Cette étude concerne le distribution spatiale du système des satellites de M31. Une nouvelle technique bayésienne pour la détermination des distances d'objets basé sur le point-final des magnitudes des géants Rouges a été développé et utilisé pour obtenir des distributions de probabilité à distance pour les M31 et 27 de ses galaxies satellites. Ces distances sont ensuite utilisés pour calculer les positions des satellites en trois dimensions. Une analyse ultérieure de la distribution spatiale qui en résulte révèle hétérogénéité frappante, avec près de la moitié des satellites confinés à un disque curieusement orienté mince. La distribution est aussi fortement asymétrique, avec la majorité des satellites se trouvant sur le côté de la Voie Lactée M31. / This study focuses on the spatial distribution of the M31 satellite system. A new Bayesian technique for determining object distances from the Tip of their Red Giant Branch is developed and used to obtain distance probability distributions for M31and 27 of its satellite galaxies. These distances are then used to calculate the satellite positions in three dimensions. Subsequent analysis of the resulting spatial distribution reveals striking inhomogeneity, with roughly half of the satellites confined to a curiously oriented thin disk. The distribution is also markedly asymmetric, with the majority of satellites lying on the Milky Way side of M31.

Cette thèse utilise le relevé de donné du Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 Survey pour trouver de nouveaux satellites du Groupe Local: les galaxies naines et les amas globulaires. Le relevé est important pour résoudre les tensions entre les observations et les modèles. Premièrement, un algorithme de détection est développé, découvrant cinq nouveaux satellites. Bien que cinq découvertes soient faites, le nombre de découvertes est inférieur à ce qu’on s’attendrait, en présumant une distribution isotrope de galaxies naines. Ce résultat mène au deuxième objectif de la these: quantifier les limites de détections du relevé PS1. Les cartes d’efficacité de détection du ciel complet peuvent être utilisées pour quantifier la distribution (an)isotrope des galaxies satellites de la Voie Lactée. En outre, ces informations peuvent mener a redériver la fonction de luminosité des satellites. / This thesis uses the Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 Survey to find new Local Group satellites such as dwarf galaxies and globular clusters. This survey is instrumental in helping resolve tensions that have become apparent between observation and theories. In a first phase, a search algorithm is developed, discovering five new satellites. Though yielding five discoveries, this number is lower than one would expect, assuming isotropy of the dwarf galaxies. This leads to the second aim of this thesis, namely quantifying the detection limits of the PS1 Survey. The detection efficiency maps over the entire PS1 sky can be used as a stepping–stone towards the quantification of the (an)isotropy of the Milky Way satellites’ distribution. Using this information, the luminosity function of these satellites can be re–derived.

Le réseau de 5 télescopes Tcherenkov au sol H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) permet de détecter des rayons gamma à très hautes énergies (E>50GeV) pour sonder les phénomènes non thermiques les plus violents de l'univers. Ces rayons gamma peuvent provenir de l'annihilation de particules de matière noire. L'astronomie gamma permet donc de rechercher les signatures de l'annihilation de particules de matière noire dans les régions denses de l'univers. Cette thèse est composée de trois parties. Après un bref rappel sur l'instrument H.E.S.S., sont présentés en premier lieu les tests de performance effectués pour l'étalonnage de la nouvelle électronique utilisée pour la modernisation des caméras des quatre télescopes CT1 à 4. L'analyse des premières données de la caméra CT1 modernisée montre la réduction du temps mort de lecture du réseau qui permettra de bénéficier pleinement de la stéréoscopie entre les 5 télescopes du réseau. La deuxième partie de la thèse traite des 10 ans d'observations de la région du Centre Galactique avec H.E.S.S. ainsi que les récentes observations obtenues avec l'ajout en 2012 du télescope de 28 mètres de diamètre (CT5) au centre du réseau. L'analyse des données de CT5 en direction de la source centrale HESS J1745-290 permet d'avoir accès aux événements aux plus basses énergies accessibles avec H.E.S.S. (100 GeV). Le spectre de la source centrale est en très bon accord avec celui de HESS J1745-290 mesuré avec CT1-4 et les données en dessous de 150 GeV permettent de raccorder ce dernier à celui de la source Fermi 3FGHL J1745.6-2859c.Dans la troisième partie, les 10 ans de données dans la région du Centre Galactique avec la première phase de H.E.S.S sont analysés pour rechercher un signal d'annihilation de matière noire à