Les planètes extrasolaires en orbite proche (Jupiter chauds ou Pégasides) sont soumises à de fortes interactions avec leur étoile: rayonnement, effets gravitationnels, flot de particules, champ magnétique. La planète, baignée dans le champ magnétique de son étoile tout au long de son orbite, peut déclencher des réactions en retour sur son étoile, qui se manifesteraient par exemple par une activité photosphérique induite ou une influence sur le champ magnétique stellaire par interactions de marée. Au cours de cette thèse, le suivi en spectropolarimétrie d'un échantillon d'étoiles hôtes de Jupiter chaud m'a permis d'étudier la structure et l'évolution de leur champ magnétique par imagerie Zeeman-Doppler. Les étoiles étudiées montrent des caractéristiques magnétiques similaires celles des étoiles froides sans Jupiter chaud. Mais pour la première fois, un cycle magnétique a été observé pour une autre étoile que le Soleil. Comparé au cycle magnétique solaire, ce cycle est accéléré, suggérant que la planète pourrait influencer l'étoile. J'ai également exploré un deuxième moyen d'étude de l'influence planétaire sur l'étoile: l'activité stellaire. En plus de ce travail observationnel, j'ai étudié le champ magnétique dans la couronne stellaire, par extrapolation des magnétogrammes de surface. J'ai pu calculer ainsi le budget énergétique au niveau de la planète, un ingrédient essentiel dans la prédiction de l'émission radio exoplanétaire effectué pendant cette thèse.

Depuis 1995, et la confirmation de la détection de la première planète extrasolaire, la détection directe et la caractérisation spectrale d'une exoplanète sont devenues l'un des challenges astronomiques actuels. Cependant, le fort contraste existant entre l'étoile et la planète, 10^9 dans le visible et 10^6 dans l'infrarouge thermique dans le cas d'une exoTerre ou d'une exoJupiter ainsi que la faible séparation entre les deux objets rendent cette détection directe difficile et requièrent des techniques et des instruments à la pointe de la technologie. Une solution à cette problématique est la coronographie. D'une manière générale, un coronographe est un instrument dont l'objectif est d'atténuer le flux de l'étoile centrale en diminuant la diffraction instrumentale J'ai étudié deux différents types de coronographes dans deux contextes totalement différents. J'ai tout d'abord étudié le coronographe de Lyot apodisé (ALC) destiné à l'instrument SPHERE (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch), instrument de seconde génération du VLT (Very Large Telescope) dédié à l'imagerie d'exoJupiter et dont la première lumière est prévue pour 2010. Je présente les différentes études relatives au développement de ce système coronographique menées lors de la post-phase A et la phase B de ce projet. Je me suis intéressé tout d'abord au composant novateur et important du coronographe de Lyot apodisé à savoir l'apodiseur, et, plus particulièrement, j'ai étudié par le calcul le chromatisme des propriétés optiques d'un apodiseur fabriqué par dépôt métallique d'un alliage d'Inconel sur un substrat de verre. Puis, afin de valider expérimentalement le concept et les procédés de fabrication retenus, j'ai ensuite caractérisé en laboratoire un premier prototype de coronographe de Lyot apodisé à 3λ/D sur le banc d'imagerie visible à très haute dynamique du laboratoire. J'ai ensuite participé aux études numériques de dimensionnement du prototype de l'ALC infrarouge susceptible d'être installé sur l'instrument. Je termine cette partie par la présentation des tests en laboratoire du prototype d'ALC infrarouge pour SPHERE, tests qui ont été réalisés sur le banc coronographique infrarouge du LESIA à l'Observatoire de Paris-Meudon. Le deuxième volet de ce manuscrit nous envoie dans un autre endroit particulier sur Terre sur un continent où les conditions atmosphériques sont quasi-spatiales : la station Concordia sur le plateau du Dôme C en Antarctique. C'est ici qu'a été implanté en décembre 2005, CORONA, le premier coronographe stellaire antarctique à couteaux de phase. Après une description de l'instrument et de ses motivations, je présente les tests en laboratoire du coronographe puis les résultats de la première lumière de l'instrument lors de la campagne d'été 2005 au Dôme C.

