La naissance des étoiles massives est aujourd’hui encore mal comprise. En particulier, les conditions initiales de leur formation restent largement inconnues. Pour éclairer cette question, nous avons réalisé un relevé spectral complet non biaisé avec le télescope 30 m de l’IRAM vers la protoétoile massive CygX-N63 (M ~ 58 M◦ et L~ 340 L◦). Nous avons mis en évidence une complexité moléculaire significative avec plus de 40 espèces. L’ion CF+ est observé pour la première fois dans une protoétoile. Une possible première détection de l’espèce prébiotique CH2NH dans une protoétoile est aussi proposée, ainsi qu’une première détection de DOCO+. Cette étude spectroscopique, accompagnée d’observations interférométriques avec le Plateau de Bure, permet de séparer la contribution des différentes régions : enveloppe froide, région tiède, région de type hot core et flot bipolaire. L’enveloppe est constituée d’une grande quantité de gaz froid peu évolué, offrant un potentiel important pour la compréhension des phases précoces de la formation stellaire massive et compatible avec un scénario d’effondrement monolithique. La modélisation chimique montre que la chimie de ce gaz est encore hors équilibre, malgré sa haute densité, et confirme la jeunesse de la protoétoile avec un âge chimique de seulement ~ 1000 ans. N63 est un précurseur de hot core plutôt qu’un hot corino massif. Il serait donc possible de distinguer, grâce à des diagnostics chimiques évolutifs, les précurseurs d’étoiles massives des protoétoiles de masse faible ou ntermédiaire. / High-mass star formation is still poorly understood. In particular the initial conditions of their formation are unknown. To explore this question, a complete unbiased spectral survey was conducted with the IRAM 30 m telescope toward the massive protostar CygX-N63 (M~58 M◦ and L~ 340 L◦). A significant molecular complexity is found, with more than 40 species. The ion CF+ is observed for the first time in a protostar. A possible first detection of the prebiotic species CH2NH in a protostar and a first detection of DOCO+ are proposed. This spectroscopic study, along with Plateau de Bure interferometric observations, allows us to separate the contribution of different regions : cold envelope, lukewarm region, hot corelike region and outflow. The envelope contains large amounts of cold and young gas, which gives us the opportunity to better understand the early phases of massive star formation. The chemical modeling shows that the chemistry is still out of equilibrium, despite its high density, and confirms the youth of the protostar with a chemical age of ~ 1000 years. N63 is a hot core precursor rather than a massive hot corino. The use of chemical diagnostics of the evolution would then allow to distinguish massive star precursors from low-mass or intermediate-mass protostars.

