Bien que nous ayons accès à des catalogues de galaxies très détaillés, notre compréhension de la distribution spatiale de la matière noire reste encore limitée. D'importantes informations à son sujet sont cachées dans les vitesses propres des galaxies, qui reflètent la dynamique de la matière noire à différentes échelles. Malheureusement, ces vitesses sont très difficiles à observer. Nous présentons ici une approche différente pour "mesurer" ces vitesses par l'intermédiaire de méthodes de reconstruction des champs de vitesse. Nous utilisons en particulier la reconstruction dîte de Monge-Ampère-Kantorovitch (MAK). Nous testons cette méthode sur des simulations à N-corps ainsi que sur des catalogues virtuels de galaxies. Nous vérifions sa fiabilité par la comparaison des vitesses reconstruites aux vitesses simulées et aussi à travers la mesure de la densité moyenne de matière de ces univers.<br /><br />Après avoir testé cette méthode, nous l'utilisons sur un vrai catalogue de galaxie: le 2MASS Redshift survey. Après l'avoir corrigé des effets observationnels connus, nous étudions l'origine de la vitesse du Groupe Local par rapport au fond diffus cosmologique. Nous montrons que plus de la moitié de notre vitesse est due à des structures situées à plus de 40 Mpc/h. Une fois étudié le mouvement d'ensemble des structures locales, nous comparons directement les vitesses reconstruites et les distances observées dans notre voisinage de 30 Mpc/h. Nous proposons une estimation indépendante du paramètre de densité. Cette estimation peut être utilisée afin de réduire les dégénérescences dans l'espace des paramètres du modèle d'univers à base de matière noire froide.

Les anisotropies du rayonnement fossile de l'Univers (CMB) constituent une des surces d'information les plus prometteuses sur la physique de l'Univers. C'est pourquoi de nombreuses expériences de mesure d'anisotropies se sont développées ces dernières années. Archeops est une expérience ballon de mesure des anisotropies du CMB, fruit d'une collaboration internationale pilotée par le Centre de Recherches sur les Très Basses Températures (CRTBT) du CNRS de Grenoble. Archeops est d'un point de vue technique le précurseur du futur satellite européen Planck. Dans un premier temps, je rappelle les fondements théoriques du modèle standard de la cosmologie. Je présente ensuite les caractéristiques des expériences de mesure des anisotropies du CMB et notamment celles d'Archeops. Dans un deuxième temps, j'expose mes contributions au sein de la collaboration Archeops. Mon travail comporte d'une part une partie instrumentale liée à la reconstruction du pointage, et d'autre part une partie d'analyse de données basée sur le développement d'algorithmes de destriage. Pour finir, je discute de la nature des contraintes sur la masse des neutrinos qui seront susceptibles d'être obtenus avec les données de Planck.

Un essai épistémologique sur l'évolution des concepts cosmologiques depuis l'antiquité occupe la première partie de ce travail. Il porte une attention particulière aux domaines frontaliers qui ont pu favoriser les concepts dominants. Une étude des tests observationnels des modèles d'univers au fil du temps replace dans son contexte la signification cosmologique présente de la relation entre diamètre apparent $\theta$ et décalage spectral cosmologique $z_c$.\\ Dans les modèles d'univers de Friedmann-Lemaître, issus de la relativité générale et du principe cosmologique, la relation $\theta \longleftrightarrow z_c$ dépend de la géométrie de l'espace-temps que parcourt la lumière entre la source et l'observateur et donc de ses paramètres fondamentaux, notamment de son taux d'expansion, de la densité des différents <> qu'il contient et de la <>.\\ En inversant la relation $\theta \longleftrightarrow z_c$ observée on doit donc pouvoir contraindre ces paramètres. L'interaction gravitationnelle des galaxies et la première {\it activation} mutuelle ({\it <>}) qu'elle suscite est ici envisagée comme génératrice d'étalons de longueur relativement indépendants du temps cosmique.\\ Cette idée directrice a accompagné, durant plus de vingt ans, un ensemble de démarches observationnelles pointées (imagerie, spectrophotométrie 1D, 2D, 3D) et à grand champ (astrométrie, photométrie, mouvements propres) dont les retombées sont multiples.\\ L'étude se termine par une qualification de la méthode, basée sur les grands relevés de galaxies disponibles en 2006. À partir des observations locales, des échantillons synthétiques sont générés et la résolution du problème inverse fournit les précisions avec lesquelles peuvent être retrouvés les paramètres de densité en fonction de la dimension des échantillons réels à venir.

