Le télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope) fait partie de la nouvelle générationd'instruments optiques ayant pour objectif la réalisation d'une cartographie complète de l'Univers.Son champ de vue, à la fois large et profond, va conduire à l'observation de milliards d'objets, encouvrant la moitié du ciel dans six bandes photométriques. Les données issues des observationsde LSST vont notamment permettre de contraindre les paramètres d'énergie noire avec uneprécision dix fois meilleure que les contraintes actuelles. Quatre des différentes sondes observationnellessensibles au contenu énergétique de l'Univers seront accessible à LSST : les supernovaede type Ia, les amas de galaxies, les lentilles gravitationnelles et les oscillations acoustiques debaryons (BAO). La combinaison de ces sondes devrait permettre de différencier les différentsmodèles théoriques décrivant l'énergie noire. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet LSSTet présente à la fois un aspect instrumental et une étude phénoménologique. Dans un premiertemps, le travail concernant le développement d'un banc d'étalonnage optique pour la camérasera présenté. Les mesures alors effectuées ont conduit à l'établissement du design canal de lasource de lumière. Le banc d'étalonnage va ainsi permettre une mesure précise de la réponsedu plan focal de la caméra dans les longueurs d'ondes associées aux six filtres de LSST. Nousprésenterons ensuite une chaine d'analyse complète dont l'objectif est d'estimer la précision aveclaquelle il sera possible de mesurer l'échelle caractéristiques des BAOs à partir des données deLSST. Dans ce but un catalogue de galaxies a été simulé à partir d'une cosmologie CDM.L'utilisation d'une méthode de template tting, combinée à différents tests statistiques a permisl'obtention de redshifts photométriques (photo-z) de bonne qualité, respectant les spécificationsLSST. Une étude portant sur l'impact de la transmission des filtres a permis l'optimisation deleur bande-passante et a montré l'importance de leur étalonnage. Enfin l'échelle caractéristiquedes BAO a été estimé en tenant compte des erreurs photo-z, validant l'ensemble de la chaine desimulation. / The LSST telescope (Large Synoptic Survey Telescope) is part of the new generation of opticalinstruments whose aim is to achieve a complete map of the Universe. With its wide and largefield of view, it will observed billions of galaxies, in six optical photometric bands. allowing thestudy of many scientifcc subjects. In particular, LSST data will accurately measure Dark Energyparameters through four distinct probes: supernovae, week lensing, clusters and Baryon AcousticOscillations (BAO). The combination of those different probes should allowed the discriminationbetween theoretical models describing the dark energy. This thesis is part of the development ofthe LSST project and presents both an instrumental and a phenomenological study. First, thework concerning the development of the optical calibration bench for LSST's camera is presented.The measurements then performed led to the establishment of the light source final design.The calibration bench will thus allow measurement of the camera focal plan response withinthe six wavelength corresponding to LSST filters. We then present a complete analysis chainwhose objective is to estimate the accuracy with which the characteristics BAOs scale should bemeasured considering LSST simulated data. With this aim,a galaxy catalog were simulate froma CDM cosmology. An enhanced template setting method has been developed, combined withstatistical tests, it allowed a significant improvement of the photo-z reconstruction quality up,in agreement with LSST requirements. A study of the impact of the filterslters transmission curvesallowed the optimization of their bandwidth and showed the importance of their calibration.Finally the BAOs scale was estimated taking into account the photo-z errors, compelling thewhole simulation.

At the core of the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) three-mirror optical design is the primary/tertiary (M1M3) mirror that combines these two large mirrors onto one monolithic substrate. The M1M3 mirror was spin cast and polished at the Steward Observatory Mirror Lab at The University of Arizona (formerly SOML, now the Richard F. Caris Mirror Lab at the University of Arizona (RFCML)). Final acceptance of the mirror occurred during the year 2015 and the mirror is now in storage while the mirror cell assembly is being fabricated. The M1M3 mirror will be tested at RFCML after integration with its mirror cell before being shipped to Chile.