l'aide d'une méthode de vraisemblance utilisant les caractéristiques spectrale et spatiale du signal de matière noire par rapport à celles du bruit de fond. En l'absence de signal matière noire, les contraintes sont calculées sur la section efficace d'annihilation et, pour la première fois, un réseau de télescope Tcherenkov au sol est capable de sonder la section efficace d'annihilation thermique dans le cas d'un profil de matière noire piqué. La sensibilité sur la section efficace d'annihilation de l'instrument H.E.S.S. utilisant CT5 est ensuite présentée vers le Centre Galactique et la galaxie naine récemment découverte Reticulum II. La dernière partie de cette thèse étudie le potentiel du futur réseau de télescopes Tcherenkov CTA, (Cherenkov Telescope Array) pour la détection d'un signal d'annihilation de matière noire. Vers la région du Centre Galactique le signal de matière noire attendu est significativement augmenté par la contribution de rayons gamma produits par effet Compton inverse d'électrons et positrons énergétiques sur les champs de radiation ambiants. La sensibilité obtenue permet à CTA de sonder la section efficace d'annihilation thermique dans tous les canaux d'annihilation dans le cas d’un profil de matière noire piqué. L’impact sur la sensibilité de CTA des erreurs systématiques et de l’émission diffuse mesurée par Fermi est aussi montré. Dans le cas des galaxies naines satellites de la Voie Lactée, les performances de CTA permettent de les considérer comme des objets spatialement étendus, et d'obtenir une sensibilité compétitive avec celle du Centre Galactique dans le cas d’un profil à cœur de plusieurs kpc. Dans le cas d'un signal de matière noire de type ligne, CTA sera capable de contraindre fortement des modèles spécifiques de matière noire au TeV grâce à l'effet Sommerfeld, comme le Wino et le MDM-5plet. / The ground-based Cherenkov telescope array H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) is able to detect gamma rays at very high energies (E> 50GeV) to probe the most violent non-thermal phenomena in the universe. These gamma rays can also come from dark matter particle annihilation. Gamma-ray astronomy provides a promising avenue to search for signatures of these annihilations in overdense regions of the universe. This thesis is composed of three parts. After a brief reminder of the H.E.S.S. instrument, the performance tests to calibrate the new electronics used for the modernization of the four cameras CT1-4 telescopes are presented. The analysis of the upgraded camera raw data shows a reduction global array dead time allowing to maximize the benefit of the stereoscopy between the 5 telescopes. The second part of the thesis deals with 10 years of observations of the Galactic Center region with H.E.S.S. and recent observations taken with the 28-meter-diameter telescope (CT5) located at the center of the array. The data analysis towards the central source HESS J1745-290 provides access to events at lower energies (100 GeV). The spectrum of the central source is in very good agreement with the one of HESS J1745-290 measured with CT1-4 and data below 150 GeV enable to connect it to the Fermi 3FGHL J1745.6-2859c source spectrum. In the third part, the 10 years of data in the region of the Galactic Centre with the first phase of H.E.S.S. are scanned for a dark matter annihilation signal using a likelihood method using the spectral and spatial characteristics of the dark matter signal compared to background. No dark matter signal is detected. The constraints are calculated on the annihilation cross section and, for the first time, a ground-based Cherenkov telescope array is capable to probe the thermal cross section in the case of a cuspy dark matter profile. The sensitivity of the annihilation cross section of the H.E.S.S. instrument using CT5 is then presented toward the Galactic Center and the recently discovered dwarf galaxy Reticulum II. The last part of the thesis studies the potential of the future ground-based instrument CTA (Cherenkov Telescope Array) for the detection of dark matter annihilation signal. Towards the Galactic Center region, the expected dark matter signal is significantly increased by the contribution of gamma rays produced by inverse Compton process of energetic electrons and positrons on ambient radiation fields. The sensitivity obtained enables CTA to probe the thermal cross section in all annihilation channels for a cuspy dark matter profile. The impact on CTA sensitivity of systematic errors and diffuse emission measured by Fermi is also shown. In the case of dwarf galaxy satellites of the Milky Way, the CTA performances enable to consider them as extended objects and provide a competitive sensitivity with the Galactic Centre sensitivity for a kpc-core profile. In the case of a line signal, CTA will be able to strongly constrain specific TeV dark matter models through the Sommerfeld effect, as Wino and MDM-5plet.

