We calculate the angular power spectrum of the cosmic microwave background temperature fluctuations induced by the kinetic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) effect from the epoch of reionization (EOR). We use detailed N-body+radiative-transfer simulations to follow inhomogeneous reionization of the intergalactic medium. For the first time, we take into account the "self-regulation" of reionization: star formation in low-mass dwarf galaxies or minihalos is suppressed if these halos form in the regions that were already ionized or Lyman-Werner dissociated. Some previous work suggested that the amplitude of the kSZ power spectrum from the EOR can be described by a two-parameter family: the epoch of half-ionization and the duration of reionization. However, we argue that this picture applies only to simple forms of the reionization history which are roughly symmetric about the half-ionization epoch. In self-regulated reionization, the universe begins to be ionized early, maintains a low level of ionization for an extended period, and then finishes reionization as soon as high-mass atomically cooling halos dominate. While inclusion of self-regulation affects the amplitude of the kSZ power spectrum only modestly (~10%), it can change the duration of reionization by a factor of more than two. We conclude that the simple two-parameter family does not capture the effect of a physical, yet complex, reionization history caused by self-regulation. When added to the post-reionization kSZ contribution, our prediction for the total kSZ power spectrum is below the current upper bound from the South Pole Telescope. Therefore, the current upper bound on the kSZ effect from the EOR is consistent with our understanding of the physics of reionization. / text

Durant les deux dernières décennies, de nombreux efforts ont été apportés pour comprendre le processus de formation des structures de l'Univers jeune. Les avancées dans les technologies observationnelles atteintes aujourd'hui permettent d'observer des galaxies de plus en plus loin, y compris celles responsables de la réionisation cosmique qui a eu lors du premier milliard d'années de l'Univers. L'objectif principal de cette thèse a été de poser des contraintes sur la nature et l'abondance des sources responsables de la réionisation cosmique. Plus précisément, l'étude s'est portée sur les galaxies qui forment des étoiles et qui ont une émission Lyman-alpha (LAE) entre z ~ 3 et 6.7. Il est à noter que cette thèse a été réalisée au sein du consortium MUSE, tout nouvel instrument installé au VLT en janvier 2014 dont nous avons exploité les données du GTO. Ce travail de thèse a permis de confirmer la puissance inégalée de MUSE au niveau de la détection et de l'étude de sources extragalactiques faibles sans aucune présélection. Nous avons observé quatre amas-lentilles dont l'amplification de la lumière permet la détection de sources à faible luminosité, au prix d'une diminution du volume d'Univers observé. Nous nous sommes d'abord focalisés sur l'étude de l'amas de galaxies Abell 1689 afin de structurer une méthodologie applicable aux autres amas. En comparant la densité volumique des LAEs détectés aux différentes fonctions de luminosité (FdL) de la littérature, nous sommes arrivés à la conclusion suivante : la pente de la loi de puissance que décrit la fonction de Schechter pour la partie la plus faible est plus petite que alpha <= -1.5, ce qui signifie que le nombre de LAEs croît extrêment vite vers les faibles luminosités. Nous avons ensuite appliqué cette méthode aux autres amas de notre échantillon observés par MUSE. Les LAEs identifiés et mesurés dans ces amas sont typiquement dix fois plus faibles que ceux observés dans les champs vides (39 < log(Lya) < 42.5). Environ un tiers de ces LAEs n'a pas de contrepartie dans le continuum jusqu'à AB ~ 28 sur les images HST et n'aurait donc jamais été vu sur des relevés pointés. Le catalogue final contient plus de 150 LAEs, ce qui nous a permis d'étudier la contribution des objets les plus faibles, ainsi que l'évolution de la pente en fonction du redshift. Les résultats obtenus semblent confirmer que la pente alpha est proche de -2 pour l'ensemble des LAEs compris entre 2.9 < z < 6.7. On observe