La formation des étoiles est au coeur du cycle d'évolution des galaxies. A partir de leur réservoir de gaz (et de son remplissage éventuel par accrétion ou fusion), des étoiles se forment à un taux appelé par définition le taux de formation Stellaire (soit SFR pour Star Formation Rate en anglais), avec un impact énorme sur de nombreux aspects de l'évolution des galaxies. Cette HDR présente tout d'abord le formalisme de la formation stellaire (SFR, IMF), quelques suggestions théoriques concernant les phénomènes affectant le SFR sur diverses échelles spatiales dans les galaxies, les méthodes de détermination empirique du SFR à partir d'observables. Une partie importante est dédiée aux "lois" de formation stellaire (e.g. loi de Schmidt) sur diverses échelles (loi locale, loi radiale, loi globale). Finalement, la dernière partie concerne les plus grandes échelles (évolution du SFR "cosmique" et effet d'environnement.

La compréhension des mécanismes de formation et d'évolution des galaxies dans un cadre cosmologique demeure un grand défi de l'astrophysique moderne. En particulier, la contribution des processus de fusion lors de l'assemblage cosmologique de masses est encore mal comprise. Dans ce contexte, l'étude du support dynamique des galaxies est un moyen permettant de contraindre les différents scénarios d'évolution. Dans une première partie, je présente ma contribu- tion à l'analyse cinématique des galaxies de l'échantillon MASSIV composé de 83 galaxies jeunes...

La détection des modes B primordiaux de polarisation du fond diffus cosmologique est un des défis majeurs de la cosmologie contemporaine. Leur mesure permettrait de contraindre les modèles d'inflation, cette phase d'expansion accélérée qui aurait eu lieu aux tout premiers instants de l'Univers. Le projet QUBIC, une des nombreuses expériences en compétition, s'appuie sur une technologie particulièrement innovante, l'interférométrie bolométrique. Cette thèse expose les travaux qui ont permis d'établir l'architecture de cet instrument. Nous introduisons un formalisme permettant d'étudier comment les observables d'intérêt peuvent être mesurées et obtenons une formule analytique donnant la sensibilité de l'instrument. Nous déterminons les caractéristiques instrumentales devant être satisfaites par chacun de ses composants en vue de le rendre compétitif. Nous démontrons en particulier que seule une distribution hautement redondante des récepteurs (cornets) permet d'atteindre une sensibilité optimale. Nous étudions l'effet de lissage engendré par la largeur de bande spectrale des détecteurs et estimons la dégradation de sensibilité en résultant. Nous proposons par ailleurs des architectures alternatives d'interféromètre bolométrique ; l'une d'entre elles (avec lame demi-onde en rotation et sans déphaseurs contrôlés) est devenue l'architecture standard de l'instrument QUBIC. Nous mettons enfin à jour une méthode prometteuse d'auto-calibration de l'instrument qui est selon nous amenée à devenir un argument majeur en faveur de l'interférométrie bolométrique. Nos travaux ont donné lieu à plusieurs publications, reproduites en annexe de cette thèse.

L'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) est la distorsion du spectre du fond diffus cosmologique (CMB) due à la diffusion des photons du CMB sur les électrons du gaz intra-amas par effet Compton inverse. Bien qu'ayant été découvert à la fin de années 1960, cet effet commence tout juste à être utilisé : l'exploitation de nombreux instruments débute aujourd'hui ou en est sur le point conduisant ainsi à la réalisation de sondages d'amas plus importants que tout ce qui existe à l'heure actuelle. Cependant, l'utilisation des amas observés grâce à l'effet SZ en tant que sondes cosmologiques nécessite la combinaison de ces données avec les observations X. Afin d'estimer les capacités de différents instruments X et SZ et les caractéristiques des catalogues résultants de la combinaison de leurs données, j'ai constitué un modèle pour ces deux signaux, contraint par un grand nombre d'observations X. Il permet alors de simuler des programmes d'observation réalistes. A titre d'exemple d'applications réalisables avec ce modèle, j'ai d'une part comparé les propriétés des catalogues constitués avec les satellites Planck et ROSAT et, d'autre part, estimé les capacités du satellite XMM-Newton à faire un suivi des amas les plus chauds et distants parmi ceux découverts par Planck, i.e. les plus pertinents d'un <br />point de vue cosmologique.

Le spectromètre magnétique AMS sera installé sur la station spatiale internationale ISS en 2003. Il sera en particulier équipé d'un imageur d'anneaux Tcherenkov à focalisation de proximité (RICH). Après une présentation des objectifs de recherche de la collaboration internationale AMS et de son détecteur, une étude détaillée du fonctionnement et des performances des RICH à focalisation de proximité est proposée. Le travail se poursuit par une étude par simulation du rayonnement cosmique nucléaire attendu dans AMS grâce au RICH. La thèse rapporte ensuite le travail mené sur le prototype d'imageur conçu, développé et testé à l'Institut des Sciences Nucléaires de Grenoble, de 1997 à 1999. Le fonctionnement du détecteur et son étalonnage est expliqué. Le travail se poursuit par l'analyse des données prises pendant les campagnes de tests au moyen des rayons cosmiques au sol et sur faisceau d'ions, auprès de l'accélérateur de GSI-Darmstadt (Allemagne). Les données expérimentales sont comparées aux résultats du programme de simulation. Enfin, les résultats d'une campagne de test simulant la détection de particules " Albedo " sont présentés et interprétés.

