Des modèles de Gravité Quantique (QG) prédisent une violation de l'invariance de Lorentz (LIV), se manifestant par une dispersion de la lumière dans le vide. Si un tel effet existe, des photons d'énergies différentes émis en même temps par une source distante sont détectés sur Terre à des moments différents. Les émissions transitoires à (très) hautes énergies provenant de sources astrophysiques lointaines, comme les sursauts gamma (GRBs) et les blazars sont utilisées pour contraindre cet effet LIV. Cet ouvrage présente les études menées avec deux télescopes gamma majeurs : H.E.S.S. -- pour lequel une étude de la qualité des données étalonnées a été réalisée -- et Fermi-LAT. Les énergies et les temps d'arrivée de photons individuels ont été utilisés pour contraindre le paramètre de dispersion dans le vide ainsi que l'échelle d'énergie E_QG à laquelle des effets LIV peuvent apparaitre. La méthode de maximum de vraisemblance est décrite, avec une étude détaillée des systématiques. Une modification dans le cas de fond non négligeable est appliquée aux données de l'éruption d'un blazar observé par H.E.S.S. : les limites obtenues sur E_QG sont moins contraignantes que les meilleures limites précédentes, mais elles se trouvent à un redshift non couvert à ce jour. Quatre GRBs observés par Fermi-LAT ont aussi été analysés, en déterminant la courbe de lumière de deux manières : ajustements gaussiens et estimation par densité de noyaux. Les meilleures limites sur E_QG pour le cas linéaire/subluminal sont obtenus avec GRB090510 : E_QG,1 > 7,6 E_Planck. Des limites plus robustes, tenant compte des effets intrinsèques à la source, ont également été produites. / Some Quantum Gravity (QG) theories allow for a violation of Lorentz invariance (LIV), manifesting as a dependence on the velocity of light in vacuum on its energy. If such a dependence exists, then photons of different energies emitted together by a distant source will arrive at the Earth at different times. (Very) high energy transient emissions from distant astrophysical sources such as Gamma-ray Bursts (GRBs) and blazars can be used to search for and constrain LIV. This work presents the studies obtained with two leading Gamma-ray telescopes: H.E.S.S. -- for which a study of the quality of the calibrated data was performed -- and Fermi-LAT. The energies and arrival times of individual photons were used to constrain the vacuum dispersion parameter and the energy scale EQG at which QG effects causing LIV may arise. The maximum likelihood method is described, with detailed studies of the systematics. A modification for a non-negligible background is provided and applied to the data of an AGN flare observed by H.E.S.S.: the obtained limits on the QG energy scale are less constraining than the previous best limits obtained with blazars; yet, the new limits lie a redshift range not covered this far. Four bright and quasi background-free GRBs observed by the Fermi-LAT were also analysed, with two different template light curve determinations -- Gaussian fits and Kernel Density Estimates. The best limits on the E_QG scale for the linear/subluminal case are from the shortest burst, GRB090510: E_QG,1 > 7.6 E_Planck. More robust limits, considering the intrinsic effects possibly occurring at the source, were also derived.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la préparation de la mission spatiale franco­-chinoise SVOM (Space Variable Object Monitor) opérationnelle à l’horizon 2021 et qui aura pour but de détecter et caractériser les sursauts gamma. La première partie de la thèse consiste au développement d’un logiciel de simulation de COLIBRI (Catching OpticaL and Infrared BRight transIents), un télescope de suivi au sol de SVOM. Il comporte un simulateur de sursauts gamma, un exposure time calculator, un simulateur d'image, un algorithme estimant le redshift photométrique. Il a permis d'une part d’estimer les performances scientifiques du télescope afin de s'assurer qu'elles satisfont le cahier des charges, et d'autre part d'estimer une précision sur l'estimation de la distance du sursaut de l'ordre de 10% et 15% sur le redshift pour les sursauts à 3.5 < z < 8 et z > 8. La deuxième partie de la thèse porte sur l’étude de la propriété des poussières au sein des galaxies dans lesquelles se produisent ces sursauts gamma, mais aussi à l’étude de leur activité de formation stellaire. J'ai comparé les courbes d'extinction mesurées sur la ligne de visée de 7 GRBs à la courbe d'atténuation de leurs galaxies à l'aide d'un code de SED fitting, CIGALE. En comparant à un code de transfert radiatif on obtient des informations sur la distribution étoiles / poussière au sein de ces galaxies. Sur un échantillon élargi, on montre que les courbes d'atténuation pentues (plates) corrèlent avec des galaxies avec une faible (grande) atténuation due à la poussière, les moins (plus) activent en formation stellaire et les moins (plus) massives / This thesis lies within the framework of the sino-french SVOM (Space Variable Object Monitor) mission to be launched in 2021 whose objective is the detection and characterisation of Gamma-Ray Bursts (GRBs). The first part consists in the development of an end-to-end software for COLIBRI (Catching OpticaL and Infrared BRight transIents), a SVOM ground follow-up telescope. It consists in a GRB simulator, an Exposure