Depuis la découverte de la première exoplanète en 1995 par Mayor et Queloz, le nombre de planètes extrasolaires découvertes n'a cessé d'augmenter, pour dépasser les 1000 planètes à la fin de l'année 2013. Depuis le début des années 2000, la détection s'est accompagnée d'une volonté de caractérisation de l'atmosphère des exoplanètes. Les méthodes utilisées jusqu'ici sont la spectroscopie de transit primaire et l'étude des émissions thermiques en transit secondaire ou via l'étude des courbes de phase. L'objet de cette thèse s'inscrit dans cette recherche de caractérisation des atmosphères exoplanétaires, en s'intéressant à une méthode jusqu'ici inexplorée : l'analyse des émissions thermosphériques, i.e. les émissions de la haute atmosphère induites par les entrées énergétiques, flux extrême UV de l'étoile hôte et précipitations électroniques principalement. La première partie de cette thèse s'intéresse aux émissions thermosphériques de la Terre primitive avec une approche basée sur la modélisation. Le but étant la détermination des différentes émissions de la Terre à travers son histoire, afin de disposer de proxies pour la recherche et la caractérisation d'exoplanètes telluriques. Dans un premier temps nous avons calculé l'émission de l'atmosphère primordiale de la Terre irradiée par le Soleil jeune dans la raie Lyman Alpha. Nous avons montré que la raie planétaire, principalement formée par diffusion cohérente, montre un rapport d'émission avec le Soleil de l'ordre de 10-8, inaccessible aux observations, avec les instruments actuels ou de prochaine génération. Ce premier résultat nous à conduit à étudier la faisabilité d'une méthode indirecte de détection d'une couronne dense d'hydrogène autour d'une planète tellurique possédant une atmosphère de CO2 par les émissions des sous-produits de dissociation et d'ionisation de CO2. Les calculs menés sur la raie verte de l'oxygène (état O1S) et le doublet UV de CO2+ (état B2Σu+) ont montré que ces émissions présentaient des contrastes de l'ordre de 10^-12 avec le Soleil dans le cas d'une Terre primitive, et de l'ordre de 10^-6-10^-8 pour une planète tellurique proche d'une naine M. La conclusion générale des ces investigations est que les raies fines (atomiques ou moléculaires) des émissions thermosphériques sont trop faibles pour être détectées par les instruments actuels. Une voie possible serait l'étude des bandes d'émission moléculaires, qui nécessite une meilleure compréhension de la distribution en intensité des différentes bandes à travers le spectre, compréhension qui passe par l'étude expérimentale de ces émissions. C'est dans ce cadre que se situe la deuxième partie de cette thèse, qui s'intéresse à l'analyse spectroscopique de la Planeterrella, simulateur d'aurores boréales initialement développé à des fins pédagogiques. Nous avons réalisé une étude spectroscopique à basse et haute résolution de l'air, afin de caractériser les émissions présentes dans l'expérience d'une part, et aussi de disposer d'un spectre de référence qui servira à terme de test pour un code Monte Carlo développé pour étudier le dispositif expérimental, la caractérisation du dispositif constituant une étape nécessaire pour faire de la Planeterrella un objet d'étude scientifique. Enfin, la spectroscopie basse résolution du CO2 a été réalisée, avec des applications potentielles à Mars. / Since the discovery of the first exoplanet in 1995 by Mayor and Queloz, the number of extrasolar planets discovered has continuously grown up, to overtake 1000 planets at the end of 2013. Since the beginning of the 2000's, came with the detection the will to characterize the atmospheres of these exoplanets. Until now, the methods used are the primary transit spectroscopy and the study of the thermal emissions in secondary transit or using phase curves. The purpose of this thesis belongs to that search for characterizing exoplanetary atmospheres, by looking at a method unexplored until now: the study of the thermospheric emissions, i.e. emissions from the upper atmosphere induced by the energetic entries, mainly the extreme UV flux and the electronic precipitations. The first part of this thesis concerns the thermospheric emissions of the primitive Earth with an approach based on modeling. The goal is the determination of the several emissions of the Earth through its history in order to have proxies for the search and the characterization of telluric exoplanets. Initially we calculated the emission of the primary atmosphere of the early Earth under the young Sun in the Lyman Alpha line. We showed that the planetary line in mainly due to coherent diffusion and that the emission ratio between the planet and the Sun in this line is of about 10-8, far from the capabilities of current or next generation instruments. This first result lead