aussi une évolution de alpha, qui passe de -1.8 à -1.95 entre z ~ 3-4 et z ~ 5-7, un résultat original et non dépendant des données utilisées pour la partie brillante de la FdL. L'intégration de cette FdL permet ensuite de calculer la densité de photons ionisants émis par ces LAEs et de déterminer leur impact relatif sur la réionisation cosmique. A l'avenir, la profondeur de champ atteinte par les données du James Webb Space Telescope (JWST) va repousser la limite de détection de ces galaxies jusqu'à z ~ 8. L'utilisation de spectrographes dans le proche infrarouge comme MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT ou le tout récent EMIR/GTC permettent déjà de confirmer des candidats à z >= 7. Cette thèse a apporté des nouvelles contraintes sur la partie faible de la FdL des LAEs pour un redshift allant jusqu'à z ~ 6, un début donc de ce que l'on va pouvoir faire dans les années à venir pour des redshifts de l'ordre de z ~ 7-8. / Significant efforts have been put for the past two decades to understand the formation process of structure in the early Universe. The recent technological advances in the observational field allow for observing galaxies further and further, even the ones responsible for the cosmic reionization which occurred during the first billion years of the Universe. The main goal of this thesis was to impose constraints on the nature and the abundance of the sources responsible of the cosmic reionization. More specifically, the study was focused on the star-forming galaxies that have a Lyman-alpha emission (LAE) between z ~ 3 and 6.7. This thesis has been conducted within the framework of the MUSE consortium, a brand new instrument installed on the VLT in January 2014, as part of the exploitation of the Guaranteed Time (GTO). This thesis work has enabled us to confirm the unrivalled power of MUSE concerning the detection and the study of weak extragalactic sources without any preselection. We have observed four lensing clusters which magnify the incident light and make it possible to detect faint sources, at the expense of a decrease of the volume of the observed Universe. At first we started with the study of the galaxy cluster Abell 1689 in order to build up a methodology we intend to apply on other galaxy clusters. By comparing the volume density of the detected LAEs to the luminosity functions (LF) coming from the literature, we have reached the following conclusion : the slope of the power law from the Schechter function is smaller than alpha <= -1.5, which means that the number of LAEs increases drastically towards the faint luminoities. Then we have applied the new-build method to the other galaxy clusters of our sample observed with MUSE. The LAEs we have detected and measured in this sample are roughly ten times fainter than the ones observed in blank fields thanks to the lensing effect (39 < log(Lya) < 42.5). About one third of them lacks a counterpart in the continuum up to AB ~ 28 on the HST images and couldn't have been seen on targeted surveys. The final catalog includes more than 150 LAEs, this amount has enabled us to study the contribution of the faintest ones and also the evolution of the slope according to the redshift. The results of this work seem to confirm that the slope alpha is close to -2 for all the 2.9 < z < 6.7 LAEs. Furthermore, one can notice the evolution of alpha from -1.8 to -1.95 between z ~ 3-4 and z ~ 5-7, an original result and irrespective of the data set used to complement the present sample towards the bright region of the LF. The integral of the LF allows for working out the ionizing photons density emitted by these LAEs and for determining their relative impact on the cosmic reionization. In the future, the depth of the James Webb Space Telescope (JWST) observations will improve the limits of galaxy detection, certainly up to z ~ 8. The use of near-IR spectrographs such as MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT or the very recent EMIR/GTC already provides the confirmation of z >= 7 candidates. This thesis brought new constraints on the faint-end part of the LF of LAEs for a redshift up to z ~ 6, which represents a beginning with respect to all we can do in the coming years for redshifts up to z ~ 7-8.