Time Calculator, an image simulator and a photometric redshift algorithm. It allowed to estimate the telescope scientific performances to ensure that the optical design was fulfilling the scientific requirements. The relative accuracy on the photometric redshift delivered by COLIBRI is estimated to be about 10% and 15% for GRBs at 3.5 < z < 8 et z > 8. The second part of the thesis deals mainly with the study of dust properties in GRB host galaxies, but also with the star formation activity in these galaxies. We compare extinction curves measured along the GRB line of sight for 7 GRBs to the attenuation curve of their host galaxies measured with CIGALE, a SED fitting code. By comparing these curves to the results of a radiative transfer code, we obtain information about the geometrical distribution of dust and stars in these galaxies. On a larger sample of 23 galaxies, we show that the steepest (flattest) attenuation curves are associated to galaxies with a large (small) amount of dust attenuation, less (more) active in star formation and less (more) massive galaxies

<p dir="ltr">Neutron star mergers generate powerful gravitational waves and various types of electromagnetic signals, including gamma-ray bursts (GRB), kilonovae, and their afterglows. Observing and modeling these signals help us understand the physical processes of the merger events. Radiation from mergers can also serve as probes to study nuclear physics and cosmology. In this report, I focus on two types of signals: the GRB afterglow and the kilonova. GRB afterglows are non-thermal radiation produced by the interaction of relativistic jets and circumburst material, where the jets are launched perpendicular to the merger plane. Kilonovae are the thermal radiation emitted from the hot materials ejected during the merger. Besides the modeling of these objects, I also investigate their application in multimessenger astrophysics, especially the constraint on the expansion rate of the Universe. </p><p dir="ltr">First, I developed a GRB afterglow model to account for the off-axis observation of a structured jet. Using a jet structure derived from a three-dimensional general relativistic magnetohydrodynamic simulation, we performed a joint analysis of the multimessenger data of the neutron star merger event GW170817, including the gravitational wave data and GRB afterglow data in the radio band. We have tightly constrained the observing angle of GW170817 and broken the degeneracy between the inclination angle and luminosity distance measured in gravitational waves. With a better constrained distance, we improved the standard siren measurement of the Hubble constant to $H_0 = 69.5\pm 4\ \mathrm{km\ s^{-1}\ Mpc^{-1}}$. The error bar has been reduced by a factor of 2. This work demonstrates that the modeling of off-axis GRB afterglow can significantly improve the standard siren method, provided that we have a reliable jet structure.</p><p dir="ltr">Second, I upgrade the GRB afterglow model in the first work, extending it to the late time where lateral spreading of the GRB jet becomes important. In this model, the ultra-relativistic blastwave is approximated by an infinitely thin two-dimensional surface. With this approximation, the hydrodynamic equations can be analytically integrated over the radius. Further assuming axial symmetry, the three-dimensional hydrodynamic simulation can be reduced to one dimension, which significantly increases the computational efficiency. We have compared our method to full numerical simulations and existing GRB afterglow modeling tools. The comparison shows good agreement and verifies our approach. Compared to these tools, our model has better flexibility and is applicable in a broader context. This method has been developed into a numerical code, \texttt{jetsimpy}, which we have provided to the community. It will serve as a powerful tool in the era of multimessenger astrophysics.</p><p dir="ltr">Finally, I investigate the possibility of long-lived massive neutron stars as neutron star merger remnants. A long-lived massive neutron star can inject a significant amount of energy into the merger ejecta, boosting the luminosity of kilonova by several orders of magnitude. However, this type of event has not yet been observed in optical sky surveys. We developed a boosted kilonova model with a detailed calculation of the photoionization process to better describe the efficiency of energy injection from spin down power to the ejecta. Our study found that boosted kilonovae, if commonly occurring, they should have already been observed given the accumulated time in sky surveys. As a result, the absence of detection implies that long-lived massive neutron stars as neutron star merger remnants are likely to be rare in the Universe.</p>