Avec la découverte étonnante que l'univers se trouve à présent dans une phase d'expansion accélérée, il y a dix ans, la cosmologie entra dans ce que l'on peut nommer l'ère de la cosmologie à haute précision. Les contraintes actuelles indiquent un modèle cosmologique à géométrie plate, où la plus grande partie du contenu en masse-énergie de l'univers est contribuée par une composante inconnue, souvent appelée l'`énergie noire', qui contribue environ soixante-dix pour cent à la densité totale de l'univers. Dans ce modèle, la matière baryonique ordinaire et la radiation ne contribuent qu'environ cinq pour cent, et la matière noire contribue vingt-cinq pour cent. Les propriétés mesurées de l'énergie noire étant consistant avec celles d'une Constante Cosmologique, $Lambda$, ce modèle standard cosmologique est connu sous le nom du modèle `$Lambda$-Cold-Dark-Matter' (`$Lambda$CDM'). Malgré son succes, ce modèle souffre de plusieurs problèmes. L'existence d'une Constante Cosmologique soulève des problèmes fondamentaux concernant sa nature physique, et beaucoup d'auteurs traitent le `problème de coîncidence'. Des essais de la décrire comme la contribution du vide quantique faillissent quantitativement. En conséquent, un grand nombre de modèles alternatifs a été développé, qui tentent décrire la composante d'énergie noire: des loi modifiés de la gravitation, de dimensions supplémentaires, les modèles de Quintessence. Aussi, des effets astrophysiques qui miment une expansion accélérée ont été considérés. Dans ce manuscrit, on expose les bases théoriques et observationneles du modèle $Lambda$CDM et les divers approches théoriques à expliquer l'énergie noire. Un autre problème du modèle standard provient de la dépéndance des résultats de l'analyse des données sur des hypothèses qui sont présentes dans les analyses pour l'extraction des paramètres. Il s'agit des hypothèses sur la physique, mais aussi des dépéndances des paramétrages notamment des propriétés de l'énergie noire. Aujourd'hui, des analyses combinées de divers sondes cosmologiques sont effectuées afin d'extraire les paramètres du modèle, dont le nombre peut s'élever jusqu'à vingt, dépendant des suppositions de modèle. De différentes hypothèses (géométrie plate, équation d'état de l'énergie noire constante, hypothèses sur la physique du CMB comme la vitesse du son ou le spectre de puissance initial,...) sont appliquées, qui peuvent dangereusement biaiser les résultat de l'analyse. La présence d'une mauvaise hypothèse, où une application d'un paramétrage non-approprié de la physique, pourra entraîner qu'on mesure à haute précision quelque chose qui n'est pas là. Nous montrons que, dû à la haute précision des mesures cosmologiques modernes, des approches purement cinématiques à la cosmologie ne permettent plus d'extraire des résultats fiables sur l'expansion de l'univers. Dans l'analyse des données cosmologiques on doit par conséquent se servir de la relation (exacte) intégrale pour les distances cosmologiques. Nous discutons le problème de dégénéréscence analytique entre les paramètres cosmologiques qu'introduit l'utilisation de cette relation. Puis, les résultats principaux de ce travail sont présentés. Ils concernent notamment la validité du paramétrage de l'équation d'état de l'énergie noire de Chevallier, Polarski, et Linder, et les éffets d'une évolution en redshift des magnitudes apparentes des Supernovae du type Ia.

L'observation des amas de galaxies dans le domaine des rayons X permet, d'une part de les étudier individuellement gràce à la capacité de spectro-imagerie haute-précision des instruments de dernière génération tels qu'XMM-Newton et Chandra, d'autre part, de les détecter jusqu'à de très grandes distances, ce qui permet de tester les phénomènes d'évolution. Ces objets ont un intéret cosmologique particulier puisqu'ils sont les plus massifs de l'Univers et qu'ils se sont formés tardivelent par l'effondrementdes zones denses sous l'effet de leur propre gravité. Ce processus dépend principalement de la densité de matière globale de l'Univers...

