La théorie de jauge régissant les interactions entre les quarks, antiquarks et gluons, est la chromodynamique quantique (QCD), reposant sur une invariance locale par rapport au groupe SU(3) de couleur. À basse énergie, soit dans le domaine des états liés hadroniques auxquels est consacrée cette thèse (mésons, baryons,…), la QCD est non-perturbative, d’où la nécessité de s’abstraire de la technique standard des diagrammes de Feynman. Le point de départ de la présente étude est le modèle dit du « tube de flux relativiste », originellement proposé comme modèle effectif des mésons. Dans ce cadre théorique, un méson est vu comme étant formé d’un quark et d’un antiquark sans spin reliés par une corde bosonique, le tube de flux. Ce dernier objet est l’élément central du modèle : il encode de manière simplifiée les échanges de gluons au niveau non-perturbatif, échanges responsables du confinement. La richesse du modèle du tube de flux relativiste provient de ce que la corde est un objet dynamique, dont le comportement physique ne peut donc pas être réduit à un simple potentiel d’interaction quark-antiquark. La première partie de ce travail est consacrée à approfondir l’étude théorique du modèle du tube de flux relativiste. En particulier, nous montrons comment y inclure les effets dus au retard ainsi que ceux dus au spin des quarks, mais également les interactions à courte portée, toutes ces contributions étant négligées dans la formulation originale du modèle. Nous nous attachons de plus à ce que les résultats présentés restent valables non seulement pour une paire quark-antiquark, mais également à d’éventuels états liés de gluons, les « boules de glu », autorisés par la QCD. Enfin, nous analysons les conséquences des fluctuations du tube de flux, et leur lien avec les « mésons hybrides », mésons exotiques dans lesquels le champ de couleur est excité. Dans la deuxième partie de ce travail, nous nous attachons à résoudre numériquement les équations aux valeurs propres découlant du modèle du tube de flux généralisé établi dans la précédente discussion théorique. Pour ce faire, nous montrons que la méthode numérique dite des « réseaux de Lagrange », bien établie en ce qui concerne la résolution de problèmes non-relativistes, peut être appliquée avec succès aux équations semi-relativistes inhérentes au formalisme du tube de flux relativiste. Grâce à cette technique, nous pouvons calculer les spectres de masse des mésons lourds et légers, en fixant nos paramètres par comparaison avec la QCD sur réseau afin de réduire l’arbitraire du modèle. Finalement, nous discutons de la possible application de notre approche aux boules de glus, ainsi que de l’implication de nos résultats en ce qui concerne l’interprétation d’états expérimentaux récemment détectés.

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude des molécules d'éthylène C2H4 et de méthane CH4 pour des applications planétologiques et astrophysiques. La première partie de ce travail de thèse concerne la construction de surfaces ab initio (surface d'énergie potentielle et surfaces de moment dipolaire) pour l'éthylène. Une procédure permettant la détermination précise de la géométrie d'équilibre de cette molécule a été mise en place, car elle conditionne en partie la précision sur les niveaux rotationnels. Dans la seconde partie, ces surfaces ont été utilisés pour le calcul des niveaux d'énergie vibrationnels de l'éthylène et des isotopologues 12C2D4, 13C2H4 et 13C12CH4 par calcul variationnel, ainsi que l'étude des positions et intensités de raies pour les molécules 12C2H4 et 13C12CH4. Ces nouvelles surfaces ont permis des avancées significatives pour la prédiction variationnelle ab initio des spectres de l'éthylène. L'extension de ces calculs à l'étude de ces spectres à des températures élevées, pour des applications astrophysiques, a été pour la première fois abordée. La dernière partie concerne la construction non empirique d'un modèle effectif pour le moment dipolaire du méthane à partir de surfaces ab initio. Pour cela, une technique algébrique, basée sur la méthode des Transformations de Contact, et développée au sein de notre équipe pour les molécules triatomiques, a été pour la première fois étendue au cas des molécules penta-atomiques. L'ensemble de ces résultats a été confronté aux informations présentes dans les bases de données spectroscopiques, ce qui a permis de valider nos différentes approches. / The work presented in this manuscript is devoted to the study of ethyleneC2H4 and methane CH4 for planetological and astrophysical applications. The first part of this thesis concerns the construction of ab initio surfaces (potential energy surface and dipole moment surfaces ) for ethylene molecule. A procedure for the accurate determination of the equilibrium geometry in this molecule has been established, because it determines partially the accuracy of the rotational levels. In the second part, these surfaces were used to calculate the vibrational energy levels of ethylene and isotopologues 12C2D4, 13C2H4 and 13C12CH4 by variational calculations, and the study of the line positions and line intensities for 12C2H4 and 13C12CH4 molecules. These new surfaces have led to significant advances in ab initio variational predictions of ethylene spectra. For the first time, the extension of these calculations to the study of spectra at high-temperatures, for astrophysicalapplications were addressed. The last part concerns the non-empirical constructionof effective models for the dipole moment of methane from ab initio surfaces. For thisstudy, an algebraic technique based on the Contact Transformations approach, and developed in our team for triatomic molecules has been extended to the case of penta-atomic molecules for the very first time. All of these results was confronted with informations in spectroscopic databases, which were used to validate our approaches.