Depuis une quinzaine d'années, de nombreuses galaxies sont détectées grâce à leur raie d'émission Lyman-alpha à des décalages spectraux supérieurs à 3. Ces objets, dits Émetteurs Lyman-alpha, nous permettent ainsi de sonder les galaxies dans l'Univers lointain, alors âgé de moins de deux milliards d'années. Bien qu'un grand nombre d'Émetteurs Lyman-alpha ait été détecté jusqu'à présent, leurs propriétés statistiques et physiques sont encore mal contraintes. En effet, les observations sont difficiles à interpréter du fait des effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha dans le milieu interstellaire et de la cinématique du gaz. En plus des observations, des efforts théoriques sont donc nécessaires pour mieux comprendre les caractéristiques physiques de ces objets, leur rôle dans le scénario de formation hiérarchique des galaxies, et leur lien avec l'autre grande populations de galaxies lointaines, les galaxies à discontinuité de Lyman. Cette thèse a pour but de proposer une modélisation originale de cette population d'Émetteurs Lyman-alpha dans le contexte cosmologique. La formation et l'évolution hiérarchique des galaxies est décrite grâce au modèle hybride GALICS, associant une simulation à N corps de matière noire, à des prescriptions semi-analytiques pour modéliser la physique des galaxies. GALICS prédit les propriétés physiques d'un large échantillon de galaxies entre z~3 et 7. Les propriétés de la raie Lyman-alpha sont obtenues grâce au couplage de GALICS avec une librairie de modèles numériques, réalisés avec le code MCLya. Avec cette approche, la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha et le profil de la raie émergent des galaxies peuvent ainsi être prédits, en prenant en compte les effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha et la cinématique du milieu. Le modèle prévoit une forte dispersion de la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha fesc en fonction de leur taux de formation stellaire. Les galaxies peu massives, formant peu d'étoiles ont une fraction d'évasion Lyman-alpha de l'ordre de l'unité. En revanche, fesc est distribué entre 0 et 1 pour les objets plus massifs, formant intensément des étoiles, selon les propriétés physiques des galaxies. Les résultats du modèle donnent un accord satisfaisant avec la plupart des observations, en particulier les fonctions de luminosité Lyman-alpha et UV entre z~3 et 7. Le modèle parvient à reproduire conjointement les propriétés UV des galaxies sélectionnées en UV (galaxies à discontinuité de Lyman) et celles des Émetteurs Lyman-alpha. Nous trouvons que les Émetteurs Lyman-alpha sont des galaxies de masse modérée présentant des profils de raie asymétriques, en bon accord avec les données observationnelles. Le modèle prévoit notamment une forte abondance de galaxies de faible luminosité Lyman-alpha. Ces objets peu lumineux seront une des cibles privilégiées du spectrographe intégral de champ MUSE, qui sera prochainement installé au VLT. Dans le but d'aider à la préparation des futurs relevés que MUSE effectuera, des champs fictifs d'Émetteurs Lyman-alpha ont été construits grâce au modèle pour fournir des prédictions, notamment en terme de comptages et de variance cosmique. / Many galaxies have been detected at high redshift since the late nineties thanks to their strong Lyman-alpha emission line. These objects, knows as Lyman-alpha Emitters, allow us to probe galaxies in the first two Gigayears of the Universe. Although a large amount of detections, their statistical and physical properties are still poorly constrained. Indeed, observations are difficult to interpret, mainly due to line transfer effects in the interstellar mediaum and gas kinematics. In addition to observations, theoretical efforts are needed to reach a better understanding of the properties of these objects, their role in the scenario of hierarchical formation of galaxies, and their link with the other main high redshift galaxy population, the so-called Lyman Break galaxies. In this thesis, we model Lyman-alpha Emitters in the cosmological context with an original method. The hierarchical galaxy formation process is described with the GALICS model, which couples a N body simulation of Dark Matter, with semi-analytic prescriptions to model galaxy physics. GALICS can predict the physical properties of a large sample of mock galaxies between z~3 and 7. Lyman-alpha properties are computed thanks to the coupling of GALICS with a library of numerical tranfser models, generated with the MCLya code. With this approach, Lyman-alpha photons escape fractions and line profiles can be predicted, taking into account resonnant scattering effects and gas kinematics. We find a strong dispersion of the escape fraction with respect to the star formation rate of the galaxies. The model predictions are in good agreement with most of the observationnal data, especially the Lyman-alpha luminosity functions between z~3 and 7. The model is able to reproduce UV properties of UV and Lyman-alpha selected galaxies. We find that Lyman-alpha Emitters have moderate mass on average and display asymetric line profiles, as it is shown by the observations. In particular, we predict a strong abundance of faint Lyman-alpha Emitters. These objects will be a main target of the forthcoming MUSE instrument that will be installed at VLT. In order to help preparing future surveys with MUSE, mock fields of Lyman-alpha Emitters have been created with our model to make predictions, especially in terms of number counts and cosmic variance.