Cette thèse d'habilitation consiste en trois petits articles de revue indépendants, couvrant mes activités passées au sein du groupe de cosmologie du LPNHE. Le premier chapitre est consacré à la mesure de l'histoire de l'expansion cosmique avec des supernovae de type Ia (SNe Ia). Les techniques de détermination de distance de luminosité mises en oeuvre au sein du Supernova Legacy Survey (SNLS) sont détaillées. Les résultats de l'analyse des trois premières années de données du SNLS sont présentés. Le second chapitre traite d'un ingrédient essentiel de ce type d'analyse, à savoir la calibration photométrique des imageurs grand-champ utilisés pour mesurer le flux des supernovae. Les techniques développées pour la calibration du survey SNLS (Regnault et al, 2009), puis quelques années plus tard pour l'intercalibration des surveys SNLS et SDSS-II (Betoule et al, 2013) sont présentées en détail. Enfin, le dernier chapitre présente les nouveaux projets de calibration instrumentale imaginés par plusieurs équipes dans le monde. Dans notre exposé, l'accent est mis sur le projet de calibration DICE, développé par le groupe du LPNHE. Au coeur de DICE est une source de calibration multi-longueur d'onde ultra-stable, réalisée au laboratoire, et testée notamment auprès du Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT, Mauna Kea, Hawaii).

Durant ce travail, nous nous sommes intéressé à l'impact, dans les galaxies naines, qu'ont les étoiles massives formées lors d'un sursaut de formation stellaire. Deux aspects de ce problème, différents mais complémentaires, ont été abordés: d'une part, l'incidence du sursaut sur la dynamique du milieu interstellaire, à travers l'émission de la raie Lyalpha, et d'autre part l'influence de ces sursauts sur l'évolution chimique de ces objets. En effet, lors d'un épisode violent de formation stellaire, les étoiles massives ionisent fortement le gaz environnant, donnant normalement lieu à des émissions de photons Lyalpha et Halpha dont le rapport des quantités peut être évalué de façon théorique. Toutefois, les premières observations de l'émission Lyalpha dans des galaxies à sursaut ont révélé un apparent déficit de ces photons par rapport à l'émission Halpha observée. Attribué initialement à l'effet conjugué de la diffusion résonante dans le gaz neutre et de la destruction des photons Lyalpha par les poussières, nous avons pu confirmer, en nous basant sur la comparaison des profils des ces deux raies, observées au sol et dans l'espace avec le télescope spatial, que la dynamique du gaz, contrôlée par l'énergie mécanique libérée par les étoiles massives, était également un facteur déterminant pour l'émergence de la raie Lyalpha. Tout particulièrement, nous avons pu montrer que si l'on négligeait l'effet de la dynamique de la matière interstellaire, l'apparent déficit en photons Lyalpha pouvait être expliqué en invoquant, vraisemblablement à tort, une loi et un coefficient d'extinction élevés, mais qu'en revanche, la prise en compte des effets dynamiques, indique que les photons Lyalpha émergent principalement de régions de faible extinction. D'autre part, les étoiles massives, formées lors d'un sursaut, rejettent dans le milieu interstellaire les métaux qu'elles ont synthétisées, contribuant ainsi à son enrichissement. Afin d'étudier les échelles spatiales et temporelles de cet enrichissement, nous avons obtenu un spectre à longue fente de la galaxie naine IZw 18, objet présentant la particularité d'être le plus sous-abondant de l'univers local. Ces observations profondes (14 heures de pose !) ont révélé une abondance en oxygène extrêmement homogène à une échelle de plus de 600 pc, suggérant, en accord avec les résultats concernant d'autres galaxies à sursaut, que l'enrichissement dû aux étoiles massives actuelles n'était pas encore visible. L'hypothèse la plus probable semble que les métaux éjectés par les étoiles massives, sous forme de vents stellaires et éjectas de supernovae, demeurent, dans les premiers temps du sursaut, dans une phase chaude et peu dense, rayonnant dans le domaine X (mais pas en optique), et ne se mélangent pas immédiatement au milieu interstellaire environnant. En nous aidant d'un modèle d'évolution spectrophotométrique couplé à l'évolution chimique des galaxies, nous avons étudié différents scénarios d'histoire de formation d'étoiles dans IZw 18. La possibilité d'une éjection hors de la galaxie des métaux rejetés par les étoiles massives, voire par les étoiles de masses intermédiaires, a été étudiée. Si les abondances en carbone et oxygène observées dans IZw 18 résultent uniquement d'un enrichissement par des sursauts de formation d'étoiles, au plus 60 à 70 % des métaux produits par les étoiles de toute masses doivent être ainsi perdus. Nous avons également montré qu'une formation stellaire continue, mais de très faible intensité, durant les périodes inter-sursaut devait être prise en compte, et que ce mode de formation d'étoiles ne pouvait être négligé lorsque l'on s'intéresse aux objets de très faible métallicité. En particulier, les abondances mesurées dans IZw 18 pourraient ne provenir que de ce type de formation stellaire si celle-ci s'est maintenue pendant un temps de Hubble. Le sursaut actuel serait alors le premier, mais une formation d'étoiles faible et lente aurait commencée il y a plusieurs milliards d'années. Nous avons également montré que les galaxies à faible brillance de surface pouvaient être les contreparties en phase "calme" des galaxies à sursaut et que la possible augmentation de la métallicité minimale des systèmes absorbants Lyman alpha quand le décalage spectral diminue pouvait être le résultat d'une formation stellaire continue, mais très faible, qui contribuerait à augmenter régulièrement le contenu en métaux de la matière interstellaire.