us to study the feasibility of an indirect method to infer the presence of dense hydrogen corona surrounding a telluric planet with a CO2-dominated atmosphere, by studying its influence on the emissions of two CO2 by-products. The calculations carried out on the oxygen green line (O1S state) and the UV doublet of CO2+ (B2Σu+ state) showed that theses emissions present contrasts of about 10^-12 with the young Sun in the case of a primitive Earth, and of about 10^-6-10^-8 for a close-in telluric planet around a M dwarf. The general conclusion of the investigations is that the thermospheric emissions of thin (atomic or molecular) lines are too weak to be detected. A possible way could be the study of the molecular bands, of which emissions need to be better understood, especially concerning the intensity distribution of the several bands through the spectrum. This comprehension implies experimental studies of these emissions. The second part of this thesis lies in this scope and concerns the spectroscopic analysis of the Planeterrella, an aurora borealis simulator initially designed for outreach purpose. We made a spectroscopic study at low and high resolution with air, in order to characterize the emissions existing in the experiment, and also to have a reference spectrum which will be a final test for a Monte Carlo code developed to study the experimental device, the characterization of this device being a necessary step for the Planeterrella to become suitable for scientific purpose. Finally, we made a low resolution spectroscopic study of carbon dioxide, with potential applications to Mars.

Dans l'état actuel des techniques de détection des exoplanètes, aucune planète tellurique du Système Solaire ne pourrait être détectée et pourtant leur présence est une contrainte très forte sur les scénarios de formation des systèmes planétaires. L'astrométrie, en mesurant l'effet reflex des planètes sur leur étoile centrale, permet de remonter à la masse des planètes et aux paramètres orbitaux. C'est une technique très utilisée pour la détermination des masses et des orbites des étoiles binaires et couronnée de succès. Il est nécessaire d'aller dans l'espace pour atteindre les précisions nécessaires pour détecter toutes les planètes jusqu'aux masses telluriques. Le Laboratoire est engagé dans un projet qui a été proposé à l'ESA dans le cadre de l'appel à mission M3 de Cosmic Vision et qui a pour objectif de recenser toutes les planètes de notre voisinage solaire. Le principe est d'utiliser l'astrométrie différentielle pour compléter les mesures obtenues par les autres techniques afin de descendre le seuil de détection et de caractérisation au niveau de la masse terrestre dans la zone habitable de chaque système. Nous voulons explorer de façon exhaustive toutes les étoiles de type solaire (type spectral FGK) jusqu'à 20pc de notre Soleil. Le concept du satellite repose en l'état actuel de l'étude sur du vol en formation avec un satellite portant le miroir et un satellite portant le plan focal. La mesure est faite par une métrologie à base interférométrique.Le sujet de la thèse consiste à avancer d'une part sur la définition du cas scientifique et d'autre part sur la spécification de l'instrument et des procédures d'observation. En ce qui concerne le cas scientifique, il s'agit d'établir une stratégie d'observation optimale pour recenser et caractériser de manière exhaustive tous les systèmes planétaires de notre voisinage. A l'aide de simulations numériques, l'étudiant pourra établir une stratégie de réduction des données permettant de remonter aux paramètres des orbites planétaires. Il s'agira aussi de participer à l'établissement du budget d'erreur de l'instrument et à la définition des modes d'observation. L'étudiant sera aussi mené à mettre en œuvre des tests de performance de la mesure dans le cadre d'une étude expérimentale. Cette thèse se déroulera dans le cadre de la collaboration européenne sur le sujet et des contacts seront aussi tissés avec nos collègues du JPL qui maitrisent la métrologie. / With the present state of exoplanet detection techniques, none of the rocky planets of the Solar System would be detected and indeed their presence is a very strong constraint on the scenarios of the formation of planetary systems. Astrometry by measuring the reflex effect of planets on their central host stars, lead us to the mass of planets and to their orbit determination. This technique is used frequently and is very successful to determine the masses and the orbits of binary stars. However it is necessary to go to space to reach the precision required to detect all planets down to the telluric regime.We are proposing a mission to ESA in the framework of the call for M3 mission in the Cosmic Vision plan whose objective is to make a full census of