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la collaboration internationale SuperNova Legacy Survey, SNLS. Les objectifs majeurs de ce projet sont de mesurer de manière précise les paramètres cosmologiques et d'étudier les caractéristiques de l'énergie noire, par l'intermédiaire de son équation d'état. Pour cela, un large échantillon de SNe Ia à grands décalages spectraux est récolté l'aide de la caméra MegaCam, installée sur le télescope CFH de 3.6 mètres de diamètre, situé à Hawaï. Plusieurs centaines de SNe Ia, à des décalages vers le rouge compris entre 0.3 et 1, sont attendues durant les cinq ans prévus pour le projet. Nous montrons dans un premier temps comment les SNe de type Ia peuvent être utilisées comme des chandelles standard, objets dont la luminosité est reproductible, en vue de faire des mesures de distance en cosmologie. Nous présentons ensuite les différentes étapes menant de l'image brute fournie par le télescope à la découverte de la supernova, puis à la détermination de sa magnitude grâce à un catalogue d'étoiles standard. Le suivi photométrique des SNe, afin de construire leurs courbes de lumière, et la recherche de nouveaux candidats se font de manière simultanée en observant de façon répétée les mêmes champs. Un modèle de courbe de lumière a été élaboré dans le but d'estimer le flux de la supernova dans son référentiel, pour un large domaine de longueurs d'onde. Les paramètres issus de l'ajustement de la courbe de lumière (luminosité au maximum, taux de déclin, couleur) sont ensuite utilisés pour construire un estimateur de distance. La comparaison de distance entre des SNe proches, provenant de la littérature, et les SNe lointaines découvertes dans SNLS permet de déterminer les paramètres cosmologiques. Les résultats ainsi obtenus confirment bien la présence d'une énergie noire, qui semble se présenter sous la forme d'une constante cosmologique.

Les Oscillations Baryoniques Acoustiques (BAOs) correspondent au phénomène d'ondes acoustiques dans le plasma baryon-photon avant la recombinaison. Ces oscillations impriment une échelle standard, correspondant à l'horizon sonique, qui peut être observée dans les grandes structures de l'Univers. De par cette propriété d'étalon standard, les BAOs permettent d'étudier la relation distance-redshift dans les catalogues de galaxies et fournissent un outil très prometteur pour étudier les propriétés de l'énergie sombre. Les BAOs peuvent être étudiés à partir des statistiques du second ordre (la fonction de corrélation ou le spectre de puissance) dans la distribution des galaxies. Dans cette thèse, on se restreint au cas de la fonction de corrélation. Les BAOs apparaissent dans la fonction de corrélation comme un faible pic à l'échelle de l'horizon sonique. Il y a deux applications principales des BAOs: la détection des BAOs et la contraintes des paramètres cosmologiques grâce à la propriété d'étalon standard. La détection du pic BAO à une échelle proche de l'échelle attendue permet de confirmer le modèle cosmologique actuel. Quant à la contrainte des paramètres cosmologiques, permettant d'étudier l'énergie sombre, il s'agit d'un objectif majeur de la cosmologie moderne. Dans cette thèse, on s'intéresse à différents problèmes statistiques concernant l'étude de la fonction de corrélation dans la distribution des galaxies, avec un accent particulier sur l'étude des BAOs. Dans la première partie, on fait une étude à la fois théorique et pratique du biais dû à la contrainte intégrale dans les estimateurs de la fonction de corrélation. On montre que ce biais est très faible pour les relevés de galaxies actuels. Dans la seconde partie, on s'intéresse à la détection des BAOs. On montre les limitations de la méthode de détection classique, et on propose une nouvelle méthode plus rigoureuse. Notre méthode permet notamment de prendre en compte la dépendance de la matrice de la covariance de l'estimateur en fonction du modèle. Enfin dans la troisième partie, on étudie à nouveau la question la dépendance de la matrice de la covariance, cette fois pour la contrainte des paramètres cosmologiques. On estime une matrice de covariance dépendant du modèle et l'on compare nos contraintes avec les contraintes obtenues en faisant l'approximation habituelle d'une matrice de covariance constante. On montre que l'effet de cette approximation est relativement faible et diminue lorsque les relevés de galaxies grandissent.

