Si la formation des grandes structures de l'Univers est plutot bien comprise, celle des galaxies ainsi que leur évolution l'est beaucoup moins. On s'intéresse en particulier aux mécanismes de mise en route de la formation stellaire dans les galaxies. L'étude des galaxies lumineuses en infrarouge constitue une des approches pour répondre à ces questions. Le travail effectué au cours de cette thèse repose essentiellement sur l'analyse de données infrarouges provenant du satellite Spitzer.<br /><br />La première partie de ce travail porte sur l'étude de la<br />distribution spatiale des galaxies infrarouges. Nous avons introduit une nouvelle méthode pour mesurer la fonction de corrélation angulaire des galaxies. Cette méthode a été validée sur des simulations et des données. Nous avons également montré comment les effets de corrélation spatiale pouvaient biaiser les mesures de flux moyen réalisées par la méthode d'empilement. De plus, la<br />fonction de corrélation angulaire mesurée pour les sources sélectionnées à 3.6 microns et 24 microns montre un excès de corrélation aux petites échelles angulaires. Ceci pourrait être lié à l'interaction des galaxies à l'intérieur d'un meme halo de matière noire qui favoriserait alors les mécanismes d'émission infrarouge.<br /><br />Dans un second temps, nous nous sommes attachés à mieux caractériser le fond diffus infrarouge (CIB) en déterminant la contribution à ce fond des sources détectées à 3.6 microns et en la comparant à celle des sources sélectionnées à 24 microns. Nous avons également estimé la contribution au CIB à 3.6 et 24 microns des sources sélectionnées à 3.6 microns en fonction de leur taux de formation stellaire spécifique.<br /><br />Enfin, nous avons étudié les distributions spectrales d'énergie d'un grand nombre de galaxies situées entre z=0 et z=2 : nous avons montré d'une part que les luminosités à 8 et 24 microns étaient de bons traceurs de la luminosité totale infrarouge (et donc du taux de formation stellaire) et, d'autre part, que les propriétés de ces galaxies ne semblaient pas évoluer entre entre z=0 et z=1. Nous avons également étudié de façon détaillée le spectre infrarouge de 17 galaxies sélectionnées à 70 microns et nous avons montré que la luminosité relative des PAHs diminuait lorsque le champ de rayonnement<br />augmentait.

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 thématique principale de mon travail de thèse est l’é;volution et la formation structures en fonction du décalage vers le rouge (redshift par la suite).Mon travail de thèse se divise en deux parties distinctes, qui finalement se regroupent au cours de mes derniers travaux. Dans un premier temps, j’ai étudié l’évolution du Fond Diffus Infrarouge (Cosmic Infrared Background, CIB par la suite) en fonction du redshift à 70 et 160 µm en utilisant des données provenant du satellite Spitzer. J’ai effectué ce travail dans les champs GOODS & COSMOS en appliquant la méthode d’empilement (stacking, par la suite). Dans un second temps, j’ai étudié la distribution de masse dans des amas de galaxies situé à grand redshift en utilisant le lentillage gravitationnel faible. Pour ce faire, j’ai utilisé des données optiques provenant du satellite spatial Hubble (Hubble Space Telescope, HST par la suite). Ces données proviennent du relevé d’amas MACS (MAssive Cluster Survey). Les amas de galaxies étudiés ici font partis d’un sous-échantillon MACS, l’échantillon "grand-z" (high-z subsample). Comprendre l’état d’évolution des amas de galaxies à grand redshift permettrait de mettre des contraintes sur les modèles de formation et d’évolution des structures. La compréhension du cycle d’évolution des amas de galaxies est l’un des enjeux majeurs de la Cosmologie observationnelle actuelle. / The principal thematic of my thesis work is the evolution and the formation of structures as a function of the redshift.My thesis analysis can be separated un two distinct parts, which can finally be merged in a third part with my last works.Firstly, I studied the evolution of the Cosmic Infrared Background (CIB) as a function of redshift at 70 and 160 µm using data from the Spitzer Space Telescope. This analysis was performed in the GOODS & COSMOS fields by applying a stacking method.Secondly, I studied the mass distribtuion in massive galaxy clusters at high redshifts by using the gravitational lensign effect.I used optical data coming from the Hubble Space Telescope. The sample of galaxy clusters I used comes from a subsample of the MAssive Cluster Survey (MACS, PI:E. Ebeling) named the "high-z" sample, and which comprises 12 clusters.Understanding the state of evolution of galaxy clusters at high redshift wil allow us to put constraints on formation and evolution models of structures. The understanding of the evolution cycle of galaxy clusters is mandatory in terms of Observational Cosmology.