all exoplanets in our Solar neighborhood. The objectif is to use differential astrometry to complete the measurements obtained by other techniques in order to lower the threshold of detection and characterization to the level of an Earth mass in the habitable zone of each system. We want to explore in an exhaustive manner all solar-type stars (FGK spectral type) up to 20pc from the Sun. The satellite concept is based on formation flying technology with a satellite carrying a single primary mirror and another satellite carrying the focal plane. The measure is done using laser metrology using interferometry.The topic of the thesis consists in making progress on the definition of the science case and on the specification of the instrument and the observing procedures. Concerning the science case, an optimized observing strategy has to be defined to exhaustively detect and characterize all planetary systems in the solar neighborhood. Using numerical simulations, the student will establish a strategy for data reduction that allows him to fit all orbital parameters of the systems. A participation to the computation of error budget of the instrument and to the definition of observing modes is expected too. The candidate can also carry out performance tests using existing testbeds or developing new ones. This thesis will take place in the framework of the European collaboration on this topic and contacts will be made with our JPL colleagues who master the metrology technique.

Cette thèse traite de la détection d’exoplanètes et des propriétés statistiques de leurs orbites. Nous présentons d'abord de nouveaux développements dans la technique de microlentille gravitationnelle. Nous étudions les potentialités de découverte de systèmes inhabituels, comme des planètes flottantes, par des satellites en orbite autour de la Terre. Nous proposons ensuite deux nouvelles approches à la reconstruction d’images, ce qui pourrait mener à un gain de temps important dans l’interprétation des données d’observation. Nous redécouvrons d’abord le résultat peu connu de Asada (2002), en démontrant que l’équation bidimensionnelle des lentilles peut être réécrite en termes de systèmes triangulaires grâce au théorème de Labatie. Cela permet de résoudre une seule équation polynomiale réelle, au lieu de l’équation complexe habituelle. Nous proposons ensuite une nouvelle technique de reconstruction d’images basée sur la résolution d’un système d’équations différentielles ordinaires. Dans la deuxième partie de la thèse, nous faisons un premier pas vers une théorie statistique des architectures planétaires. Nous montrons que l’ensemble microcanonique de la dynamique séculaire dans le système solaire permet d’estimer assez précisément la densité de probabilité des paramètres orbitaux des planètes. Comme la dynamique future de nos planètes ne diffère pas essentiellement de l’excitation gravitationnelle à la quelle sont sujettes les exoplanètes dans la dernière phase de leur formation, un tel résultat constitue un indice préliminaire mais précieux de l’efficacité d’une approche statistique aux architectures planétaires. / This thesis deals with exoplanet detection and the statistical properties of planetary systems. In the first part of the dissertation, we present new developments in the technique of gravitational microlensing. We explore the potentialities of geosynchronous and low Earth orbit satellites to discover unusual systems, such as rogue planets and miniature planetary systems around low-mass brown dwarfs. We then propose two new approaches to image reconstruction, which could result in a precious speed-up when interpreting observational data. We first rediscover the not-well-known result of Asada (2002), demonstrating that the two-dimensional lens equation can be rewritten in terms of triangular systems via Labatie’s theorem. That allows to solve basically a single real polynomial equation, instead of the usual complex one. We then propose a technique of image reconstruction based on the resolution of a system of ordinary differential equations. This turns out to have a number of advantages, among them a straightforward application to the general case of N point-mass lenses. In the second part of the thesis, we take a first step towards a statistical theory of planetary architectures. We show that the microcanonical ensemble of secular dynamics in the solar system provides a very good guess of the probability density of the planet orbital elements over Gyr timescales. Since the future dynamics of our planets is essentially analogue to the gravitational excitation undergone by exoplanets during the final, gas-free phase of their formation, such a result constitutes a preliminary but valuable hint of the effectiveness of a statistical approach to planetary architectures.