Les étoiles de masse intermédiaire (2M⊙ ≤ M ≤ 10M⊙) sont parmi les sources dominantes du champ interstellaire FUV dans la Galaxie. Elles régulent les phases du milieu interstellaire et l’ensemble des processus de formation stellaire galactique. Alors que les protoétoiles de type solaire et massives ont été et continuent à faire l’objet de nombreuses études, la formation des étoiles intermédiaires a été relativement peu étudiée. Leur structure physique, composition chimique et leur richesse moléculaire sont un domaine à explorer.L’objectif de ma thèse est d’obtenir un recensement détaillé et aussi complète que possible des propriétés physico-chimiques d’une protoétoile isolée de masse intermédiaire. Notre choix s’est porté sur Cep E-mm (100 L⊙).J’ai pour cela complété un relevé spectral de l’émission moléculaire dans les bandes (sub)millimétriques entre 72 et 350 GHz avec le télescope de 30m de l’IRAM. La sensibilité des observations a permis d’identifier la présence de nombreuses molécules complexes organiques (COMs) dans l’enveloppe de la protoétoile, mais aussi, plusieurs espèces moléculaires inhabituelles dans le jet généré par la protoétoile. Des observations complémentaires avec le télescope de 30m ont permis de cartographier l’émission moléculaire à grande échelle (20’’ à 11’’ ; 15000 à 8000 UA). En parallèle, des cartes interférométriques de l’émission moléculaire entre 86 – 90 GHz et 216 – 220 GHz ont été obtenues avec l’interféromètre de l’IRAM (NOEMA) à 1.4’’ (1000 UA) de résolution angulaire. Ces observations m’ont permis d’obtenir une première description de la distribution de l’émission moléculaire au sein de l’enveloppe, des grandes échelles, dans les parties extérieures de l’enveloppe étendue, aux petites échelles dans la région d’un hot corino. Les études présentées ici ont suivi un travail méticuleux de réduction et d’analyse des données, single-dish et interférométriques. Plus précisément, j’ai identifié et séparé les contributions à l’émission détectée dans le lobe du télescope de 30m de l’IRAM des différentes régions physiques du cœur protostellaire. De ce fait, j’ai identifié et caractérisé quatre composantes physiques qui diffèrent par leurs propriétés spectroscopiques et leurs conditions d’excitation : l’enveloppe étendue, le hot corino, le flot bipolaire basse vitesse et le jet à haute vitesse. Enfin, l’anisotropie de la distribution de brillance du flot et du jet bipolaire ne peut pas être modélisée par l’approche ‘’classique’’ d’une source gaussienne. J’ai développé des outils spécifiques semi-analytiques pour calculer de manière approchée, et plus raisonnable, le couplage entre le lobe du télescope et la source. / Intermediate-mass stars (2 M⊙ ≤ M ≤ 10 M⊙) are among the dominant sources of FUV interstellar field in the Galaxy. They regulate the phases of interstellar medium and the whole process of galactic star formation. While solar-type and massive protostars have been and continue to be the subject of many studies, the formation of intermediate stars has been relatively little studied. Their physical structure, chemical composition and molecular richness are still a subject to explore.The aim of my thesis is to obtain a detailed census, as complete as possible ,of the physical and chemical structure of an isolated intermediate-mass protostar: Cep E-mm (100 L⊙).I have completed a spectral survey of the molecular emission in the (sub)millimetre bands between 72 and 350 GHz with IRAM 30m telescope. The sensitivity of the observations made it possible to identify the presence of numerous complex organic molecules (COMs) in the protostar envelope, but also several unusual molecular species in the protostellar jet. Additionally, further observations with the IRAM 30m telescope made it possible to map the molecular emission at large scale (20’’ to 11’’; 15000 to 8000 AU). In parallel, interferometric maps of the molecular emission between 86 – 90 GHz and 216 – 220 GHz were obtained with NOEMA, the IRAM interferometer, at 1.4’’ (1000 AU) of angular resolution. These observations allowed me to obtain the distribution of molecular emission within the source, from large scales in the outer parts of the extended envelope, to the small scales in the hot corino region. The single-dish and interferometric observations were reduced and analysed in a meticulous manner. More precisely, I identified and separated the molecular emission contribution from the different physical regions as observed with the IRAM 30m telescope. I have identified and characterized fours physical components that differ in their spectroscopic properties and excitation conditions: the extended envelope, the hot corino, the bipolar outflow and the high-velocity jet. Finally, the anisotropy of the brightness distribution from the outflow system cannot be modelled by the “classical” Gaussian approach. I have developed specific tools to estimate, in a semi-analytical manner, the coupling between the telescope lobe and the source.

Les étoiles se forment dans les nuages moléculaires, lorsque ceux-ci s'effondrent et se fragmentent pour former ce que l'on appelle des coeurs denses protostellaires. Ces coeurs denses sont ensuite susceptibles de se contracter sous l'effet de leur propre masse, et de former de jeunes proto-étoiles, qui évoluent en accrétant leur matériel circumstellaire jusqu'à atteindre la séquence principale. L'objectif principal de cette thèse a été d'étudier la formation et la fragmentation des coeurs denses protostellaires. Pour cela, deux études principales, présentées dans ce manuscrit, ont été menées. La première a consisté à étudier la formation des coeurs protostellaires, en quantifiant l'influence des flots protostellaires sur la formation stellaire en amas. Grâce à une étude des flots protostellaires générés par les objets stellaires jeunes en formation dans le proto-amas NGC 2264-C, nous montrons que les flots protostellaires peuvent jouer un rôle important en tant que progéniteurs de turbulence dans les régions de formation stellaire en amas, bien qu'ils semblent incapables de modifier significativement les processus d'effondrement global à l'échelle de la plupart des clumps. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à la question de la formation des systèmes multiples par fragmentation des cœurs protostellaires, en sondant la multiplicité des proto-étoiles les plus jeunes. Notre étude suggère que le taux de multiplicité aux petites échelles des proto-étoiles augmente au cours de leur évolution, et favorise des scénarios dynamiques de formation des systèmes multiples. Enfin, nos résultats favorisent les scénarios magnétiques pour les stades précoces de la formation des proto-étoiles.