Nous étudions la formation d’étoiles et d’amas d’étoiles dans les galaxies dominées par le gaz. Ce terme réfère en premier lieu aux galaxies de l’époque du pic de formation d’étoiles dans l’histoire de l’Univers, qui s’est déroulé vers z ~ 2, mais aussi à leurs analogues locaux, les galaxies naines de marées. En premier lieu, en utilisant des simulations numériques, nous montrons que les galaxies massives typiques de z=2, avec une fraction de gaz d’environ 50%, forment des structures gazeuses massives (10**7-8 masses solaires) et liées gravitationnellement, appelées grumeaux dans la suite. Ces grumeaux ne se forment dans des galaxies avec une fraction de gaz inférieure à 25%. Nous présentons ensuite une étude observationnelle d’un analogue local de grumeaux de galaxies à z=2, la galaxie naine de marée NGC 5291N. Une analyse des raies d’émission de cette galaxie montre la présence de chocs sur les pourtours de l’objet. La photométrie des amas d’étoiles de cette galaxie montre que les amas les plus jeunes (< 10 millions d’années) sont significativement moins massifs que les amas plus âgés. Ceci peut être le signe de fusions progressives d’amas et/ou d’une forte activité de formation stellaire dans ce système il y a environ 500 millions d’années.Dans un second lieu nous étudions comment la fraction de gaz influe sur la formation d’étoiles et d’amas stellaires dans des fusions de galaxies à z=2. En utilisant des simulations numériques nous montrons que ces fusions n’augmentent que relativement peu le taux de formation d’étoiles et d’amas stellaires comparativement aux fusions de galaxies locales, à faible fraction de gaz. Nous montrons que ceci est due à une saturation de plusieurs facteurs physiques, qui sont déjà présents naturellement dans les galaxies isolées à z=2 et sont donc comparativement peu accentués par les fusions. Il s’agit de la turbulence du gaz, des zones de champ de marée compressif et des flux de matières vers le noyau de la galaxie. Nous montrons aussi que les structures stellaires formées au sein des grumeaux de gaz sont préservées par la fusion : elles sont éjectées des disques et orbitent dans le halo de la galaxie résultante de la fusion, où elles peuvent devenir les progéniteurs de certains amas globulaires / We study the formation of stars and stellar clusters in gas-dominated galaxies. This term primarily refers to galaxies from the epoch of the peak of the cosmic star formation history, which occurred at z ~ 2, but also to their local analogues, the tidal dwarf galaxies.Firstly, using numerical simulations, we show that the massive galaxies at z = 2, which have a gas fraction of about 50%, form massive (10**7-8 solar masses) and gravitationally bound structures, which we call clumps thereafter. These clumps do not form in galaxies with a gas fraction below 25%. We then present an observational study of a local analogue of a z = 2 galactic clump, which is the tidal dwarf galaxy NGC 5291N. The analysis of emission lines show the presence of shocks on the outskirts of the object. Photometry of this galaxy’s stellar clusters show that the youngest clusters (< 10 million years) are significantly less massive than older clusters. This could be the sign of ongoing cluster mergers and/or of a strong star formation activity in this system about 500 million years ago).Secondly, we study how the gas fraction impacts the formation of stars and stellar clusters in galaxy mergers at z = 2. Using numerical simulations we show that these mergers only slightly increase the star and stellar cluster formation rate, compared to local galaxy mergers, which have a lower gas fraction. We show that this is due to the saturation of several physical quantities, which are already strong in isolated z=2 galaxies and are thus less enhanced by the merger. These factors are gas turbulence, compressive tides and nuclear gas inflows, We also show that the stellar structures formed in the gaseous clumps are preserved by the fusion: they are ejected from the disk and orbit in the halo of the remnant galaxy, where they may become the progenitors of some globular clusters

De nombreuses observations astrophysiques indiquent l'existence de grandes quantités de masse manquante dans l'Univers, et ce de l'échelle galactique à l'échelle cosmologique. Découvrir la nature de cette masse invisible constitue le problème de la matière noire, qui apparaît comme l'un des enjeux majeurs de la physique moderne. Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la détection indirecte de matière noire. Cette dernière serait composée de nouvelles particules élémentaires, dont les produits d'annihilation pourraient être observés dans le rayonnement cosmique. Nous étudions dans ce travail deux des canaux de recherche les plus prometteurs : les photons gamma et les anti-noyaux.Les objets astrophysiques permettant de placer les meilleures contraintes actuelles en rayons gamma sont les galaxies naines sphéroïdes (dSphs) de la Voie Lactée. La première partie de notre travail a été consacrée à contraindre les facteurs J d'annihilation de ces objets, qui quantifient l'amplitude des flux gamma attendus. Nous avons pour cela mis au point une configuration optimisée d'analyse de Jeans, pour reconstruire les profils de densité de matière noire et leurs incertitudes à l'aide des données cinématiques stellaires. Notre configuration a été obtenue à l'aide de tests systématiques sur de