The LSST M1/M3 combines an 8.4 m primary mirror and a 5.1 m tertiary mirror on one glass substrate. The combined mirror was completed at the Richard F. Caris Mirror Lab at the University of Arizona in October 2014. Interferometric measurements show that both mirrors have surface accuracy better than 20 nm rms over their clear apertures, in near-simultaneous tests, and that both mirrors meet their stringent structure function specifications. Acceptance tests showed that the radii of curvature, conic constants, and alignment of the 2 optical axes are within the specified tolerances. The mirror figures are obtained by combining the lab measurements with a model of the telescope's active optics system that uses the 156 support actuators to bend the glass substrate. This correction affects both mirror surfaces simultaneously. We showed that both mirrors have excellent figures and meet their specifications with a single bending of the substrate and correction forces that are well within the allowed magnitude. The interferometers do not resolve some small surface features with high slope errors. We used a new instrument based on deflectometry to measure many of these features with sub-millimeter spatial resolution, and nanometer accuracy for small features, over 12.5 cm apertures. Mirror Lab and LSST staff created synthetic models of both mirrors by combining the interferometric maps and the small high-resolution maps, and used these to show the impact of the small features on images is acceptably small.

Cette thèse présente plusieurs contributions au software developé pour le traitement d’images dans le cadre du LSST. Notre objectif est d'utiliser le code et les algorithmes LSST existants, afin de créer un pipeline dédié à la détection des supernovae de type Ia. Pour la détection des supernovae nous utilisons une technique appelée soustraction optimale d'images qui implique la construction de coadditions. Nous étudions aussi le comportement des différents objets dans le temps et construisons des courbes de lumière qui représentent leur cycle de vie en fonction de l'intensité lumineuse de chaque détection sur plusieurs nuits. Enfin, pour analyser un nombre excessif de candidats, nous utilisons des algorithmes d'apprentissage machine.Notre première contribution concerne le développement des taches de coaddition automatisée adaptées pour construire des images de référence et de science avec un haut rapport signal-sur-bruit. La contribution suivante est lié à l’addition de mesures et l’étude de résidus des images d’analyse de différence, y-compris la sélection des seuils adaptés et l'étiquetage basée sur les valeurs quantitativess des résidus pour identifier les mauvaises détections, les artéfacts et les flux réellement significatifs. Notre suivante contribution est un algorithme pour sélectionner et générer les courbes de lumière candidates. Finalement, on applique une classification machine learning pour trouver des type Ia supernovae en utilisant la méthode random forest. Ces résultats ont permis l’identification des supernovae de type Ia simulées et réelles parmis les candidats avec une haute précision. / This thesis will present several contributions to the software developed for the LSST telescope with the purpose of contributing to the detection of type Ia supernovae. Our objective is to use the existing LSST code and algorithms, in order to create a type Ia supernovae detection dedicated pipeline.Since detecting supernovae requires a special type of processing, we use a technique known as the Optimal Image Subtraction which implies the construction of coadditions. Afterwards, we study the behavior of the different objects through time and build light curves that represent their life cycle in terms of the light intensity of each detection on several nights. Lastly, in order to analyze an excessive number of candidates, we employ machine learning algorithms to identify what curves are more probable to be type Ia supernovae. Our first contribution concerns the development of adapted and automatized coaddition tasks for building high signal-to-noise reference and science images. The next contribution is related to the addition of measurements and study of the residuals on difference image analysis, including the selection with adapted thresholding and the assignation of labels. We also propose, as contributions, an algorithm to select and generate the different candidate light curves through the selection of objects with recurrent detections through time and in the different bandpasses. Finally, we apply the machine learning classification approach to find type Ia supernovae by means of using a random forest classifier and based strictly on geometrical features that are present in the light curves.