Cette thèse, écrite en anglais, étudie la non-Gaussianité (NG) des avant-plans extragalactiques au fond de rayonnement fossile (FDC), celui-ci étant une des observables de choix de la cosmologie actuelle. Ces dernières années a émergé la recherche de déviations du FDC à la loi Gaussienne, car elles permettraient de discriminer les modèles de génération des perturbations primordiales. Cependant les mesures du FDC, e.g. par le satellite Planck, sont contaminées par différents avant-plans. J'ai étudié en particulier les avant-plans extragalactiques traçant la structure à grande échelle de l'univers: les sources ponctuelles radio et infrarouges et l'effet Sunyaev-Zel'dovich thermique (tSZ). Je décris donc les outils statistiques caractérisant un champ aléatoire : les fonctions de corrélations, et leur analogue harmonique : les polyspectres. En particulier le bispectre est l'indicateur de plus bas ordre de NG avec le plus fort rapport signal sur bruit (SNR) potentiel. Je décris comment il peut être estimé sur des données en tenant compte d'un masque (e.g. galactique), et propose une méthode de visualisation du bispectre plus adaptée que les préexistantes. Je décris ensuite la covariance d'une mesure de polyspectre, une méthode pour générer des simulations non-Gaussiennes, et comment la statistique d'un champ 3D se projette sur la sphère lors de l'intégration sur la ligne de visée. Je décris ensuite la genèse des perturbations de densité par l'inflation standard et leur possible NG, comment elles génèrent les anisotropies du FDC et croissent pour former la structure à grande échelle de l'univers actuel. Pour décrire cette dite structure, j'expose le modèle de halo et propose une méthode diagrammatique pour calculer les polyspectres du champ de densité des galaxies et avoir une représentation simple et puissante des termes impliqués. Puis je décris les avant-plans au FDC, tant galactiques que extragalactiques. J'expose la physique de l'effet tSZ et comment décrire sa distribution spatiale avec le modèle de halo. Puis je décris les sources extragalactiques et présente une prescription pour la NG de sources corrélées. Pour le fond diffus infrarouge (FDI) j'introduis une modélisation physique par le modèle de halo et la méthode diagrammatique. Je calcule numériquement le bispectre 3D des galaxies et obtiens la première prédiction du bispectre angulaire FDI. Je montre les différentes contributions et l'évolution temporelle du bispectre des galaxies. Pour le bispectre du FDI, je montre ses différents termes, sa dépendence en échelle et en configuration, et comment il varie avec les paramètres du modèle. Par analyse de Fisher, je montre qu'il apporte de fortes contraintes sur ces paramètres, complémentaires ou supérieures à celles venant du spectre. Enfin, je décris mon travail de mesure de la NG. J'introduis d'abord un estimateur pour l'amplitude du bispectre FDI, et montre comment le combiner avec de similaires pour les sources radio et le FDC, pour une contrainte jointe des différentes sources de NG. Je quantifie la contamination des sources ponctuelles à l'estimation de NG primordiale ; pour Planck elle est négligeable aux fréquences centrales du FDC. Je décris ensuite ma mesure du bispectre FDI sur les données Planck ; il est détecté très significativement à 217, 353 et 545 GHz, avec des SNR allant de 5.8 à 28.7. Sa forme est cohérente entre les différentes fréquences, de même que l'amplitude intrinsèque de NG. Enfin, je décris ma mesure du bispectre tSZ, sur des simulations et sur les cartes tSZ estimées par Planck, validant la robustesse de l'estimation via des simulations d'avant-plans. Le bispectre tSZ est détecté avec un SNR~200. Son amplitude et sa dépendence en échelle et en configuration sont cohérentes avec la carte des amas détectés et avec les simulations. Enfin, cette mesure place une contrainte sur les paramètres cosmologiques : sigma_8 (Omega_b/0.049)^0.35 = 0.74+/-0.04 en accord avec les autres statistiques