Le milieu circum-galactique (CGM pour "Circum-Galactic Medium" en anglais) constitue l'interface entre les galaxies et les grandes structures au sein desquelles elles évoluent. Le milieu inter-galactique est principalement composé de gaz d'hydrogène froid, dit primordial, qui en s'accretant sur les galaxies constitue le carburant de la formation stellaire. La formation stellaire apparait alors régulée par les échanges de matière entre la galaxie et l'extérieur. En ce sens, l'étude de l'environnement des galaxies se révèle cruciale pour comprendre les mécanismes qui régissent leur formation et leur évolution. L'observation directe du CGM est toutefois assez délicate en raison de la chute de brillance des galaxies dans leurs régions externes. Sa détection est d'autant plus difficile pour les galaxies de l'Univers lointain. Quelques techniques existent pour contrecarrer cette difficulté : l'observation du CGM en absorption dans le spectre d'un quasar brillant situe sur la ligne de visée de la galaxie, ou sa détection statistique en combinant de nombreuses images de galaxies. Ces techniques ont toutefois de sévères limitations car elles ne donnent que des informations parcellaires sur le CGM. Je rapporte dans cette thèse la détection de gaz d'hydrogène froid autour de 145 galaxies (soit 80% des galaxies testees) peu massives, peu lumineuses et très distantes, émettant de l'émission Lyα. Longtemps utilisée pour son pouvoir de détection des galaxies lointaines, l'émission Lyα est maintenant utilisée comme un traceur du gaz froid du CGM, alors observable sous forme de "halos" Lyα. Notre échantillon constitue le plus grand échantillon de halos Lyα détectés individuellement autour de galaxies de faible masse et ce, à une époque pendant laquelle l'Univers est en pleine construction. Ces avancées ont été rendues possible grâce à l'incomparable sensibilité de l'instrument MUSE installé sur le "Very Large Telescope" au Chili il y a bientôt 4 ans. Seule une centaine d'heures de télescope dans la région du champ ultra profond de Hubble ont été nécessaires pour permettre la détection de halos Lyα. Nos résultats confirment la présence de grande quantité de gaz froid dans l'environnement immédiat des galaxies distantes. Ces observations étaient en effet prédites par les modèles théoriques et les simulations numériques. En plus d'être quasi-omniprésents autour des galaxies, les halos Lyα observés montrent une diversité (taille, flux, forme, profil de la raie d'émission, etc) particulièrement remarquable dans une région du ciel si restreinte (9_×9_). De plus, la possibilité d'analyser le CGM galaxie par galaxie et en trois dimensions permet maintenant d'étudier de manière directe l'impact de l'environnement sur la galaxie mais aussi l'évolution des propriétés du CGM avec les époques cosmiques. Notre grand échantillon de galaxies nous a permis de réaliser un traitement statistique robuste et de mettre en évidence que les propriétés stellaires des galaxies étudiées ne sont pas systématiquement liées à celles de l'émission Lyα. Enfin, d'après les modèles théoriques, nos observations (spectroscopiques) indiquent la présence de matière en expansion dans et/ou autour des galaxies. La présence d'accrétion de matière est, quant à elle, moins bien contrainte par nos données. Finalement, l'analyse décrite dans ce manuscrit rapporte des informations importantes et inédites sur les propriétés du CGM d'une population de galaxies relativement peu lumineuses et très abondantes dans l'Univers lointain / The circum-galactic medium (CGM) serves as the interface between galaxies and the larger structures within which they evolve. Composed primarily of cold hydrogen gas (also called primordial gas), the CGM is a major fuel source for star formation as material falls onto a galaxy from its surrounding halo. This suggests that star formation is in fact regulated by gas exchange between a galaxy and its vicinity. Thus, studying the surrounding environment of galaxies represents a crucial step in understanding the mechanisms governing their formation and evolution. Unfortunately, direct observation of the CGM is often quite difficult, since these regions are very faint. This task becomes even more challenging for galaxies in the distant Universe, though some techniques have been developed for this purpose. The CGM can be detected through absorption features in the spectrum of a more-distant quasar located along a galaxy’s line of sight or statistically, by stacking many images of galaxies together, in order to increase the overall S/N ratio of the sample. However, these methods are not ideal : both have severe limitations and only provide partial information about the CGM. In this thesis, I report the detection of cold hydrogen gas surrounding 145 low-mass, faint and very distant galaxies emitting Lyα photons (forming 80% of the total galaxy sample used in this work). While historically, Lyα emission was seen simply as a powerful tool for detecting distant galaxies, it is now possible to use it as a tracer of cold CGM gas in the form of Lyα halos. The sample presented here represents the largest collection ever compiled of individually-detected Lyα halos around normal star forming