Service-oriented architectures are a popular architectural paradigm for building software applications from a number of loosely coupled, distributed services. Through a set of procedural rules, workflow technologies define how groups of services coordinate with one another to achieve a shared task. A problem with workflow specifications is that often the patterns of interaction between the distributed services are too complicated to predict and analyse at design-time. In certain cases, the exact patterns of message exchange and the concrete services to call cannot be predicted in advance, due to factors such as fluctuating network load or the availability of services. It is a more realistic assumption to endow software components with the ability to make decisions about the nature and scope of their interactions at runtime. Multiagent systems offer a complementary paradigm: building software applications from a number of self interested, autonomous agents. This thesis presents an investigation into fusing the agency and service-oriented architecture paradigms, in order to facilitate flexible, workflow composition. Our approach offers an agent-based solution to service choreography and is founded on the concept of shared interaction protocols. By adopting an agent-based approach to service choreography, active autonomous agents can utilise the typically passive service-oriented architectures, found in Internet and Grid systems. In contrast with statically defined, centralised service orchestrations, decentralised agents can perform service choreography at runtime, allowing them to operate in scenarios where it is not possible to define the pattern of interaction in advance. Application to real scenarios is a driving factor behind this research. By working closely with a number of active Grid projects, namely AstroGrid and the Large-Synoptic Survey Telescope (LSST), a concrete set of requirements for scientific workflow have been derived, based on realistic science problems. This research has resulted in the MultiAgent Service Choreography (MASC) language to express scientific workflow, methodology for system building and a software framework which performs agent based Web service choreography, in order to enact distributed e-Science experiments. Evaluation of this thesis is conducted through case study, applying the language, methodology and software framework to solve a motivating set of workflow scenarios.

Philosophiae Doctor - PhD / The next generation of radio telescopes will revolutionize cosmology by providing large three-dimensional surveys of the universe. This work presents forecasts using the technique 21cm intensity mapping (IM) combined with results from the cosmic microwave background, or mock data of galaxy surveys. First, we discuss prospects of constraining curvature independently of the dark energy (DE) model, finding that the radio instrument HIRAX will reach percent-level accuracy even when an arbitrary DE equation of state is assumed. This is followed by a study of the potential of the multi-tracer technique to surpass the cosmic variance limit, a crucial method to probe primordial non-Gaussianity and large scale general relativistic e↵ects. Using full sky simulations for the Square Kilometre Array phase 1 (SKA 1 MID) and the Large Synoptic Survey Telescope (LSST), including foregrounds, we demonstrate that the cosmic variance contaminated scenario can be beaten even in the noise free case. Finally, we derive the signal to noise ratio for the cosmic magnification signal from foreground HI intensity maps combined with background galaxy count maps. Instruments like SKA1 MID and HIRAX are highly complementary and well suited for this measurement. Thanks to the powerful design of the planned radio instruments, all results confirm their potential and promise an exciting future for cosmology.

Les supernovas de type Ia (SNIa) sont des objets transitoires, observables pour une durée de quelques mois et dont la luminosité à son maximum équivaut à celle d'une galaxie entière. Une fois standardisées (c'est à dire corrigées de leurs principales variabilités), elles représentent, un excellent indicateur de distance et ont permis de mettre en évidence, en 1998, ce que l'on peut représenter comme une accélération de l’expansion de l'Univers. Cette thèse s’intéresse à trois points qui concerne l’étude de la cosmologie par les SNIa :En premier lieu on s'intéresse à la chaîne de production des données et à la qualité des images pour le Large Synoptic Survey Telescope (LSST), qui couvrira un large éventail de domaines scientifique, y compris l'observation des SNIa. Actuellement en préparation pour LSST (dont les observations commenceront en 