Les Jupiters chauds sont des exoplanètes si proches de leur étoile que leur atmosphère peut perdre du gaz par échappement hydrodynamique. Les géantes gazeuses qui transitent sont un excellent moyen de comprendre ce processus, mais il faut étudier d'autres types de planètes pour déterminer son impact sur la population exoplanétaire. Cette thèse propose d'utiliser la spectroscopie du transit pour observer l'atmosphère de plusieurs planètes, étudier leurs propriétés et caractériser l'échappement hydrodynamique. Des raies de l'ultraviolet observées avec le télescope Hubble sont analysées avec le modèle numérique de la haute atmosphère que nous avons développé. Grâce à la raie Ly-? nous mettons en évidence les interactions énergétiques et dynamiques entre l'atmosphère des Jupiters chauds HD209458b et HD189733b et leurs étoiles. Nous étudions la dépendance de l'échappement à l'environnement d'une planète et à ses propriétés physiques, en observant une super-Terre et un Jupiter tiède dans le système 55Cnc. Grâce à des observations de HD209458b nous montrons que les raies du magnésium permettent de sonder la région de formation de l'échappement. Nous étudions le potentiel de la spectroscopie du transit dans le proche UV pour détecter de nouveaux cas d'échappement. Ce mécanisme est favorisé par la proximité d'une planète à son étoile, ce qui rend d'autant plus important la compréhension des processus de formation et de migration, qui peuvent être étudiés par l'alignement d'un système planétaire. Grâce à des mesures des spectrographes HARPS-N et SOPHIE nous étudions les alignements de 55Cnc e et du candidat Kepler KOI-12.01, dont nous cherchons aussi à valider la nature planétaire. / Hot Jupiters are exoplanets so close to their star that their atmosphere can lose gas because of hydrodynamic escape. Transiting gaseous giants are an excellent way to understand this mechanism, but it is necessary to study other types of planets to determine its impact on the exoplanetary population. This thesis aims at using transit spectroscopy to observe the atmosphere of several exoplanets, to study their properties and to contribute to the characterization of hydrodynamic escape. UV lines observed with the Hubble telescope are analyzed with the numerical model of upper atmospheres we developed. Using the Ly-? line we identify energetic and dynamical interactions between the atmospheres of the hot Jupiters HD209458b and HD189733b and their stars. We study the dependence of the escape on the environment of a planet and on its physical properties, through the observation of a super-Earth and a warm Jupiter in the 55 Cnc system. Using observations of HD209458b, we show that magnesium lines are a window on the region of formation of hydrodynamic escape. We study the potential of transit spectroscopy in the near-UV to detect new cases of atmospheric escape. This mechanism is fostered by the proximity of a planet to its star, which makes it even more important to understand the formation and migration processes that can be traced in the alignment of a planetary system. Using measures from the spectrographs HARPS-N and SOPHIE we study the alignments of 55 Cnc e and the Kepler candidate KOI 12.01, whose planetary nature we also seek to validate.