galaxies, observed in an epoch when the Universe was still forming. This achievement is possible thanks to the unrivaled sensitivity of the Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), a next-generation instrument installed on the Very Large Telescope (VLT). In particular, we need only 100 hours of telescope time to detect the presence of Lyα halos, a significant improvement over previous efforts. My results confirm the presence of large amounts of cold gas in the immediate vicinity of distant galaxies. While such results have been predicted by theoretical models and numerical simulations, this work provides some of the first direct observational evidence of this fact. Besides being quasi-ubiquitous around galaxies, the observed Lyα halos show a large diversity in physical properties which is particularly remarkable for such a small region of the sky (9_×9_). Moreover, the 3D galaxy-by-galaxy nature of my analysis allows me to study the direct impact of environment on galaxies, as well as the evolution of the CGM with cosmic time. With such a large sample, I am also able to perform a robust statistical analysis, highlighting the fact that the stellar properties of galaxies are not systematically linked to the Lyα ones. Finally, based on theoretical models, my (spectroscopic) observations indicate the presence of expanding materials inside and/or around the galaxies. However, the presence of galactic inflows are less constrained by the data. Taken as a whole, the analysis described in this thesis represents important, new information about the CGM properties of the relatively faint galaxies which make up the bulk of the galaxy population in the distant Universe. Therefore, this work should serve as a useful reference point as research into the CGM continues to advance

Une fraction non négligeable de l'histoire de la formation stellaire a lieu dans des environnements très affectés par la poussière. Il est donc naturel de se demander si on arrive à bien contraindre cette activité de formation d'étoiles. En effet, une part importante de cette activité pourrait être manquée due à la présence de poussière. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail que je vais présenter.Dans la première partie de ma thèse, j'ai eu pour but de déterminer la fraction de galaxies lumineuses formant des étoiles à haut redshift (i.e. 1.5<z<3) sélectionnées à partir des observations MIPS-24μm du champs COSMOS manquées par les critères UV/optique que je détaille ci-après. J'ai appliqué à mon échantillon de galaxies les critères BzK et BM/BX, ainsi que la sélection des «IRAC peakers» et celle des sources optiquement faibles mais brillantes en IR (OFIR, de l'anglais «Optically Faint IR-bright sources»). J'ai ensuite quantifié la contribution de ces différentes sous-populations à la fonction de luminosité à 8μm au repos ainsi qu'à la densité de taux de formation d'étoiles à z~2. Les résultats obtenus soulignent le danger d'utiliser des sélections couleurs de ce type lorsque l'on cherche à quantifier la formation stellaire enfouie dans la poussière. En effet, si le critère BzK offre une identification quasi-complète (~90%) de l'échantillon 24μm, il n'en est pas de même des autres critères. Par exemple, la sélection BM/BX manque 50% des sources considérées et celle des «IRAC peakers» ne sélectionne que 64% de l'échantillon d'étude. Il faut par conséquent être prudent lorsqu'on décide d'utiliser de telles méthodes de sélection qui entraînent nécessairement des extrapolations incertaines, pouvant ainsi fausser notre compréhension de la contribution des galaxies fortement affectées par l'extinction.Dans une seconde partie, je cherche à comprendre la nature composite des sources OFIR les plus brillantes. Cette démarche vise à apporter une compréhension supplémentaire à la connexion AGN/galaxie à flambée de formation stellaire. En se basant sur les données PACS à 100 et 160 μm du satellite herschel, je peux mieux contraindre les distributions spectrales d'énergie de mes sources. Je souhaite déterminer la fraction de la luminosité de ces sources due à la présence d'un AGN ou à la forte activité de formation stellaire dans le but de mieux comprendre le lien entre ces deux phénomènes. Ces sources OFIR brillantes (F_24μm> 1mJy) présentent des couleurs 100/24 et 160/24 plus faibles que les autres sources du champ COSMOS et leur luminosité semble donc provenir majoritairement d'un AGN. Les avancées technologiques et l'exploration des longueurs d'ondes en infra-rouge lointain et en submillimétrique, avec notamment Herschel, SCUBA-2, Alma, JWST, permettront de mieux comprendre la connexion AGN/ flambée de formation stellaire au sein des galaxies jusqu'à des hauts redshifts. / A non-negligible fraction of the star formation across cosmic time occurred within dust-enshrouded environment. One question of the main interest is then do we really know the exact amount of star formation activity. Indeed, this amount could be strongly biased by the effect of dust extinction.This features the context of the work I will discuss here.First of all, I focused my work on determining the number of luminous star-forming galaxies at 1.5<z<3 that are potentially missed by traditional UV/optical