Je présente un nouveau modèle d'émission nébulaire de galaxies à formation d'étoiles, que j'ai développé en combinant un modèle récent de synthèse de populations stellaires avec un code classique de photoionisation. Je détaille les principales caractéristiques de ce nouveau modèle, comme le traitement sophistiqué des abondances individuelles et des déplétions sur les grains de poussière qui permet d'explorer de façon appropriée les signatures des rapports non solaires d'abondances de métaux, et donc les propriétés des galaxies chimiquement jeunes à l'époque de la réionisation. Je présente la grille exhaustive publique de modèles de photoionisation que j'ai créée, explorant de larges éventails de paramètres stellaires et interstellaires. Je décris la capacité des modèles à reproduire simultanément les caractéristiques observationnelles de galaxies à formation d'étoiles dans plusieurs diagrammes de rapports de raies ultraviolettes et optiques, et j'explore l'influence des différents paramètres ajustables des modèles sur les prédictions de rapports de luminosités de raies. Je décris également comment la combinaison de ces modèles avec des modèles de régions d'émission de raies étroites autour de noyaux actifs de galaxies, effectués avec le même code de photoionisation, permet de définir de nouveaux diagnostics de rapports de raies d'émission ultraviolettes et optiques pour distinguer la formation stellaire et l'activité nucléaire dans les galaxies. Enfin, je montre comment le nouveau modèle présenté dans cette thèse a déjà été utilisé pour interpréter avec succès les raies d'émission ultraviolettes et optiques de galaxies naines lentillées à des décalages spectraux entre 2-7. / I present a new model of nebular emission from star-forming galaxies, which I have developed by combining updated stellar population synthesis models with a standard photoionization code. I detail the main features of this new model, such as the recent advances in the theories of stellar interiors and atmospheres it incorporates to interpret the ionizing radiation from star-forming galaxies, and the careful treatment of individual abundances and depletion onto dust grains, which allows one to properly explore the signatures of non-solar metal abundance ratios, and then the properties of chemically young galaxies out to the reionization epoch. I present the public comprehensive grid of photoionization models I have computed, including full ranges of stellar and interstellar parameters. I describe the ability of the models to account simultaneously for observational trends followed by star-forming galaxies in several ultraviolet and optical diagnostic line-ratio diagrams, and I explore the influence of the various adjustable model parameters on predicted line-luminosity ratios. I also describe how the combination of this model with calculations of narrow-line emitting regions from active galactic nuclei computed using the same photoionization code allows one to define new ultraviolet and optical emission-line diagnostics to discriminate between star formation and nuclear activity in galaxies. Finally, I show how the new model presented in this thesis has already been used successfully to interpret the rest-frame ultraviolet and optical line emission of different types of high-redshift star-forming galaxies, mainly lensed dwarf star-forming galaxies at redshift between 2-7.

Je combine de nouveaux modèles de production de radiations stellaires et de transport radiatif à travers le milieu interstellaire (MI). Cela permet de caractériser les étoiles ainsi que le MI neutre et ionisé dans des galaxies formant des étoiles (GFE), via des raies ultraviolettes dans leur spectre. J'évalue la fiabilité des modèles stellaires en ajustant dans l'ultraviolet les indices d'absorption mesurés dans les spectres stellaires de 10 amas d'étoiles dans le Grand Nuage de Magellan. Je montre que négliger l'échantillonnage stochastique de la fonction de masse initiale stellaire de ces amas jeunes et peu massifs a une faible influence dans l'estimation d'âge et de métallicité, mais peut entraîner une surestimation significative des estimations de leur masse. Ensuite, je développe une approche basée sur une description épurée des principales caractéristiques du MI, afin de calculer de manière auto-cohérente l'influence combinée de l'émission et de l'absorption de ce milieu dans le spectre ultraviolet des GFE. Ce modèle tient compte du transport radiatif aussi bien à travers les couches intérieures ionisées, qu'à travers les couches extérieures neutres des nuages de formation d'étoiles ainsi que le milieu diffus entre ces nuages. J'utilise cette approche pour étudier la signature enchevêtrée des étoiles, du milieu neutre et du milieu ionisé dans les spectres ultraviolets des GFE. J'obtiens que la plupart des indices stellaires dans l'ultraviolet sont susceptibles de présenter une contamination par le MI qui augmente avec la métallicité. Enfin, j'identifie des raies d'émission et d'absorption interstellaires pouvant discriminer efficacement les différentes phases du MI. / I combine state-of-the-art models for the production of stellar radiation and its transfer through the interstellar medium (ISM) to investigate ultraviolet-line diagnostics of stars, the ionized and the neutral ISM in star-forming galaxies. I start by assessing the reliability of the stellar population synthesis modelling by fitting absorption-line indices in the ISM-free ultraviolet spectra of 10 Large-Magellanic-Cloud clusters. In doing so, I find that neglecting stochastic sampling of the stellar initial mass function in these young low-mass clusters affects negligibly ultraviolet-based age and metallicity estimates but can lead to significant overestimates of stellar mass. Then, I develop a simple approach, based on an idealized description of the main features of the ISM, to compute in a physically consistent way the combined influence of nebular emission and interstellar absorption on ultraviolet spectra of star-forming galaxies. My model accounts for the transfer of radiation through the ionized interiors and outer neutral envelopes of short-lived stellar birth clouds, as well as for radiative transfer through a diffuse intercloud medium. I use this approach to explore the entangled signatures of stars, the ionized and the neutral ISM in ultraviolet spectra of star-forming galaxies. I find that, aside from a few notable exceptions, most standard ultraviolet indices defined in the spectra of ISM-free stellar populations are prone to significant contamination by the ISM, which increases with metallicity. I also identify several nebular-emission and interstellar-absorption features, which stand out as particularly clean tracers of the different phases of the ISM.

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.