Depuis la découverte de la première planète orbitant une étoile de la séquence principale autre que le Soleil en 1995, ce champ de recherche a connu une croissance vertigineuse, tant au niveau des observations, que des modèles théoriques développés en parallèle. Même si la formation et l’évolution des systèmes planétaires restent encore mal comprises dans leur globalité, Il est à peu près certain que les planètes se forment dans des disques protoplanétaires et interagissent avec ces derniers durant la phase primordiale de leur évolution. Cette thèse s’attache à décrire certains aspects de ces interactions. Parmi les problèmes soulevés par les nombreuses observations d’exoplanètes, on peut citer l’existence des Jupiter chaudes, géantes gazeuses dont la révolution autour de leur étoile s’effectue en quelques jours à peine. Il est communément admis qu’elles se sont formées dans les parties externes du disque, pour ensuite migrer vers l’intérieur. Cependant , les processus de migration restent encore débattus. On pourra aussi noter qu’un nombre important de planètes détectées, notamment par la méthode des vitesses radiales, présentent de fortes excentricités. Cette observation contraste avec celle de notre propre Système Solaire, où les planètes géantes ont des orbites quasi-circulaires. Cette distribution d’excentricités témoigne probablement d’une certaine richesse dans les interactions dynamiques entre les planètes d’un même système. Un autre résultat majeur des quelques dernières années est l’observation de planètes à faible période orbitale dont l’orbite n’est pas alignée avec l’axe de rotation de leur étoile. Cette observation pourrait potentiellement remettre en question l’idée selon laquelle ces planètes acquièrent leur faible période par le biais de la migration au sein du disque. Par conséquent, il est important de pouvoir différencier quelles sont les caractéristiques observationelles des exoplanètes qui sont le fruit de leurs interactions mutuelles, et celles qui peuvent être expliquées lors de la phase d’interaction avec le disque protoplanétaire. D’une part, cela permet d’imposer des contraintes sur la physique des disques protoplanétaires. D’autre part, il est intéressant de savoir à quoi ressemble le système de planètes une fois que le disque se dissipe, et à quelles conditions intiales peut-on s’attendre lorsque les planètes commencent à interagir entre elles sans la présence du disque. Par exemple, est-il possible pour une ou des planètes d’acquérir de l’excentricité et de l’inclinaison au sein du disque, et de les maintenir par la suite. De plus, il est certain que le disque domine l’évolution des planètes au stage primordial de leur vie, mais jusqu’à quel point cela limite-t-il les interactions entre les planètes ? / Since the discovery of the first planet orbiting a main-sequence star outside the solar system in 1995, the field of exoplanet studies has grown rapidly, both from the observational and theoretical sides. Despite the fact that we are still lacking a global picture for the formation and evolution of planetary systems, it is now commonly accepted that planets form in protoplanetary discs and interact with them in the early stages of their evolution. This thesis aims at studying some of these interactions. The observations of extrasolar planets have brought several puzzling results to the attention of the community. One of them is the existence of hot Jupiters, giant gaseous planets which orbit their parent star with a period of a few days only. The commonly accepted scenario is that they formed in the outer parts of the disc and migrated inward. Furthermore, a significant number of planets detected so far, especially by the method of radial velocities, have high eccentricities. This is in contrast with our own solar system where giant planets have quasi-circular orbits. Such a distribution of eccentricities may be the signature of strong dynamical interactions between the different components of a same planetary system. Finally, there are short-period planets whose orbits is misaligned with the axis of rotation of their host star, which could possibly argue against the smooth migration of planets in their disc. Therefore, it is important to disentangle between the orbital characteristics that planets acquired through mutual dynamical interactions, and the ones they acquired when they interacted with the disc. Firstly, it gives constraints on the physical parameters of protoplanetary discs. Secondly, it is interesting to know the properties of the system of planets after the disc has dissipated, and what sort of initial conditions one can expect when planets start to interact freely one with each other. For instance, one can ask if it is possible for planets to reach large eccentricities and inclinations when the disc was still present, and whether they could maintain them or not.