selections. I based my work on 24μm sources brighter than 80μJy in the COSMOS field. I applied to this mid-IR selected sample the BzK and BM/BX criteria, as well as the selections of the "IRAC Peakers" and the "Optically Faint-IR bright" galaxies (OFIR). I also quantified the contribution of these sub-populations to the IR luminosity and cosmic star formation density at z~2. I found that the BzK criterion offers an almost complete (~90%) identification of the 24μm sources at 1.4<z<2.5. In contrast, the BM/BX criterion misses 50% of the MIPS sources and the "IRAC Peakers" one only selects 64% of my sample. Color selections of distant star-forming galaxies must be indeed used with a lot of caution given the substantial bias they can suffer. In particular, the effect of dust extinction strongly affects the completeness of identifications at the bright end of the bolometric luminosity function, which could lead to large and uncertain extrapolations in order to account for the contribution of dusty galaxies missed by these selections.In a second time, I was interested in the composite nature of ultra-luminous infra-red galaxies presenting extreme optical/mid-IR colors at z∼2. I here try to better understand the Starburst/AGN connection in the brightest sources of my OFIR sample. Using PACS 100 and 160 μm from the Herschel Telescope, I have better constraints on the spectral energy distributions of the sources. The goal here is to determine the fraction of the IR luminosity due to the AGN and the fraction due to a strong star-forming activity. Theses really bright (F_24μm> 1mJy) OFIR sources present fainter 100/24 and 160/24 colors than the rest of the 24μm-selected sources. Their luminosity might then come from a strong AGN activity. The forthcoming facilities that will operate at long wavelengths (e.g., JWST, AKMA, SCUBA-2, etc.) will allow a better understanding of the link between the AGN activity and the star-forming one, up to high redshifts.

L'objectif de mon travail de thèse a consisté à tenter de comprendre quels sont les mécanismes principaux à l'origine de la formation d'étoiles dans les galaxies au cours des derniers dix milliards d'années. Alors qu'il avait été proposé dans le passé que le rôle des fusions de galaxies était dominant pour expliquer l'allumage de la formation d'étoiles dans les galaxies lointaines formant leurs étoiles à de très grands taux, des études plus récentes ont au contraire mis en évidence des lois d'échelles reliant le taux de formation d'étoiles des galaxies à leur masse stellaire ou masse de gaz. La faible dispersion de ces lois semblait être en contradiction avec l'idée d'épisodes stochastiques violents de formation stellaire liés à des interactions, mais plutôt en accord avec une nouvelle vision de l'histoire des galaxies où celles-ci sont nourries de manière continue en gaz intergalactique.Nous nous sommes particulièrement intéressés à l'une de ces lois d'échelles, la relation entre le taux de formation d'étoiles (SFR) et la masse stellaire des galaxies, appelées communément la séquence principale des galaxies à formation d'étoiles. Nous avons étudié cette séquence principale, SFR-M*, en fonction de la morphologie et d'autres paramètres physiques comme le rayon, la couleur, la clumpiness. Le but étant de comprendre l'origine de la dispersion de cette relation en lien avec les processus physiques responsables de cette séquence afin d'identifier le mode principal de formation d'étoile gouvernant cette séquence. Ce travail a nécessité une approche multi-longueurs d'ondes ainsi que l'utilisation de simulations de profils de galaxies pour distinguer les différents types morphologiques de galaxies impliqués dans la séquence principale. / The goal of my PhD study consists at attempt to understand what are the main processes at the origin of the star formation in the galaxies over the last 10 billions years. While it was proposed in the past that merging of galaxies has a dominant role to explain the triggering of the star formation in the distant galaxies having high star formation rates, in the opposite, more recent studies revealed scaling laws linking the star formation rate in the galaxies to their stellar mass or their gas mass. The small dispersion of these laws seems to be in contradiction with the idea of powerful stochastic events due to interactions, but rather in agreement with the new vision of galaxy history where the latter are continuously fed by intergalactic gas. We were especially interested in one of this scaling law, the relation between the star formation (SFR) and the stellar mass (M*) of galaxies, commonly called the main sequence of star forming galaxies. We studied this main sequence, SFR-M*, in function of the morphology and other physical parameters like the radius, the colour, the clumpiness. The goal was to understand the origin of the sequence’s dispersion related to the physical processes underlying this sequence in order to identify the main mode of star formation controlling this sequence. This work needed a multi-wavelength approach as well as the use of galaxies profile simulation to distinguish between the different galaxy morphological types implied in the main sequence.

