Plus d'un millier d'exoplanètes ont été découvertes depuis une dizaine d'années. Plus incroyable encore, nous pouvons maintenant caractériser les atmosphères de ces mondes lointains. Des spectres de Jupiter-chauds tels que HD 189733b et HD 209458b et de planètes similaires à Neptune telles que GJ1214b sont déjà disponibles et ceux de planètes plus petites le seront bientôt. La plupart des observations caractérisent l'état moyen de l'atmosphère. Pour les cas les plus favorables, l'observation des courbes de phase et la technique de cartographie par éclipse secondaire permettent d'obtenir une résolution en longitude et en latitude. Les planètes les plus proches de leurs étoiles sont aussi les plus faciles à observer. Ces mondes chauds sont radicalement différents des exemples que nous avons dans le système solaire. Modéliser correctement leurs atmosphères est un défi à relever pour comprendre les observations présentes et à venir. Durant cette thèse, j'ai développé des modèles de différente complexité pour comprendre les interactions entre la structure thermique, la composition, la circulation atmosphérique et l'évolution à long terme des exoplanètes irradiées. La forte luminosité de leur étoile hôte détermine le climat de ces planètes. Elle engendre une circulation atmosphérique qui maintient l'atmosphère dans un état de déséquilibre thermique et chimique, affectant son évolution. Avec les futurs instruments de nombreuses autres planètes vont être découvertes et caractérisées. Nos modèles seront testés sur une large diversité de planètes, ouvrant les portes de la climatologie aux exoplanètes.

Plus d’un millier d’exoplanètes ont été découvertes depuis une dizaine d’années. Plus incroyable encore, nous pouvons maintenant caractériser les atmosphères de ces mondes lointains. Des spectres de Jupiter-chauds tels que HD 189733b et HD 209458b et de planètes similaires à Neptune telles que GJ1214b sont déjà disponibles et ceux de planètes plus petites le seront bientôt. La plupart des observations caractérisent l’état moyen de l’atmosphère. Pour les cas les plus favorables, l’observation des courbes de phase et la technique de cartographie par éclipse secondaire permettent d’obtenir une résolution en longitude et en latitude. Les planètes les plus proches de leurs étoiles sont aussi les plus faciles à observer. Ces mondes chauds sont radicalement différents des exemples que nous avons dans le système solaire. Modéliser correctement leurs atmosphères est un défi à relever pour comprendre les observations présentes et à venir. Durant cette thèse, j’ai développé des modèles de différente complexité pour comprendre les interactions entre la structure thermique, la composition, la circulation atmosphérique et l’évolution à long terme des exoplanètes irradiées. La forte luminosité de leur étoile hôte détermine le climat de ces planètes. Elle engendre une circulation atmosphérique qui maintient l’atmosphère dans un état de déséquilibre thermique et chimique, affectant son évolution. Avec les futurs instruments de nombreuses autres planètes vont être découvertes et caractérisées. Nos modèles seront testés sur une large diversité de planètes, ouvrant les portes de la climatologie aux exoplanètes. / More than a thousand exoplanets have been discovered over the last decade. Perhaps more excitingly, probing their atmospheres has become possible. We now have spectra of hot Jupiters like HD 189733b and HD 209458b, of Neptune-like planets like GJ1214b and even smaller planets are within reach. Most exoplanet atmospheric observations are averaged spatially, often over a hemi- sphere (during secondary eclipse) or over the limb of the planet (during transit). For favorable targets, longitudinal and latitudinal resolution can also be obtained with phase curve and secondary eclipse mapping techniques respectively. The closer the planet orbits to its star, the easier it is to observe. These hot planets strongly differ from the examples we have in our solar-system. Proper models of their atmospheres are challenging yet necessary to understand current and future observations. In this thesis, I use a hierarchy of atmospheric models to understand the interactions between the thermal structure, the composition, the atmospheric circulation and the long-term evolution of irradiated planets. In these planets, the large stellar irradiation dominates the energy budget of the atmosphere. It powers a strong atmospheric circulation that transports heat and material around the planet, driving the atmosphere out of thermal and chemical equilibrium and affecting its long-term evolution. Future instruments (Gaia, SPIRou, CHEOPS, TESS, PLATO etc) will discover many more planets that the next generation of telescopes (GMT, TMT, E-ELT or JWST) will characterize with an unprecedented accuracy. Models will be tested on a large sample of planets, extending the study of climates to exoplanets.

Plus de 300 planètes extrasolaires ont été découvertes à ce jour. La variété et la diversité des caractéristiques qu'elles présentent sont extrêmement vastes. Et dans cette multitude, une population se distingue, les Jupiter-chauds. Ces planètes ne ressemblent, en effet, en rien à celles que l'on côtoie dans le Système Solaire. Elles ont une masse d'une à plusieurs fois celle de Jupiter et sont très proches de leur étoile parent, orbitant en seulement quelques jours. L'étude de cette population nous apporte beaucoup d'éléments quant à leur processus de formation et d'évolution. Certaines d'entre elles ont en effet la particularité de transiter devant leur étoile parent. Mes travaux de thèse m'ont mené à détecter et caractériser en densité 14 planètes extrasolaires, grâce aux programmes de recherche CoRoT et SuperWASP combinés au spectrographe SOPHIE (OHP). Parmi ces planètes figurent celles ayant la plus courte période orbitale et, autour d'une autre étoile, la plus importante masse jamais détectées en transit. Un programme novateur, que j'ai initié, nous a également permis d'explorer les capacités de détection d'un instrument de type multi-fibre (FLAMES/GIRAFFE et UVES). Nous avons montré que cet instrument peut être performant en terme de précision de mesure en vitesse radiale, et qu'il permet un très bon écrémage des cibles. L'instrument multi-fibre est utilisable également dans le cadre d'un suivi de candidats issus de programmes de recherche par photométrie, tels que la mission CoRoT , mais il nécessite dans ce cas, pour être eficace, d'un champ de vue significatif (de plusieurs degrés carrés par exemple). L'étude du transit spectroscopique de 3 systèmes planétaires m'a également permis d'apporter de fortes contraintes quant à leur processus de formation et d'évolution, et de mettre en évidence pour la première fois l'existence d'un système exotique : X0-3.