L'observation de rotateurs lents dans les régions de formation d'étoiles reste une énigme car il faut une évacuation efficace du moment cinétique due à l'accrétion sur ces étoiles, qui sont de plus en contraction. L'interaction de leur champ magnétique avec un disque est alors une solution possible à ce problème. Après avoir fait le bilan des contraintes observationnelles et théoriques, on la modélise avec un champ magnétique dipolaire et un disque incluant les effets dissipatifs. On effectue alors des simulations numériques avec le code VAC.<br />Le premier objectif de cette thèse est de ré-examiner les conditions nécessaires pour détourner l'écoulement du disque dans une colonne d'accrétion. Un nouveau critère analytique et prédictif est obtenu pour trouver la position de troncation du disque par la magnétosphère et on montre l'importance du gradient de pression thermique dans le disque. La physique des colonnes d'accrétion est expliquée en détail. On confirme les résultats numériques de Romanova et al. (2002, ApJ, 578) pour un champ magnétique faible (140G) et de faible taux d'accrétion (10^{-9} Msol par an). On ne trouve pas de vent de disque ou de vent X, et l'étoile est accélérée par l'interaction avec son disque dans le cas où on a un rotateur lent. <br />Le deuxième but est de tester la robustesse de l'accrétion magnétosphérique en variant le champ magnétique et la vitesse de rotation de l'étoile ainsi que l'importance des effets dissipatifs. Les colonnes d'accrétion sont toujours présentes avec des oscillations en présence de viscosité. Le taux d'accrétion sur l'étoile diminue quand son champ magnétique ou sa vitesse de rotation augmente, ce qui réduit l'apport de moment cinétique à sa surface. Pourtant, on ne trouve pas un état où la rotation de l'étoile est fixée à une faible valeur par la présence du disque. Un vent stellaire est une autre façon de la freiner comme on le voit dans nos simulations.

Ce travail de thèse, s'intéresse dans deux parties distinctes à deux thématiques astrophysiques indépendantes : i) certains aspects de la formation stellaire sont traités dans une première partie, alors que la seconde, plus modeste, s'intéresse au rayonnement cosmique.<br /><br />Lorsqu'une étoile se forme, alors que l'accrétion sur l'objet central se poursuit, de gigantesques éjections de matière se produisent sous forme de jets et flots moléculaires bipolaires. Après une<br />introduction donnant une vision globale de tous les éléments <br />impliqués dans la formation stellaire, nous présentons les modèles "standards" pour les flots moléculaires. Dans un<br />troisième temps, nous construisons un modèle alternatif et complémentaire aux approches standards~: le modèle de transit. Il s'agit d'un modèle MHD, autosimilaire et qui considère le renversement d'un partie de l'écoulement lorsque le gaz en chute <br />approche de l'objet central. Les résultats montrent notamment que le modèle permet de rendre compte des taux de masses observés lors de la formation des étoiles massives, taux que les modèles standards atteignent difficilement. Le modèle est étudié de façon <br />extensive grâce à une exploration Monte Carlo de l'espace des paramètres et la mise en évidence de deux grandes familles de solutions. Le modèle de transit donne une description à grande échelle de l'environnement proto-stellaire et montre une forte structuration du milieu autant en densité qu'en vitesse. C'est dans un tel milieu que le jet issu du disque d'accrétion se propage, et une étude numérique préliminaire de cette propagation montre que la morphologie et la cinématique du jet est fortement affectée par le milieu ambiant. Nous en déduisons l'importance d'avoir un bonne description de ce dernier et la nécessité de ne pas se contenter des milieux "uniformes et au repos" généralement considérés. <br /><br />La seconde partie est consacrée à la partie nucléaire du rayonnement cosmique Galactique. Ce "rayonnement" est constitué de noyaux qui se sont propagés dans la Galaxie et son halo diffusif, après avoir été accélérés dans les chocs de supernovae. Certains de ces noyaux atteignent la Terre où ils<br />sont détectés. Comprendre la propagation de ces noyaux est essentiel pour remonter, à partir des mesures, aux abondances des noyaux dans les sources. Dans ce travail, nous nous intéressons spécifiquement au cas des noyaux lourds, en connection avec l'expérience UHCRE, et regardons comment la structure locale de la Galaxie, la "bulle locale", affecte la propagation des lourds. Nous trouvons que la sous-densité locale du voisinnage solaire joue effectivement un rôle dans la détermination des abondances sources et que l'effet tend à réduire les différences entre les abondances sources et les abondances solaires des noyaux. Nous donnons enfin dans un dernier chapitre quelques perspectives pour la poursuite de cette étude.