très nombreuses dSphs simulées, et nous l'avons appliquée à vingt-trois dSphs de la Voie Lactée. La seconde partie de notre travail a consisté à mener une recherche de noyaux d'anti-hélium dans les données collectées par l'expérience AMS-02 sur la Station Spatiale Internationale. Nous avons pour cela mis au point une classification par arbres de décision boostés, et notre analyse préliminaire a permis d'obtenir les meilleures contraintes actuelles sur les rapports anti-hélium sur hélium. / Many astrophysical observations suggest the existence of large amounts of missing mass in the Universe, from the galactic to the cosmological scale. Discovering the nature of this invisible mass forms the dark matter problem, which appears as one of the major challenges of modern physics. This thesis is established in the context of indirect detection of dark matter. The latter could consist of new elementary particles, whose annihilation products may be observed in cosmic rays. We study in this work two of the most promising research channels!: gamma-rays and anti-nuclei.The best constraints on dark matter properties from gamma-ray observations come from the dwarf spheroidal galaxies (dSphs) of the Milky Way. The first part of our work was devoted to computing the annihilation J-factors of these objects, which quantify the magnitude of the expected gamma-ray flux. We have developed an optimized Jeans analysis setup in order to reconstruct the dark matter density profiles of these objects and their associated uncertainties, using stellar kinematic data. Our optimized setup was obtained using systematic tests on numerous simulated dSphs, and we applied it to twenty-three dSphs of the Milky Way. The second part of our work was dedicated to the search for anti-helium nuclei in the cosmic ray data collected by the AMS-02 experiment on the International Space Station. We have developed a classification method using boosted decision trees, and our preliminary analysis has led to the best constraints to date on the anti-helium to helium ratio.

L’Univers est dominé par une composante invisible appelée Matière Noire (MN), de nature inconnue mais dont les effets gravitationnels sur la matière visible sont clairement observés. Il a été proposé que la MN soit constituée de particules massives et interagissant faiblement avec la matière, permettant ainsi de concilier théorie, observations et simulations. L’annihilation de ces particules dans les régions où la MN est fortement concentrée pourrait produire des rayons γ de très haute énergie dont les signatures spectrales peuvent être détectées par le réseau de télescopes H.E.S.S. Un excès à ~3σ est observé dans la direction de la Galaxie Naine du Sagittaire, avec la méthode standard d’analyse ON-OFF. Plus de données sont nécessaires pour conclure quant à son origine. La seconde partie du travail concerne la recherche de raies spectrales en γ dans la région du Centre Galactique. Une méthode de Maximum de Vraisemblance Complète a été développée, étalonnée et appliquée à une fraction d’un ensemble de 20h de données prises en 2014. Aucun excès de γ n’étant observé, des limites sur la section efficace d’annihilation de la MN sont produites pour des masses de 100 GeV à 2 TeV, la sensibilité de H.E.S.S. à basse énergie étant obtenue par l’ajout d’un 5ème télescope depuis 2012. Ces limites complètent efficacement les précédents résultats de Fermi-LAT et H.E.S.S. D’autre part l’analyse finale devrait permettre d’exclure un potentiel signal à 130 GeV observé dans les données de Fermi-LAT en 2012 et ce avec plus de 95% CL, et de proposer les limites les plus solides à ce jour sur les modèles d’émission de raies spectrales en γ dans le domaine d’énergie couvert par H.E.S.S. / The Universe is full of gravitational evidence of a dominant invisible Dark Matter (DM) component at the Galactic and cosmological scales. Although its nature is still one of the major puzzles of the 21st Century, Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) are an excellent scenario for matching theoretical predictions with observations and simulations. In particular, their self-annihilations would give rise to characteristic spectral signatures in γ-rays, detectable at Very High Energies (VHE) with the H.E.S.S. telescope array in regions such as the Galactic Centre (GC) and Dwarf Spheroidal Galaxies (dSphs). The standard ON-OFF analysis method is applied in the observation of the Sagittarius dSph where a ~3σ hotspot is observed above 300 GeV, although more statistics is required to conclude on its potential DM origin. The second part of the work is focused on the search for monochromatic γ-ray line signatures in the GC region. A Full Likelihood method has been developed, calibrated with Monte-Carlo simulations and applied to a sub-sample of a 20h dataset acquired in 2014. No excess signal is found, thus leading to limits on the DM annihilation cross-section down to a 100 GeV mass range, the sensitivity at the lowest energies being achieved by the 5th H.E.S.S. telescope added in 2012. These limits efficiently fill the gap in mass between results from Fermi-LAT and the first phase of H.E.S.S. On the other side the analysis of the complete dataset is expected to exclude the 130 GeV line-like feature recently reported in the Fermi-LAT data, with more than 95% CL, and to provide the most constraining DM limits so far on γ-ray line emission in the VHE range.