Ce travail porte principalement sur la dynamique et les méthodes de détection des exoplanètes coorbitales. Nous appelons "coorbitale" toute configuration pour laquelle deux planètes orbitent avec le même moyen mouvement moyen autour d'une même étoile. Dans un premier temps, nous revisitons les résultats du cas coplanaire circulaire. Nous rappelons également que les variétés des coorbitaux circulaires et celle des coorbitaux coplanaires sont toutes deux invariantes par le flot du Hamiltonien moyen. Nous nous intéressons donc à ces deux cas particuliers. L'accent est mis sur le cas coplanaire (excentrique), où nous étudions l'évolution de familles d'orbites quasi-périodiques de dimension non maximale en fonction de l'excentricité des planètes. Nous montrons que la géométrie des ces familles dépend fortement de l'excentricité, ce qui entraine des changements de topologie importants dans l'ensemble de l'espace des phases à mesure que celle-ci augmente. Un chapitre est dédié à la détection des exoplanètes coorbitales. On y rappelle les différentes méthodes de détection adaptées au cas coorbital. On développe particulièrement le cas des vitesses radiales, ainsi que leur combinaison avec des mesures de transit. Enfin, on décrit une méthode permettant d'étudier l'effet de perturbations orbitales sur les résonances spin-orbite d'un corps indéformable. Nous appliquons cette méthode dans deux cas: le cas coorbital excentrique, et le cas circumbinaire. / This work focuses on the dynamics and the detection methods of co-orbital exoplanets. We call "co-orbital" any configuration in which two planets orbit with the same mean mean-motion around the same star. First, we revisit the results of the circular coplanar case. We also recall that the manifold associated to the coplanar case and the manifold corresponding to the circular case are both invariant by the flow of the averaged Hamiltonian. We hence study these two particular cases. We focus mainly on the coplanar case (eccentric), where we study the evolution of families of non-maximal quasi-periodic orbits parametrized by the eccentricity of the planets. We show that the geometry of these families is highly dependent on the eccentricity, which causes significant topology changes across the space of phases as the latter increases. A chapter is dedicated to the detection of co-orbital exoplanets. We recall the different detection methods adapted to the co-orbital case. We focus on the radial velocity technique, and the combination of radial velocity and transit measurements. Finally, we describe a method to study the effect of orbital perturbations on the spin-orbit resonances for a rigid body. We apply this method in two cases: the eccentric co-orbital case and the circumbinary case.

Lorqu'une étoile a des compagnons planétaires, elle décrit un mouvement quasi épicycloïdal autour du centre de masse du système. Si l'orientation du plan de l'orbite le permet, un observateur situé sur la Terre peut détecter la composante de ce mouvement sur la ligne de visée grâce à l'effet Doppler. Il mesure ainsi la ``vitesse radiale de l'étoile''. Si cette vitesse présente des variations périodiques suffisamment claires, la présence de planètes peut être inférée et leurs orbites contraintes. Une des difficultés de l'analyse de telles mesures est qu'une combinaison de signaux de plusieurs planètes et de divers bruits peut être confondue avec l'effet d'une planète en réalité inexistante. Après avoir présenté les effets à prendre en compte pour analyser des données de vitesses radiales, nous abordons ce problème. Pour limiter son occurrence, nous utilisons un algorithme de poursuite de base modifié, dont on démontre l'efficacité sur des signaux réels et simulés. Nous abordons ensuite le problème de l'estimation des paramètres orbitaux pour un système donné ainsi que leur distribution pour une population de planètes. On s'intéresse en particulier à l'excentricité, dont on montre qu'elle est d'autant plus surestimée que le modèle du signal est mauvais. Nous proposons des solutions pour une estimation robuste des paramètres orbitaux. / When a star is orbited by planetary companions, it describes a nearly epicyclic motion around the center of mass of the system. When the orientation of the orbital plane is appropriate, an observer on Earth can measure the velocity of the star along the line of sight by Doppler effect. If this ``radial velocity'' presents clear enough periodic variations, the presence of planets can be inferred and their orbit can be constrained. Detection and estimation of orbits is made difficult by the photon noise, the unpredictable variations of luminosity of the star as well as instrumental faults. In particular, signals from several planets can add coherently with the noises and mimic the effect of a planet absent from the system. After listing the relevant effects to make inference on exoplanets from radial velocity data, we tackle this problem. To limit its rate of occurrence, we use a modified basis pursuit algorithm, allowing to search for several signals simultaneously. The efficiency of the method is demonstrated on real and simulated signals. We then address the problem of orbital parameters estimation for a given system, as well as the estimation of their distribution on a planet population. We look in detail at the eccentricity, and show that its overestimation increases as the model moves away from the correct one. We suggest methods for robust inference of orbital parameters.