2020), cette chaîne de production a été testée en effectuant le traitement d’images provenant d’un relevé antérieur (champ profond du CFHT). Les paramètres de qualité astrométriques et photométriques présentent une dispersion légèrement supérieure à celle requise par le cahier de charges du LSST. En ce qui concerne la photométrie, les sources de cette dispersion restent à être comprises. Pour ce qui est de l'astrométrie, la qualité obtenue sera vraisemblablement suffisante lorsque l'ajustement par astrométrie simultanée sera implémenté.Ensuite, on propose une méthode permettant de corriger l'effet induit par les vitesses propres des SNIa se trouvant dans des amas de galaxies. En effet, ces vitesses propres sont particulièrement importantes du fait des interactions gravitationnelles, et perturbent la mesure du décalage spectral cosmologique lié à l'expansion de l'Univers. On a pris en compte un échantillon de 145 SNIa à faible décalage spectral (0,005 < z < 0,123), observées par la collaboration Nearby SuperNova Factory. Parmi ces SNIa, 11 SNIa ont été associées à des amas de galaxies. Ces corrections de vitesses propres ont ainsi permis de diminuer la dispersion sur le diagramme de Hubble de 0,137+/-0,36 mag à 0,130 +/- 0,38 mag, pour les SNIa appartenant à des amas. Bien que le poids de ces corrections soit relativement modeste, on a montré qu'elles sont statistiquement significatives. Ce type de corrections pourraient être prises en considération dans de futures analyses cosmologiques. Enfin on s'intéresse à la question de la détectabilité de possibles anisotropies de l’expansion de l'Univers avec les données de SNIa. Étant donné que la distribution spatiale des données actuelles est connue pour limiter la détection d’une anisotropie dans les distances mesurées des SNIa, on a établi des simulations permettant de déterminer si un effet dipolaire d'amplitude comparable à la borne supérieure des observations actuelles (AD=10-3) pourrait être détecté avec les observations futures du LSST. Plusieurs scénarios ont été considérés, chacun considérant un nombre de SNIa différent. Chacun de ces scénarios est étudié suivant deux variantes correspondant à deux directions, l'une (polaire) pour laquelle la distribution de données de LSST serait la plus symétrique possible, l'autre suivant une direction perpendiculaire à celle-ci (équatoriale). On montre que pour les simulations comportant 5000 SNIa, un dipôle d’amplitude AD=10-3 serait détecté indépendamment de sa direction. On constate que la distance statistique entre les distributions obtenues pour un dipôle simulé et les simulations sans dipôle augmente à mesure que le nombre de SNIa simulées est grand. On constate aussi que cette distance statistique est plus grande pour les dipôles alignés sur la direction équatoriale que pour ceux suivant la direction polaire. (...) / Type Ia supernovae (SNIa) are transient objects, which remains observable in the optical for a period of a few months, and whose luminosity at its maximum is comparable to that of a whole galaxy. They represent, once standardized (i.e. corrected for their main variabilities), an excellent distance indicator and, in 1998, provided the first evidence for the acceleration of the expansion of the Universe. This thesis investigates three points in the cosmological SNIa pipeline:First, we focused on the data processing and the quality of the images for the Large Synoptic Survey Telescope (LSST), that will provide data for a number of cosmological observables, including the observation of SNIa. In preparation for LSST (which will start operations in 2020), we carried out a similar data processing strategy on images from a previous survey (deep field of CFHT) and compared to the required parameters of LSST. A dispersion slightly higher than that required was obtained. For photometry, although this excess is small, the sources of this dispersion remain to be understood. For astrometry, the obtained quality is likely to be sufficient when simultaneous astrometry fitting will be implemented.In a second moment, we propose a method to correct the effect of peculiar velocities of SNIa inside galaxy clusters. Indeed, these velocities ​​are more important in the clusters of galaxies, because of the gravitational interactions, and the measurement of the cosmological redshift related to the expansion of the Universe. These peculiar velocities were corrected using a sample of 145 SNIa with a low spectral shift (0.005<z<0.123), observed by the Nearby SuperNova Factory collaboration. Among these SNIa, 11 SNIa were associated with clusters of galaxies. These corrections made it possible to reduce the dispersion on the Hubble diagram, from 0.137 +/- 0.36 mag (before corrections) to 0.130 +/- 0.38 mag (after corrections), for SNIa belonging to clusters. Although the weight of these corrections is relatively modest, they have been shown to be statistically significant. Such corrections could be taken in account in future cosmological analysis. Finally, we focused on the question of the detectability of potential anisotropies in the expansion of the Universe with SNIa data. Since the spatial distribution of current data is known to limit our capability to detect anisotropies in the SNIa measured distances, simulations were made to determine whether a dipole effect of amplitude comparable to the upper bound of current observations (AD = 10-3) could be detected with future observations of the LSST. Several scenarios were considered, each taking into account a different number of SN. Each of these scenarios is studied according to two variants corresponding to two directions, one (polar) for which the distribution of data of LSST would be as symmetrical as possible, the other in a direction perpendicular to this one (equatorial). It is shown that for simulations with 5000 SNIa, an amplitude dipole AD = 10-3 would be detected independently of its direction. It can be seen that the statistical distance between the distributions obtained for a simulated dipole and the simulations without dipole increases as the number of simulated SNIa is large. We also note that this statistical distance is greater for the scenarios considering the equatorial direction than for the ones following the polar direction.All of the effects mentioned above will have a potential impact future cosmological results. How much these effects will affect our understanding of the complete cosmological model is still an open question, but the results we found in this thesis highlight the importance of further scrutinizing such systematics, whether at the level of the quality of images, systematic environmental effects such as the peculiar velocities ​​of the SNIa or of the cosmology model itself such as for the question of a potentially anisotropic universe.

Temnáenergietvořícípřibližně70%hmotyvesmíruz·stávájednouznejvětšch záhad moderní fyziky. K pochopení její podstaty jsou potřeba přesná kosmolog- ická měření. Jedním z projekt· zkoumající tuto exotickou formu hmoty bude i Large Synoptic Survey Telescope, který pom·že potvrdit či vyvrátit standardní kosmologický model (ΛCDM). Pro úspěch projektu je potřeba prozkoumat r·zné teorie temné energie. Jednou z alternativních teoríí vysvětlujících urychlenou expanzi vesmíru je tzv. chameleoní gravitace. Chameleon je nové skalární pole s hmotou závisející na okolní hustotě. V hustých prostředích jako je například Sluneční soustava získává pole velkou hmotu a propaguje se pouze na malých vzdálenostech díky čemuž m·že uniknout standardním test·m gravitace. V prá- ci mimo jiné studujeme chování chameleoního pole v okolí hvězd a v galaxiích. Ukazujeme také za jakých okolností je toto pole možné detekovat pomocí spek- troskopických měření a slabého čočkování.

Ce travail de thèse se focalise sur l'usage de grands sondages pour extraire de l'information sur la cosmologie. Une photométrie de précision joue un rôle clé dans cette quête à travers la détermination de redshifts photométriques ainsi que la propagation des erreurs dans les résultats cosmologiques ; thème unissant les deux parties de cette thèse. Après une revue de la cosmologie et des mesures favorisant le modèle ΛCDM, ainsi qu'une description du Large Synoptic Survey Telescope (LSST), la première partie de ce travail se porte sur l'étude de la variation des principaux constituants de l'atmosphère sur la photométrie au sol, au niveau du site du LSST à Cerro Pachón, au Chili. Nous utilisons des données récentes sur l'ozone, la vapeur d'eau et les aérosols pour en construire une simulation de longue durée et estimer quantitativement l'influence des gradients spatiaux et temporels de ces constituants sur la procédure de la calibration du LSST. La deuxième partie de ce travail débute par une description théorique de l'effet de lentille gravitationnelle, avec un accent sur le lentillage faible. Après une comparaison des avantages et inconvénients inhérents aux mesures de cisaillement cosmique, nous explorons l'utilisation de l'amplification cosmique conjointement à la séparation tomographique en redshift permise par le LSST afin de contraindre les modèles. Nous trouvons que l'amplification cosmique, bien qu'affectée par le clustering intrinsèque, représente une sonde prometteuse du biais des galaxies et de l'énergie noire, complémentaire au cisaillement cosmique, et qui augmente la robustesse des contraintes cosmologiques provenant des mêmes relevés.