tSZ. / This PhD thesis, written in english, studies the non-Gaussianity (NG) of extragalactic foregrounds to the Cosmic Microwave Background (CMB), the latter being one of the golden observables of today's cosmology. In the last decade has emerged research for deviations of the CMB to the Gaussian law, as they would discriminate the models for the generation of primordial perturbations. However the CMB measurements, e.g. by the Planck satellite, are contaminated by several foregrounds. I studied in particular the extragalactic foregrounds which trace the large scale structure of the universe : radio and infrared point-sources and the thermal Sunyaev-Zel'dovich effect (tSZ). I hence describe the statistical tools to characterise a random field : the correlation functions, and their harmonic counterpart : the polyspectra. In particular the bispectrum is the lowest order indicator of NG, with the highest potential signal to noise ratio (SNR). I describe how it can be estimated on data, accounting for a potential mask (e.g. galactic), and propose a method to visualise the bispectrum, which is more adapted than the already existing ones. I then describe the covariance of a polyspectrum measurement, a method to generate non-Gaussian simulations, and how the statistic of a 3D field projects onto the sphere when integrating along the line-of-sight. I then describe the generation of density perturbations by the standard inflation model and their possible NG, how they yield the CMB anisotropies and grow to form the large scale structure of today's universe. To describe this large scale structure, I present the halo model and propose a diagrammatic method to compute the polyspectra of the galaxy density field and to have a simple and powerful representation of the involved terms. I then describe the foregrounds to the CMB, galactic as well as extragalactic. I briefly describe the physics of the thermal Sunyaev-Zel'dovich effect and how to describe its spatial distribution with the halo model. I then describe the extragalactic point-sources and present a prescription for the NG of clustered sources. For the Cosmic Infrared Background (CIB) I introduce a physical modeling with the halo model and the diagrammatic method. I compute numerically the 3D galaxy bispectrum and produce the first theoretical prediction of the CIB angular bispectrum. I show the contributions of the different terms and the temporal evolution of the galaxy bispectrum. For the CIB angular bispectrum, I show its different terms, its scale and configuration dependence, and how it varies with model parameters. By Fisher analysis, I show it allows very good constraints on these parameters, complementary to or better than those coming from the power spectrum. Finally, I describe my work on measuring NG. I first introduce an estimator for the amplitude of the CIB bispectrum, and show how to combine it with similar ones for radio sources and the CMB, for a joint constraint of the different sources of NG. I quantify the contamination of extragalactic point-sources to the estimation of primordial NG ; for Planck it is negligible for the central CMB frequencies. I then describe my measurement of the CIB bispectrum on Planck data ; it is very significantly detected at 217, 353 and 545 GHz with SNR ranging from 5.8 to 28.7. Its shape is consistent between frequencies, as well as the intrinsic amplitude of NG. Ultimately, I describe my measurement of the tSZ bispectrum, on simulations and on Compton parameter maps estimated by Planck, validating the robustness of the estimation thanks to realist foreground simulations. The tSZ bispectrum is very significantly detected with SNR~200. Its amplitude and its scale and configuration dependence are consistent with the projected map of detected clusters and tSZ simulations. Finally, this measurement allows to put a constraint on the cosmological parameters : sigma_8*(Omega_b/0.049)^0.35 = 0.74+/-0.04 in agreement with other tSZ statistics.