'un projet intermédiaire tel que SNfactory me permettra d'y contribuer efficacement.

Vers la fin des années 1990, l'utilisation des supernovae de type Ia (SNe Ia) comme indicateurs de distance a permis de mettre en évidence l'expansion accélérée de l'univers. Depuis lors, des campagnes d'observations de grandes envergures ont permis d'augmenter de façon significative le nombre de SNe Ia observées, mais les incertitudes systématiques liées à la qualité des échantillons de SNe Ia proches restent un facteur limitant sur la précision des mesures actuelles. C'est dans le but de réduire ces incertitudes que le projet the Nearby Supernova Factory (SNfactory), à l'aide d'un instrument spectro-photométrique dédié à l'observation des SNe Ia (the Supernova Integral Field Spectrograph), a collecté depuis 2004 plus de 3000 spectres de près de 200 SNe Ia proches. Une des limitations actuelles de leur utilisation, outre les aspects liés aux problèmes d'inter-calibration entre les différentes expériences, est celle du mélange des différentes composantes de leurs variabilités lors de la standardisation empirique de leur module de distance. Une meilleure séparation de ces composantes, ainsi que la découverte de nouveaux indicateurs de distance, font partie des améliorations que peut apporter un échantillon spectral de SNe Ia proches tel que celui de la collaboration SNfactory. Cette thèse de doctorat, effectuée à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon et au Lawrence Berkeley National Laboratory, s'inscrit directement dans cette problématique, en se concentrant sur la mesure d'indicateurs spectraux sur l'échantillon spectral de la collaboration Snfactory. Le plan de cette thèse est le suivant : La première partie présente le contexte scientifique ainsi que l'échantillon de SNe Ia de la collaboration SNfactory utilisé dans les analyses. La deuxième partie se concentre sur la méthode de mesure d'indicateurs spectraux appliquée à l'échantillon spectrale présenté, ainsi que sur une étude de leur sensibilité à l'extinction par le milieu interstellaire. La troisième partie est une étude des corrélations des indicateurs spectraux et de leur utilisation pour la standardisation des Sne Ia. Dans la dernière partie, une utilisation de ces indicateurs spectraux pour la détermination d'une loi d'extinction moyenne est présentée