Dans le modèle standard de cosmologie ΛCDM, environ 72% de la densité d'énergie totale de l'Univers se présente sous la forme d'énergie sombre qui causerait la présente accélération de l'Univers. Parmi les sondes cosmologiques couramment utilisées, l'effet de lentille gravitationnel forte dans les amas est une technique prometteuse fournissant des contraintes orthogonales sur les paramètres cosmologiques. Le programme HFF a permis une amélioration significative de l'estimation de la distribution de masse des amas. Cependant, la modélisation de l'effet de lentille forte dans les amas semble ne pas atteindre la résolution angulaire des observations HST. Cette thèse fournit une meilleure compréhension de l'impact des erreurs systématiques dans la modélisation paramétrique de l'effet de lentille forte dans les amas de galaxies et, donc, sur la détermination des paramètres cosmologiques. Premièrement, j'ai analysé deux amas de galaxies simulés, ayant les mêmes caractéristiques que les amas du programme HFF, Ares et Hera. J'ai utilisé plusieurs estimateurs afin d'évaluer la qualité de nos reconstructions obtenues, permettant de quantifier l'impact des erreurs systématiques dues, au choix des profils de densité et configurations et, ensuite, de la disponibilité d'images multiples dans la détermination de paramètres cosmologiques. Deuxièmement, en utilisant deux amas de galaxies, j'ai testé quatre modèles cosmologiques pour lesquels l'équation d'état de l'énergie sombre, w(z), est paramétrisée en fonction du redshift. J'ai réalisé plusieurs modélisations pour quantifier l'impact des erreurs systématiques liées à la position des images multiples sur les paramètres cosmologiques. / In the standard cosmological model ΛCDM, about 70% of the energy density of the Universe is in the form of a dark energy that would cause the current acceleration of the Universe. Among the extensively used cosmological probes, using strong lensing features in galaxy clusters is a promising technique yielding orthogonal constraints on cosmological parameters. The program HFF has led to a significant improvement of cluster mass estimates. However, strong lensing modelling appears to be still unable to match the HST observations angular resolution.This thesis provides a better understanding of how systematic errors impact the retrieval of cosmological parameters in order to use strong lensing clusters as reliable cosmological probes. Firstly, I have analyzed two simulated HFF-like clusters, Ares and Hera, I use several estimators to assess the goodness of our reconstructions by comparing our multiple models, with the input models. This allows to quantify the impact of systematic errors arising from the choice of different density profiles and configurations and, secondly, from the availability of constraints in the parametric modelling of strong lensing clusters and therefore on the retrieval of cosmological parameters. Secondly, I probe four cosmological models in which the equation of state of dark energy, w(z), is parameterized as a function of redshift using strong lensing features in two galaxy clusters. To quantify how the cosmological constraints are biased due to systematic effects in the strong lensing modelling, I carry out several modelling attempts considering different uncertainties for the multiple images positions.