L’expérience H.E.S.S. (High Energy Spectroscopic System) composée de cinq télescopes Tcherenkov observe le ciel en rayons gamma au-delà d'une centaine de GeV jusqu'à plusieurs dizaines de TeV. Les rayons gamma sont produits par des phénomènes non-thermiques parmi les plus violents dans l'univers au voisinage d'objets astrophysique comme les pulsars, supernovae ou trous noirs, mais pourraient être également produits par l'annihilation de particules de matière noire.De nombreuses sondes cosmologiques et astrophysiques suggèrent que 85% de la matière dans l'Univers est d'origine inconnue. Cette matière appelée matière noire, de nature non baryonique, serait constituée de particules non encore découvertes dont les candidats privilégiés seraient des particules massives interagissant faiblement (WIMPs) avec la matière ordinaire, particules prédites au-delà du Modèle Standard de la physique des particules.Des particules de matière noire peuvent s'annihiler en particules du Modèle Standard dans les régions denses de l'Univers. Parmi les produits d'annihilations se trouvent les photons dont la détection à hautes énergies par des télescopes au sol à effet Tcherenkov pourrait apporter des informations uniques sur la nature de la matière noire.H.E.S.S. observe des régions du ciel dense en matière noire comme le Centre Galactique et des galaxies naines satellites de la Voie Lactée.Une interprétation d'un excès de rayons gamma détecté au Centre Galactique par H.E.S.S. en termes d’accélération de protons par une population de pulsars millisecondes est présenté.10 ans d'observations du Centre Galactique avec le réseau H.E.S.S. I de quatre télescopes, cinq ans de prise de données vers la région du Centre Galactique avec le réseau complet H.E.S.S. II, et un jeu de deux ans de données vers des galaxies naines découvertes récemment sont analysés. Les recherches de signaux d'annihilation de matière noire vers ces cibles ont produit les limites plus fortes à présent sur la section efficace d'annihilation de matière noire dans la plage en masse du TeV. Le potentiel de détection de matière noire avec le futur réseau de télescopes CTA (Cherenkov Telescope Array) vers la région central du halo Galactique est étudiés. / The H.E.S.S. (High Energy Spectroscopic System) experiment is an array of five Cherenkov telescopes that observe the sky in gamma-rays from about 100 GeV up to several ten TeV.Gamma rays are produced in violent non-thermal phenomena in the Universe in the neighborhood of pulsars, supernovae, black holes, ..., and could also be produced by the annihilation of dark matter particles.Numerous cosmological and astrophysical probes suggest that 85% of the total matter budget in the Universe is of unknown origin. This component of matter known as dark matter is non baryonic and could consist of yet undiscovered particles which privileged candidates are arguably massive particles with electroweak couplings with ordinary matter (WIMPs).Dark matter particles may annihilate into Standard Model particles in dense regions of the Universe. Among the annihilation products are photons which detection at high energy with ground-based Cherenkov telescopes could bring unique information on the nature of the dark matter.H.E.S.S. observes dark-matter-dense regions of the sky such as the Galactic Center and dwarf galaxy satellites of the Milky Way. A study on the interpretation of an excess of gamma-rays detected by H.E.S.S. at the Galactic Center in terms of acceleration of protons by a population of unresolved millisecond pulsars is performed.10 years of observations of the Galactic Center with the four-telescope H.E.S.S.-I array, five years of data taking towards the Galactic Center region with the full H.E.S.S.-II array and a two-years dataset towards newly discovered dwarf spheroidal galaxies are analyzed. The search for dark matter annihilation signals towards these targets provided the strongest limits so far on dark matter annihilation cross section in gamma rays of TeV energies. The potential of dark matter detection with the upcoming Cherenkov Telescope Array (CTA) towards the inner Galactic halo are studied. They may annihilate into Standard Model particles in dense regions of the Universe. Among the annihilation products are high energy photons. The detection of these photons with ground-based Cherenkov telescopes may reveal the nature of the dark matter. H.E.S.S. have observed some dark-matter-dense regions of the sky likethe Galactic Center and dwarf galaxies satellites of the Milky Way. In this work 10 years of observations of the Galactic Center with the four-telescopes H.E.S.S.-I array, five years of data taking towards the Galactic Center region with the full H.E.S.S.-II array and a two-years dataset towards newly discovered dwarf spheroidal galaxies are analyzed. The searches for dark matter annihilation signals towards these targets produced the strongest limits so far on dark matter annihilation cross section in gamma rays of TeV energies.Perspectives of dark matter detection with the future array CTA (Cherenkov Telescope Array) towards the inner Galactic halo are also discussed. A study on the interpretation of an excess of gamma-rays detected by H.E.S.S. at the Galactic Center in terms of acceleration of protons by a population of unresolved millisecond pulsars complements the dark matter searches.