This work presents several works related to the impact of neutrinos in cosmology. We study the impact on the Cosmic Microwave Background of several neutrino-related parameters (mass, abundance, neutrino-antineutrino asymmetry, non-thermal distorsions, non-standard couplings with other species, mass and abundance of additional sterile neutrinos). We present new numerical methods for computing these effects efficiently. We use current data to derive several new bounds on these parameters, and finally, we study the sensitivity of future cosmological experiments to these quantities.

Alors qu???un nombre grandissant d???acteurs font leur entr??e dans le domaine spatial et que leurs int??r??ts pour l???espace extra-atmosph??rique augmentent, ils doivent faire face ?? des probl??mes de plus en plus nombreux, dont celui des d??tritus orbitaux, cette masse de d??chets cr????e par l???humain qui prend place dans les orbites terrestres. Posant un r??el danger pour les futurs vols habit??s vers l???espace, mena??ant du m??me coup l???exploration spatiale et la pr??sence de l???humain dans l???espace, cette probl??matique suscite ??galement l???inqui??tude sur Terre quant aux retomb??s dans l???atmosph??re. Elle prend d???autant plus d???ampleur lorsque l???on se questionne sur un aspect fondamental, mais toujours sans r??ponse, du domaine spatial : la gouvernance de l???espace extra-atmosph??rique. La question g??n??rale de recherche qui guide ce m??moire est donc : ?? Quelle gouvernance pour l???espace extra-atmosph??rique? ??. Ce m??moire analyse la gouvernance de l???espace extra-atmosph??rique ?? partir d???un triple questionnement : Qui en sont les acteurs? Quels sont leurs int??r??ts? Et enfin, comment l???espace extra-atmosph??rique est-il gouvern??? Les r??ponses ?? ces questions mettent en lumi??re une confrontation entre deux approches th??oriques des relations internationales. En effet, les caract??ristiques sp??cifiques de l???action humaine dans cet environnement am??nent la perspective r??aliste et la perspective lib??rale ?? diff??rer quant ?? savoir de quel type de gouvernance il est question. Alors que la premi??re pr??ne l???action individuelle et les int??r??ts nationaux comme force motrice pour solutionner la probl??matique des d??tritus orbitaux, la seconde, quant ?? elle, pr??conise la mise en place de structures et de normes collectives insistant sur l?????mergence des int??r??ts communs. Au final, une mise en commun des r??ponses ?? ces interrogations am??nera le lecteur vers une discussion en lien avec la probl??matique des d??tritus orbitaux et leur gestion. ?? la conclusion de ce m??moire, nous constaterons la pr??sence d???une multitude de structures de coop??ration et la mise en place de r??gles et de normes dans un syst??me autrefois anarchique et individuel. C???est donc dire que la perspective lib??rale prend de plus en plus d???ampleur en tant que type de gouvernance de l???espace extra-atmosph??rique.

A search for diphoton events with large missing transverse energy is conducted using 3.1 pb^{-1} of integrated luminosity of proton-proton collisions at center of mass energy \sqrt{s}=7 TeV. The data were collected with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider during the period from March 30, 2010 until August 30, 2010. No excess of such events is observed above the Standard Model background prediction. This result is interpreted in the context of a gravity mediated One Universal Extra Dimension model with \Lambda R=20, N=6 and M_{D}=5 TeV, where \Lambda is the cutoff scale, N is the number of large extra dimensions and M_{D} is the Planck scale in the higher dimensional theory. The compactification radius of the Universal Extra Dimension, R, is excluded for values of 1/R < 728 GeV at 95\% CL, providing the most stringent limit on this model at the time of publication.