Le rayonnement fossile, ou CMB, est un sujet d’étude clé pour la cosmologie car il indique l’état de l’univers à une époque primordiale. Le CMB est observable dans le ciel dans la bande de fréquences des micro-ondes. Cependant, il existe des processus astrophysiques, les avant-plans, qui émettent dans les micro-ondes, et rendent indispensable le traitement des données avec des méthodes de séparation de composantes. J'utilisé la méthode aveugle SMICA pour obtenir une estimation directe du spectre de puissance angulaire du CMB. La détermination des petites échelles de ce spectre est limité par les avant-plans comme les galaxies lointaines, et par le biais du bruit. Dans cette analyse, ces deux limitations sont abordées. En ajoutant des hypothèses sur la physique des galaxies lointaines, il est possible de guider l’algorithme pour estimer leur loi d'émission. Un spectre de puissance angulaire obtenu d'une carte du ciel a un biais dû au bruit à petites échelles. Toutefois, les spectres obtenus en croisant différentes cartes n'ont pas ce biais. J'ai donc adapté la méthode SMICA pour qu'elle n'utilise que ces derniers, diminuant l'incertitude due au bruit dans l'estimation du CMB. Cette méthode a été étudiée sur des nombreuses simulations et sur les données Planck 2015, afin d'estimer des paramètres cosmologiques. Les résultats montrent que la contamination résiduelle des avant-plans présente dans le spectre CMB, même si fortement réduite, peut introduire des biais dans l'estimation des paramètres si la forme des résiduels n'est pas bien connue. Dans cette thèse, je montre les résultats obtenus en étudiant un modèle de gravité modifiée. / The Planck satellite observed the whole sky at various frequencies in the microwave range. These data are of high value to cosmology, since they help understanding the primordial universe through the observation of the cosmic microwave background (CMB) signal. To extract the CMB information, astrophysical foreground emissions need to be removed via component separation techniques. In this work I use the blind component separation method SMICA to estimate the CMB angular power spectrum with the aim of using it for the estimation of cosmological parameters. In order to do so, small scales limitations as the residual contamination of unresolved point sources and the noise need to be addressed. In particular, the point sources are modelled as two independent populations with a flat angular power spectrum: by adding this information, the SMICA method is able to recover the joint emission law of point sources. Auto-spectra deriving from one sky map have a noise bias at small scales, while cross-spectra show no such bias. This is particularly true in the case of cross-spectra between data-splits, corresponding to sky maps with the same astrophysical content but different noise properties. I thus adapt SMICA to use data-split cross-spectra only. The obtained CMB spectra from simulations and Planck 2015 data are used to estimate cosmological parameters. Results show that this estimation can be biased if the shape of the (weak) foreground residuals in the angular power spectrum is not well known. In the end, I also present results of the study of a Modified Gravity model called Induced Gravity.

Un siècle après le modèle d'univers de Friedmann-Lemaître, les observations le confortent avec une constante cosmologique $\Lambda$ et une composante de matière sombre (noire) sans pression (poussière) et froide dominant celle baryonique, que l'on désigne par modèle $\Lambda$CDM. L'accélération de l'expansion de l'Univers confirmée par le diagramme de Hubble des supernovae en 1998 impose une valeur strictement positive à la constante cosmologique. Mes travaux de thèse se focalisent sur l'estimation des valeurs de paramètres cosmologiques du modèle standard en utilisant la technique de corrélation nulle. Cette approche présente l'avantage d'être plus robuste que les techniques usuelles. Ce travail a consisté aussi à modéliser des échantillons de l'événement quasar ainsi que l'événement supernova, une extrapolation adaptée du premier. Ce qui a permis de générer des échantillons conformes aux hypothèses des modèles, afin de valider les approches statistiques. Nous avons exploité les données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) pour les quasars, et celles du SuperNova Legacy Survey (SNLS) et du SDSS-II pour les supernovae. Les inférences statistiques ont conduit à un univers spatialement fermé et une présence de matière noire plus faible. Dans le cadre d'une prochaine application de cette technique, elle sera utilisée pour contraindre les modèles d'énergie noire. De même, l'utilisation des amas de galaxies observées grâce à l'effet de Sunyaev Zel'dovich, servira d'échantillon cosmologique. Une telle étude pourra contribuer à apporter un élément de réponse à la validité du rôle supposé des neutrinos massifs dans la formation des amas dans l'ère primordiale de l'Univers. / A century after the Universe model of Friedmann-Lemaître, the observations comfort it with a cosmological constant $\Lambda$ and a dark matter component without pressure (dust) and cold dominating the baryonic one, which is denoted by $\Lambda$CDM model. The acceleration of the expansion of the Universe confirmed by the Hubble diagram of the supernovae in 1998 imposes a strictly positive value on the cosmological constant. My thesis work focuses on the estimation of the cosmological parameters values of the standard model using the null correlation technique. This approach has the advantage of being more robust than the usual techniques. This work deals with modelling samples of the quasar event and the supernova event, which enables us to generate samples in order to validate the statistical approaches. We used data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) for quasars, and the SuperNova Legacy Survey (SNLS) and SDSS-II for supernovae. The Statistical inferences suggest a Universe spatially Closed and a weaker presence of dark matter than that in the Standard model. Such a statistical analysis can be used to constrain dark energy models. Application of this technique might be useful for analyzing of clusters of galaxies observed through the effect of Sunyaev Zel'dovich, in view of deriving the cosmological model and provide an answer to the question of the contribution of massive neutrinos in the formation of clusters in the primordial era of the Universe.