La découverte de l'expansion de l'univers par Edwin Hubble en 1929 et l'étude de modèles cosmologiques ont retiré à l'univers son image statique et infinie; l'univers évolue depuis plus de 13 milliards d'années, depuis le Big Bang. Le modèle cosmologique standard hiérarchique ΛCDM prédit que, durant cette évolution, les halos de matière noire auraient principalement accrété de la masse par fusions successives. L'évolution des baryons, qui se trouveraient être en quantité bien plus faible, aurait suivi celle de la matière noire. Deux types de fusions auraient structuré l'évolution des galaxies : les fusions mineures et majeures. De plus, une accrétion continue de gaz froid, similaire à de nombreuses fusions mineures, aurait aussi pu jouer un rôle dans l'assemblage de la masse des galaxies. Les fusions mineures et l'accrétion de gaz entraînent une évolution douce des galaxies. A contrario, les fusions majeures modifient brutalement la morphologie aussi bien que la cinématique des galaxies en fusion et forment ainsi de nouvelles galaxies. Une dernière forme d'évolution apparaît lorsque la galaxie est isolée ou pendant une période séparant deux épisodes de fusion : l'évolution séculaire. La morphologie et la cinématique d'une galaxie peuvent alors changer via des perturbations internes ou générées par la dernière fusion. L'évolution séculaire n'ajoute pas de masse à la galaxie; seule, elle est insuffisante pour créer une galaxie. Pour mieux contraindre l'évolution des galaxies, je me suis tout d'abord penché sur l'évolution des galaxies durant les huit derniers milliards d'années. Dans cette optique, j'ai travaillé sur des données observationnelles du programme IMAGES (Intermediate MAss Galaxies Evolution Sequence), une étude, basée sur 63 galaxies situées à des redshifts intermédiaires (z ∼ 0.6), ayant pour objectif de dresser un portrait de l'état des galaxies à redshifts intermédiaires et de comprendre les mécanismes à l'oeuvre dans leur évolution. J'ai principalement utilisé les méthodes de travail développées sur l'échantillon du projet IMAGES pour 12 nouvelles galaxies ayant un redshift moyen légèrement plus grand (z ∼ 0.7 au lieu de 0.6). Avec les données du HST provenant du relevé GOODS, j'ai classé morphologiquement les galaxies du nouvel échantillon. Puis, utilisant les données du spectrographe multi-objets GIRAFFE, j'ai déterminé la cinématique de ces galaxies. Je retrouve, pour une plus petite statistique, les résultats du projet IMAGES : la fraction importante de galaxies particulières qui représentent plus de 50% des galaxies de masses intermédiaires à des redshifts intermédiaires, au détriment des galaxies spirales ; une corrélation entre la classe morphologique des galaxies spirales et celle cinématique des galaxies en rotation; une tendance pour les galaxies particulières à avoir une cinématique complexe ou perturbée. Ces résultats impliquent que les galaxies ont changé de morphologie entre z = 0.7 et z = 0. Les galaxies ayant une cinématique complexe ou perturbée sur de grandes échelles (> 5 kpc) requièrent des mécanismes bouleversant l'ensemble du gaz. Le mécanisme d'évolution le plus apte à les expliquer est la fusion majeure plutôt que l'accrétion lente de gaz ou la fusion mineure de galaxies naines. Les galaxies elliptiques de l'univers proche étant déjà en place à z > 1, les galaxies particulières ont dû alors évoluer en galaxies spirales. Tester le scénario de reconstruction des galaxies spirales après une fusion majeure a été le second axe de mon travail de recherche. La fraction de gaz, plus élevée dans le passé (> 50 % à z ∼ 1 − 2), joue un rôle primordial dans ce processus de reconstruction. Une partie du gaz en se refroidissant après une