L'époque de la Réionisation est la transition d'un Univers rempli d'hydrogène neutre et relativement froid à un Univers rempli de gaz chaud et ionisé. Cette transition intervient à peine un milliard d'années après le Big Bang. Le processus de réionisation est dû à l'émission de photons ionisants par les premières étoiles et premières galaxies à se former. Le travail de cette thèse consiste en l'étude de la formation des galaxies pendant et après la Réionisation, et en particulier de l'impact de cette dernière sur la formation stellaire. En utilisant des modèles et des simulations numériques, il est possible d'étudier le processus de Réionisation de l'Univers en détail, avec comme contraintes les observations du milieu inter-galactique et des galaxies à haut redshift. Dans cette thèse, je me suis concentré dans un premier temps sur les effets de coupure de la formation stellaire pendant et après la Réionisation de manière globale. J'ai eu accès à des simulations d'un nouveau type, qui modélisent la propagation du rayonnement ionisant couplé avec la dynamique et avec l'évolution des propriétés de la matière dans un volume cosmologique. J’ai aussi étudié en détail l'impact de la Réionisation sur les plus petites galaxies, en particulier, le cas de leur distribution spatiale dans l'Univers local, dans le but de reproduire et comprendre certaines observations. / The Epoch of Reionization is the transition from a Universe full of cold and neutral hydrogen to a hot and ionized Universe: it occurs one billion years after the Big Bang. The Reionization is driven by the ionizing photons emitted by the first stars and galaxies. This thesis analyses the galaxy formation during and after the Reionization. Focusing on the feedback of the Reionization on the stellar formation. Using models and numerical simulations, we can study in details the Reionization process. Observations of galaxies and intergalactic medium at high redshift constrain those models, as well as observations of the local Universe, which is the only place where low luminosity galaxies can be observed. In this thesis, I focus on the radiative suppression of stellar formation caused by the Reionization. For this purpose, I used a new generation of simulations, able to take into account the radiative transfer as well as the hydrodynamics in a cosmological volume. I also studied in details the Reionization of the smallest galaxies, focusing on their spatial distribution in the local Universe to understand and reproduce the observations. I looked in particular at the distribution of satellites around M31-like galaxies and find that the observed vast plane of satellites can be reproduced in our models.

>Magister Scientiae - MSc / I combine 610 MHz Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) data, 1.4 GHz Very Large Array (VLA) data and 1.4 GHz Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) observations, encompassing a ∼ 4 square degree field (sq. deg. field) centred on the verification strip of the Spitzer First Look Survey (FLS) field (RA = 17h18m00s, Dec = 59◦30′30′′), to study radio sources down to fluxes of about 0.1 mJy. The results of an analysis of a sample of 107 multi-component radio sources obtained by cross-correlating the VLA and GMRT catalogues are shown. The spectral index analysis shows that the majority of multi-component sources are steep-spectrum sources. Nevertheless the spread in the spectral distribution is wide, with a significant number of ultrasteep,flat or inverted sources. By cross-correlating 107 multi-component radio sources with the optical catalogues of Marleau et al. (2007) and Papovich et al. (2006), 23 objects were identified and spectroscopically classified as galaxies. Some of them are classified as star-forming or star-burst galaxies, perhaps indicating that AGN and starformation activity are ongoing in the same galaxy. The measured redshifts span the range 0 < z < 1.8 and peak at z ∼ 0.2. According to their radio power (P), 6 of the identified objects are in the range of FR II sources (P1.4GHz > 1024.5W/Hz) while 17 are in the range of FR I sources (P1.4GHz < 1024.5W/Hz). Most of the sources having P1.4GHz < 1024.5W/Hz are compact and few are extended and peculiar, while all sources in the range of P1.4GHz > 1024.5W/Hz are extended. Further optical followup is recommended to allow a more complete census of the sub-mJy population and more information on AGN feedback from such sources.