Avec la découverte d'anciens réseaux de rivières sur Mars et la détection de planètes telluriques tempérées autour d'étoiles voisines, nous disposons à présent d'un terrain de jeu formidable pour explorer si la vie est abondante ou rare dans l'Univers. Mon travail de thèse vise à mieux comprendre les conditions dans lesquelles une planète peut maintenir de l'eau liquide - substrat essentiel de la vie - à sa surface. À l'aide de modèles numériques de climat 3-D, et de calculs et mesures spectroscopiques, j'ai mené pendant ma thèse deux enquêtes. Premièrement, j'ai exploré les climats passés de Mars, pour comprendre comment se sont formées les énigmatiques rivières martiennes. À part la Terre, Mars est la seule planète qui a été habitable, mais nous ne savons toujours pas pourquoi. J'ai montré que les évènements extrêmes (formation des vallées de débâcle, impacts de météorites) qui ont pourtant profondément marqué la surface de Mars ne peuvent pas expliquer à eux seuls la formation de ces réseaux fluviaux. Mes travaux de thèse ont également permis d'établir que la présence de gaz à effet de serre réduits (hydrogène, méthane) offre une solution alternative prometteuse. Deuxièmement, j'ai étudié les atmosphères possibles des exoplanètes solides et tempérées, notamment celles orbitant autour de petites étoiles comme Proxima et TRAPPIST-1. J'ai montré que certaines de ces planètes ont des caractéristiques très favorables à la présence d'eau liquide en surface. Ce résultat est d'autant plus prometteur qu'il sera possible - comme démontré dans ma thèse pour le cas de la planète Proxima b - de caractériser l'atmosphère de ces planètes avec les futurs télescopes JWST et ELTs. / Ancient rivers and lakes discovered on Mars. Numerous temperate, Earth-sized exoplanets detected around nearby stars. Thanks to ground and space-based telescope observations and Solar System exploration missions, we now have a fantastic playground to explore how prevalent life is in the Universe. The main goal of my thesis work is to better understand the conditions necessary for a planet to maintain liquid water - a primary building block for life - on its surface. Using 3-D numerical climate models, as well as spectroscopic calculations and measurements, I conducted two major investigations during my thesis. First, I explored the environments of ancient Mars at multiple epochs in order to understand the conditions in which the enigmatic Martian rivers were carved. Apart from Earth, Mars is the only planet that has been habitable, but we don't know why. I showed that extreme events (outflow channel formation, meteoritic impacts) that scarred the surface of Mars cannot explain the formation of these valley networks. Nonetheless, I showed that the presence of reducing greenhouse gases such as hydrogen and methane offers a promising alternative solution. Secondly, I studied the possible atmospheres of solid, temperate exoplanets, with a particular focus on those orbiting small stars such as Proxima Centauri and TRAPPIST-1. I showed that some of these planets have characteristics that are highly favourable to the presence of liquid water on their surface. This result is really promising as it will be soon become possible - as demonstrated in my thesis for Proxima b - to characterize the atmosphere of these planets with the future JWST and ELTs astronomical observatories.