L'Univers est continûement le théâtre d'événements explosifs capables de relâcher une énorme quantité d'énergie sur des courtes échelles de temps. Ces sources transitoires comme les sursauts gamma, les supernovae ou les noyaux actifs de galaxie sont souvent associées à des objets extrêmes comme des étoiles à neutrons ou des trous noirs. De manière générale, ces sources émettent des radiations électromagnétiques dans une large bande spectrale voire sur la totalité du spectre pour les cas les plus extrêmes. Dès lors, une analyse multi-longueur d'onde est vitale pour étudier et comprendre la physique complexe de ces objets. De plus, au voisinage de ces sources, des particules (rayons cosmiques, RC) pourraient être efficacement accélérées jusqu'à des énergies très elevées dans des processus de chocs violents. L'interaction de ces RCs avec l'environnement peut conduire à la production d'un nombre significatif de neutrinos de hautes énergies. Par conséquent, l'étude des objets transitoires par le biais de l'astronomie neutrino offre la possibilité d'identifier enfin la nature des puissants accélérateurs cosmiques.Cette thèse est dédiée à l'étude de deux sources transitoires parmi les plus extrêmes dans l'Univers : les sursauts gamma (en anglais, Gamma-Ray Bursts : GRBs) détectés il y a ~ 50 ans et les sursauts radio (en anglais, Fast Radio Bursts : FRBs) fraîchement découverts il y a ~ 15 ans. Ces sources sont caractérisées par l'émission "prompte" d'un flash gamma (keV-MeV) durant de quelques ms à plusieurs secondes dans le cadre des GRBs et d'un flash intense en radio (GHz) durant quelques ms pour les FRBs. Dans le cas des GRBs une émission rémanente dite "afterglow" est observée dans une large gamme spectrale (X, visible et radio) alors que jusqu'à présent aucune autre contrepartie électromagnétique provenant d'un FRB n'a été découverte. Ces dernières années des modèles d'émission multi-longueur d'onde et multi-messager ont été développés afin d'expliquer ces 2 phénomènes. L'objectif majeur de ce travail de thèse est de tester ces modèles d'émission afin de contraindre la physique et la nature de ces deux objets. Pour cela, une analyse détaillée des propriétés physiques de l'émission afterglow des GRBs a été menée grâce à un large échantillon de données collectées ces 20 dernières années par diverses télescopes. Cette étude a permis de mettre en évidence les lacunes et les réussites du modèle GRB dit "standard" mais aussi les liens physiques subtils existant entre l'émission prompte des GRBs et leurs rémanences. Une recherche de signal neutrino en coïncidence avec les GRBs/FRBs a aussi été réalisée avec le télescope à neutrinos ANTARES. Les résultats sont décrits dans cette thèse ainsi que les contraintes apportées sur les processus d'accélération des particules durant ces phénomènes transitoires. Enfin, ce manuscrit rend compte des différents programmes d'observations innovants qui ont été engagés sur les télescopes optiques TAROT et Zadko et le télescope à neutrinos ANTARES afin de contraindre la nature des progéniteurs des GRBs/FRBs. / The Universe is continuously the scene of explosive events capable of releasing a tremendous amount of energy in short time scales. These transients like Gamma-Ray Bursts, Supernovae or Active Galactic Nuclei are often associated with extreme objects such as neutron stars or black holes. Generally, these sources emit light in a large spectral energy range and sometimes in the whole electromagnetic spectrum for the most extreme cases. Thus, a multi-wavelength analysis is crucial to study and understand the complex physical processes at work. Furthermore, in the vicinity of these sources, particles (cosmic-rays, CRs) could be efficiently accelerated up to very high energies by violent shock mecanisms. The interaction of these CRs with the surrounding environment may lead to a substantial production of high-energy neutrinos. Therefore, the study of the high-energy transient objects through neutrino astronomy offer the possibility to finally identify the nature of the powerful cosmic accelerators a hundred year after the discovery of the cosmic-rays.This thesis is dedicated to the study of two transient sources among the most extreme ones observed in the Universe: the Gamma-Ray Bursts (GRBs) detected ~ 50 years ago and the Fast Radio Bursts (FRBs) newly discovered ~ 15 years ago. These sources are characterised by the "prompt" emission of a gamma-ray flash (keV-MeV) lasting few ms up to few seconds for GRBs and an intense pulse of radio light (GHz) lasting few ms for FRBs. In the case of GRBs a late broadband afterglow emission is observed in X-rays/optical/radio domain while up to now no other electromagnetic counterpart has ever been detected in coincidence with any FRBs. These last years, many models predicting a multi-wavelength and a multi-messenger emission from these two phenomena have been developped. The main goal of this thesis work is to test these models in order to constrain the physics and the nature of the GRBs/FRBs. To do so, a detailed analysis on the physical properties of the GRB afterglow emission was made thanks to a large set of data collected these last 20 years by various facilities. The study reveals the major problems but also the successes encountered with the so-called "standard" GRB model. Subtle connections between the prompt and the afterglow emission are also discussed. In addition, a search for a neutrino signal from GRBs/FRBs was realised with the ANTARES neutrino telescope. The results are described in this thesis as well as the constraints on the particle acceleration mecanisms occuring during these transient phenomena.At last, this manuscript presents the different innovative observational programs realised in the optical domain with the TAROT and Zadko telescopes and in the astroparticle side with the ANTARES neutrino telescope in order to probe the nature of the GRBs/FRBs progenitors.