Cette thèse est consacre à l'étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) grand décalage spectral à l'aide d'observations (sub)millimétrique et radio.<br /><br />Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles 1.96. La relation entre l'émission infrarouge et radio des galaxies locales est vérifiée pour les QSO grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~1000Mo/yr) indiquent d'intenses flambées stellaires nécessitant dimportants réservoirs de gaz moléculaire.<br /><br />La détection de CO dans J1409+5628 z=2.56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100K, et des densités de 10^(3-4) cm-3, comparables M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapporte pour deux QSO grand z.<br /><br />Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l'Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie l'étude du milieu interstellaire dans l'environnement extrème des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.

Les étoiles de type solaire naissent de l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire. Celui-ci s'accompagne de la formation d'un coeur chaud au sein d'une protoétoile, et de régions de choc provoquées par l'éjection de matière. Dans ces environnements chauds que sont le coeur et les régions choquées, le soufre, piégé à la surface des grains de poussières, s'évapore dans le gaz, sous une forme encore inconnue. Au cours de cette thèse, j'ai étudié l'évolution chimique des différentes composantes d'une protoétoile, en m'intéressant en particulier aux molécules soufrées et à leur possible utilisation pour dater les régions chaudes. Dans un premier temps, j'ai analysé des observations millimétriques de deux régions de formation stellaire de faible masse afin de déduire et contraindre le comportement de ces molécules par rapport aux conditions physiques du gaz. A l'aide d'un modèle de transfert radiatif couplé à un modèle dynamique d'effondrement, j'ai réalisé une étude détaillée de l'émission de SO et SO2 dans les enveloppes protostellaires dans le but d'identifier des transitions permettant de déterminer les profils d'abondance de ces deux molécules dans les protoétoiles. J'ai également développé un modèle chimique qui m'a permis d'étudier en détail l'évolution des composés soufrés et ainsi de déterminer les possibilités et les limites de l'utilisation du soufre comme horloge chimique. J'ai démontré que les rapports d'abondance des molécules soufrées dépendaient plus des conditions physiques du gaz et de la forme initiale du soufre évaporé que du temps. Cependant, une étude au cas par cas sur des sources dont la structure physique est connue permettrait de contraindre à la fois l'âge des sources et la forme initiale de soufre. Des comparaisons entre observations et modèle m'ont permis d'émettre l'hypothèse que le soufre est évaporé des grains sous la forme atomique ou sous une forme rapidement détruite pour donner S.

Il est actuellement admis que la formation des étoiles de faible masse à partir d'un nuage de gaz passe par une étape où l'objet central est entouré d'un disque de matière dans lequel les planètes peuvent ensuite se former. L'étude d'un tel disque a deux objectifs principaux : comprendre la séquence évolutive de formation stellaire et la formation des planètes. Le transfert radiatif dans cet objet revêt une importance primordiale : en raison du frottement visqueux ou de l'éclairement par l'étoile notamment, le disque est chauffé. Les processus de production et de propagation de l'énergie thermique dans ce disque en conditionnent ainsi les propriétés physico-chimiques, ce qui a de multiples conséquences sur sa structure.<br> Je présente une étude de ces disques fondée sur une description analytique poussée du transfert radiatif, afin de retarder l'étape de mise en oeuvre numérique. Cette méthode possède l'avantage de permettre une meilleure compréhension des processus et des conditions physiques dans ces objets. Afin de contraindre les paramètres du modèle, j'ai choisi d'établir un diagnostic observationnel novateur sur la base de la distribution spectrale d'énergie, technique bien connue, et des visibilités obtenues en interférométrie optique à longue base, récentes et prometteuses car elles permettent d'obtenir des informations spatiales à l'échelle de l'unité astronomique pour les étoiles jeunes les plus proches.<br> Je commence par une généralisation des approches analytiques du transfert dans les atmosphères stellaires, en reliant la température en tout point à la profondeur optique, avec deux différences notables : le chauffage visqueux a lieu sur l'ensemble du disque et la surface est éclairée par l'étoile. Ce formalisme est ensuite employé dans une simulation numérique de disque chauffé par la viscosité seule. Ensuite, j'élabore une version simplifiée du transfert dans un disque à deux couches : une surface chauffée par la couche interne et par l'étoile, et un intérieur chauffé par la viscosité et par la couche externe. Cette version permet d'obtenir des formules analytiques simplifiées décrivant les conditions physiques dans un disque présentant les deux sources de chauffage énoncées.<br> Enfin, je m'attèle à l'interprétation des observations. Après une étude prospective concernant les possibilités ouvertes par l'interférométrie pour les objets marginalement résolus, je présente des ajustements du modèle à deux couches aux étoiles jeunes de faible masse déjà observées en interférométrie.