fusion majeure tombe dans le potentiel de la galaxie tout en conservant son moment angulaire et peut ainsi reformer un disque. Hammer et al. (2005a) interprète la formation stellaire sur les huit derniers milliards d'années ainsi que l'évolution de la morphologie et des abondances des galaxies par des épisodes de fusions majeures suivis de formation de galaxies spirales par reconstruction d'un disque. Suivant ce scénario, de nombreuses galaxies spirales de l'univers proche résulteraient d'une fusion majeure. La galaxie M31 semble être une bonne candidate pour ce type de phénomène. Elle a un nombre d'amas globulaires et de galaxies naines près de deux fois supérieur à celui de la Voie Lactée, plusieurs courants stellaires dont le Giant Stream et surtout un bulbe classique. J'ai participé au travail de reconstruction de M31 après une fusion majeure via des simulations numériques afin de tester cette hypothèse. Une fusion majeure de rapport de masse ∼ 3, avec des fractions de gaz dépassant les 60 % et comprenant un premier passage il y a 8-9 milliards d'années et une fusion il y a 5-6 milliards d'années, reproduit les structures morphologiques et cinématiques principales de M31 (bulbe, disque épais, disque mince, Giant Stream), renforçant ainsi le scénario de reconstruction du disque après une fusion majeure. Mon dernier travail de recherche a porté sur les conséquences des fusions majeures sur leur environnement. En effet, les débris éjectés d'une fusion majeure peuvent atteindre des masses de plus de 15 % de la masse baryonique totale des galaxies en fusion. La majeure partie de la matière éjectée à grande distance pourrait être due à la formation de queues de marée durant la fusion. A l'intérieur de ces queues de marée, de nouvelles galaxies naines peuvent se former, des galaxies naines de marée. Une fusion majeure peut donc être la source de la formation de nouvelles galaxies. Si la majeure partie des galaxies spirales se sont formées par fusions majeures, les conséquences de ces dernières ne peuvent être négligées. Plus particulièrement, la fusion majeure qui serait à l'origine de M31 aurait pu essaimer des galaxies naines dans le Groupe Local. Il se trouve que les galaxies naines de la Voie Lactée ont deux particularités : une distribution spatiale en forme de plan épais, dénommée VPOS (Vast Polar Structure), et la présence de deux galaxies naines irrégulières, les Nuages de Magellan (MC pour Magellanic Cloud), très proches de la Voie Lactée (< 60 kpc). Mon travail a consisté à tester l'hypothèse qu'une queue de marée, éjectée par la fusion majeure de M31, ait pu former les galaxies naines compagnons de la Voie Lactée. Ce scénario est probant pour reproduire leur distribution spatiale et la distribution de leur moment angulaire. Cependant, il semble en contradiction avec les rapports M/L élevés dans les galaxies naines sphéroïdales déduits des mesures de dispersion de vitesse. Ces rapports s'expliqueraient par la présence de grandes quantités de matière noire alors que les galaxies naines de marée en sont dépourvues par essence. Cette apparente contradiction pourrait s'expliquer si l'hypothèse de la stabilité interne des galaxies naines est abandonnée. Plus généralement, cette étude relance la question de l'origine des galaxies naines. Sont-elles des reliques des galaxies primordiales de l'univers ou le résultat de fusions majeures? Si le phénomène de fusion majeure est confirmée comme le mécanisme principal de formation des galaxies spirales et si des études démontrent qu'un grand nombre de galaxies naines de marée sont créées lors de ces événements, la recherche sur la formation, le nombre et la distribution spatiale des galaxies naines sera alors à revoir.