Gamma Ray Burst (GRB) are very bright cosmological explosions signalling the catastrophic formation of a black hole. Therefore, they act like real light beacons that could be detected through-out the Universe and be used as probes to study the contents and phases of the early Universe. However, only a handful sample is known so far. This is for two reasons: instrumental biases that may prevent their detection and the difficulty to find a near Infrared counterpart preventing their redshift measurements. The wide-field trigger camera ECLAIRs to-fly on-board the Space-based multi-band Variable Object Monitor (SVOM) mission will detect γ-/X-ray transients down to energies of 4 keV, as well as creating an alert for multi-wavelength/messenger follow-ups. My study focuses on analysing how ECLAIRs will detect GRBs, and more particularly high-redshift GRBs, based on a well-selected sample of GRBs with redshift measurement associated (see Section 2). Studying how ECLAIRs will see them may help identifying possible instrument biases as well as common observational characteristics for such GRBs that may be used in turn to recognise such special GRBs once SVOM will be launched. Using software tools developed within the ECLAIRs collaboration, I built an end-to-end simulator which I used to simulate the detection by ECLAIRs of the GRBs in the sample at their original redshift and higher redshifts (up to z = 15). I implemented a suited version of the count-rate trigger on-board ECLAIRs to assess the detectability of these bursts, and I retrieved their duration over the background when detected (see Section 2). The analysis shows good performance for detecting high-redshift GRBs in the centre of the Field of View (fully-coded), but significantly reduced, in comparison to other GRBs, for partially-coded detection. 5 of the GRBs with z &gt; 3.83 present a successful detection up to at least z = 15 (see Section 3). The retrieved rest-frame duration of a GRB remains constant for several redshifts in the simulations if the detected burst did not present a low-flux emission in their lightcurve, which is common for high redshift GRBs. On the other hand, if the original lightcurve of a burst presents this low-flux emission, it becomes buried in noise when simulating it at higher redshifts. This confirms the tip-of-the-iceberg detection bias which depends on the lightcurve burst morphology, and it may explain why the current sample seems to present lower burst durations at higher redshifts.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the Universe. Their masses are dominated by dark matter ($\sim$85\% of the mass) with stars representing 1-4\% of their masses. A hot, X-ray emitting gas called the intracluster medium makes most of their baryonic mass. The presence of this gas and of numerous neighbouring galaxies prematurely stop the star formation in clusters. In other terms, more galaxies in clusters are passive than in the general population of galaxies. This effect is mass and position-dependant: high-mass galaxies are more likely to be passive than less massive ones; galaxies inhabiting the cluster core are also less likely to form stars than those in the outskirts. The fraction of passive galaxies is greater in local clusters than in high-redshift ones, because they had more time to evolve. Much is unknown about the cessation of star formation, called quenching, in clusters. Thus, although many examples of infalling galaxies being stripped of their gas have been reported for low-mass galaxies, it is unclear if the most massive members became quenched before or after they become cluster members. The relationship between quenching and the cluster mass is also poorly understood. Despite the variety of methods devised to find clusters of galaxies, most of what we know about quenching in $z\gtrsim 1$ clusters was discovered with optically/infrared-selected cluster samples (clusters found as overdensities of galaxies), or samples of mixed origin. Yet, there is tentative evidence that optically/infrared-selected samples are biased toward having more passive galaxies than those that were X-ray selected. In the present dissertation, quenching is explored in X-ray selected cluster samples. A sample of high-redshift, low-mass galaxy clusters is built by finding galaxy overdensities coincident with sources of extended X-ray emission. A photometry-based analysis reveals that the fraction of quenched galaxies in these clusters is very variable. Moreover, the brightest cluster galaxies are also diverse. Yet, for all the information that photometry can provide, this sample candidate clusters need to be confirmed with spectroscopy. Spectroscopic observations obtained for four candidate clusters are reduced and analysed. The results show that three of them are clusters, the fourth candidate being a superposition of structures. Member spectra are examined to infer their star formation history, and the results shows the existence of an intermediary population of galaxies, where an old stellar population coexists with weak star formation. Finally, the galaxies of a $z=1.98$ X-ray selected cluster, XLSSC 122 are investigated in detail. Photometric data in 12 bands are organized to perform spectral energy distribution fittings, a technique that allows a simplified reconstitution of the history of the star formation. Results show that the members were formed at diverse epochs, the oldest being about 2.5 Gyrs old. Simulations drawn from the Multi Dark Planck 2 are used to infer the mass-scale of the cluster when the oldest galaxies were formed, something that has never been done before. The oldest galaxies were probably formed when XLSSC 122 had accreted $<$10\% of its $z=1.98$ mass, i.e. the mass-scale of a galaxy group. / Graduate