Cette thèse porte sur l'étude de la formation stellaire récente dans la Galaxie à l'aide du relevé d'imagerie infrarouge ISOGAL, constitué de ~400 observations ISOCAM à 7 ou 15 microns réparties dans le Bulbe et le Disque Galactiques. La réduction critique de ces données et l'extraction des sources ponctuelles par une procédure d'ajustement de PSF a permis la publication d'un catalogue d'environ 100 000 sources. On interprète la plupart de ces sources comme des étoiles en fin d'évolution, dans le stade RGB ou AGB, mais quelques milliers d'entre elles correspondent probablement à des objets stellaires jeunes enfouis dans des enveloppes de poussière. Dans le bulbe Galactique interne, 300 sources ISOGAL sont considérées comme des étoiles en formation, et plus de 200 sources brillantes détectées par ISO ou par MSX sont interprétées comme des supergéantes M ou des AGB massives. Un taux moyen approximatif de formation stellaire au cours du dernier million d'années dans cette région est déduit de cet échantillon de sources jeunes. Son estimation approchée au cours des ~50 derniers millions d'années est également déduit de l'inventaire des sources considérées comme supergéantes M. La sélection des objets jeunes dans l'ensemble du relevé ISOGAL conduit actuellement à une liste de ~700 candidats, dont une centaine - en dehors du bulbe interne - montrent toutes les caractéristiques des objets jeunes enfouis. La nature des autres est plus incertaine, et ne pourra être déterminée que par des observations complémentaires. La détermination de la nature d'un grand nombre d'autres sources, en particulier faibles et détectées seulement à 15 microns, reste également incertaine.

La formation planétaire a lieu dans les disques constitués de gaz et de poussières entourant les étoiles jeunes. Les propriétés de ces disques protoplanétaires sont mal contraintes par les observations actuelles, cependant leur observation dans le domaine millimétrique nous apporte des informations sur la composition du gaz et de la poussière les constituant. La chimie des disques est dominée par les processus de photo-dissociation dans les couches supérieures chaudes soumises au rayonnement ultraviolet (stellaire et interstellaire) et par la condensation des molécules sur les grains dans le plan des disques. Au cours de cette thèse, j'ai étudié les effets rétroactifs de différents paramètres (tels que la distribution en taille des grains, l'intensité du rayonnement ultraviolet ou le rapport gaz/poussière) sur la distribution de molécules dans les disques. Pour ce faire, j'ai utilisé des observations de différentes molécules obtenues avec l'interféromètre du Plateau de Bure dans différentes sources : la molécule de CO dans deux disques entourant des étoiles Herbig Ae (CQ\,tau et MWC\,758) et le couple de photo-dissociation CN\,-\,HCN dans deux disques autour d'étoiles T-Tauri (DM\,Tau et LkCa\,15) et une étoile de Herbig (MWC\,480). J'ai comparé ces observations aux prédictions d'un modèle de chimie (version modifiée du code \cpdr\ développé à Paris-Meudon). Les observations de CO dans les disques peu massifs ont permis d'étudier le problème de la dissipation du gaz. J'ai montré que les disques peu massifs autour de CQ\,Tau et MWC\,758 présentent une faible abondance de la molécule de CO malgré une température bien supérieure à la température de condensation du CO sur les grains. Parmi les paramètres étudiés pour expliquer ce résultat, la photo-dissociation du CO apparaît comme un processus valide pour expliquer la sous abondance de CO, d'autant plus que le grossissement des grains renforce son efficacité. Une modification du rapport gaz/poussière n'est pas forcément nécessaire. La molécule de CO n'est donc plus un traceur direct du rapport gaz/poussière dans de tels disques peu massifs. De plus, la température des gros grains peut être suffisamment basse pour empêcher la désorption du CO de la surface de ces grains. D'autre part, CN et HCN sont observé à de très faibles température d'excitation, ce qui tendrait à prouver que ces molécules sont situés près du plan du disque (plus près que prédit par les modèles incluant la déplétion sur les grains) et que ce plan est très froid, au moins pour les étoiles T-Tauri.