Le gaz neutre dans les galaxies commence seulement à révéler ses secrets. FUSE permet depuis peu de sonder la phase atomique diffuse vers les régions Hii extragalactiques, sièges d'une intense formation d'étoiles. La méthode fait appel à l'analyse du profil des raies d'absorption d'espèces métalliques, telles que Ni, Oi, Si ii, Pii, Ar i ou encore Fe ii, afin de calculer leurs quantités, et d'estimer les abondances des éléments (c'est-à-dire rapportées à la quantité d'hydrogène). Les objets parmi les plus intéressants sont les galaxies bleues compactes. Peu évoluées chimiquement, elles offrent l'opportunité de comprendre l'interaction entre les flambées d'étoiles y prenant place et le milieu interstellaire environnant. Un des enjeux majeurs consiste à éprouver les modèles d'évolution chimique des galaxies en comparant les mesures d'abondances chimiques dans le gaz neutre aux habituelles estimations dans le gaz ionisé de leurs régions Hii. Ce travail de thèse comporte une étude de la galaxie bleue compacte IZw36, qui s'inscrit dans l'échantillon grandissant des galaxies dont le gaz neutre a été étudié avec FUSE, dont IZw18. Le résultat montre que le gaz neutre a déjà été enrichi en métaux, et n'est donc pas de composition chimique primordiale. D'autre part, les métaux semblent sous-abondants dans la phase neutre par rapport à la phase ionisée. Dans notre démarche pour confirmer ces résultats et approfondir la méthode utilisée, une nouvelle approche a consisté à observer les régions Hii géantes dans les galaxies spirales. NGC604, dans M33, est la première région de ce type a être étudiée avec FUSE. L'influence de l'étendue de la source sur les profils des raies d'absorption, le continu stellaire, l'ionisation, sont autant de paramètres qu'il a été possible d'analyser. Finalement, il apparaît que l'azote, l'oxygène et l'argon sont déficients dans le gaz neutre de NGC604, tandis que le fer est similaire dans les phases neutre et ionisée. À ce point, plusieurs raisons physiques peuvent être invoquées pour expliquer ces résultats, mais de futurs travaux seront nécessaires, notamment pour étudier l'influence de composantes saturées non résolues.

Les fusions sont un évènement essentiel dans la formation des grandes structures de l'Univers; elles jouent un rôle important dans l'histoire de formation et l'évolution des galaxies. Outre une transformation morphologique, les fusions induisent d'importants sursauts de formation d'étoiles. Ces sursauts sont caractérisés par des Efficacités de Formation Stellaire (EFS) et des Taux de Formation Stellaire Spécifiques (TFSS), i.e., respectivement, des Taux de Formation Stellaire (TFS) par unité de masse gazeuse et des TFS par unité de masse stellaire, plus élevés que ceux des galaxies spirales. A toutes les époques cosmiques, les galaxies à sursaut de formation d'étoiles sont des systèmes particuliers, en dehors de la séquence définie par les galaxies spirales. Nous explorons l'origine du mode de formation stellaire par sursaut, à travers trois systèmes in interaction: Arp 245, Arp 105 et NGC 7252. Nous avons combiné des observations JVLA haute résolution de la raie à 21-cm, traçant le gaz Hi diffus, avec des observations GALEX dans l'UV, traçant les jeunes régions de formation d'étoiles. Nous sommes ainsi en mesure de sonder les conditions physiques locales du Milieu InterStellaire (MIS) pour des régions de formation d'étoiles indépendantes, et d'étudier la transformation du gaz atomique en gaz dense dans différents environnements. Le rapport SFR/HI apparaît bien plus élevé dans les régions centrales que dans les régions externes, indiquant une fraction de gaz dense plus élevée (ou une fraction de gaz HI moins élevée) dans les régions centrales. Dans les régions externes des systèmes, i.e., les queues de marées, où le gaz est dans une phase principalement atomique, nous observons des rapports SFR/ HI plus élevés que dans les environnements standards dominés par le HI, i.e., les régions externes des disques de spirales et les galaxies naines. Ainsi, notre analyse révèle que les régions externes de fusions sont caractérisées par des EFS élevées, par comparaison au mode de formation stellaire standard. Observer des fractions de gaz dense élevées dans les systèmes en interaction est en accord avec les prédictions des simulations numériques; ceci résulte d'une augmentation de la turbulence du gaz durant une fusion. La fusion affecte les propriétés de formation stellaire du système probablement à toutes les échelles, depuis les grandes échelles, avec une turbulence augmentant globalement, jusqu'aux petites échelles, avec des modifications possibles de la fonction de masse initiale. A partir d'une simulation numérique haute résolution d'une fusion majeure entre deux galaxies spirales, nous analysons les effets de l'interaction des galaxies sur les propriétés du MIS à l'échelle des amas stellaires. L'accroissement de la turbulence du gaz explique probablement la formation de Super Amas Stellaire dans le système. Notre étude de la relation SFR-HI dans les fusions de galaxies sera complétée par des données HI haute résolution pour d'autres systèmes, et poussée vers des échelles spatiales encore plus petites.