Les météorites sont des témoins de planétésimaux formés dans les cinq premiers millions d'années du système solaire. Leur grande diversité est liée à des évolutions thermiques différentes de leur corps parent, allant d'un simple métamorphisme à une différenciation complète manteau-noyau. Cette thèse s'intéresse à la mobilité relative silicate-métal dans les objets ayant connu un métamorphisme thermique ou la fusion partielle. Deux approches sont considérées : une naturaliste basée sur l'étude texturale d'échantillons naturels, l'autre expérimentale dans le but d'identifier et comprendre les processus physiques susceptibles de s'être produits. L'étude texturale sur les métaux et sulfures des chondrites ordinaires de type H, montre que, lorsque le métamorphisme augmente ces deux phases se séparent, changent de forme et croissent. Cette évolution se fait dans un ordre bien précis, cohérent avec les données de géochimie et les modèles thermiques, permettant de distinguer deux échantillons d'un même type pétrologique. On propose donc une nouvelle classification permettant de préciser l'actuelle. L'étude expérimentale de croissance cristalline a été menée sur des analogues synthétiques de météorites : le système forstérite+nickel±silicate fondu (Fo:Ni±SiF). Cette étude a été précédée par la mise en place d'un protocole de frittage par une technique peu connue en géosciences : le Spark Plasma Sintering. Les résultats montrent des mécanismes très différents entre Fo et Ni selon la proportion et la nature de chaque phase. Ces résultats sont en accord avec les observations faites sur objets naturels et permettent de préciser l'histoire thermique des planétésimaux.

Dans ce manuscrit, nous nous intéressons aux interactions entre surface et atmosphère et plus spécifiquement à la formation de dunes dans le Système Solaire. Pour mener notre étude, nous procédons à des expériences en laboratoire qui reproduisent des dunes à l'échelle réduite et de manière contrôlée. Ces expériences sont accompagnées d'une étude par modélisation numérique. Ces deux outils nous permettent d'étudier la formation des dunes mais également d'en suivre l'évolution. En utilisant des régimes bimodaux et symétriques de vents, nous mettons en évidence la formation de champs de dunes transverses et de champs de dunes longitudinales pour de faibles et grandes séparations angulaires respectivement. Notre étude montre que la transition entre ces deux domaines se situe proche d'un angle de 90° mais dépend de la période choisie pour le régime de vents par rapport au temps caractéristique d'adaptation des structures. Cette transition est décalée vers les faibles séparations angulaires pour les courtes périodes et s'accompagne d'un mûrissement plus rapide des structures longitudinales. L'étude sur les champs de dunes est approfondie par un travail sur les dunes isolées qui souligne la différence de stabilité des dunes transverses et longitudinales à long terme. Les premières deviennent instables et se cassent en barchanes (ou barchanoïıdes) lorsque l'apport de sable, ou la quantité de sable mobilisable, est trop faible alors que les dunes longitudinales restent stables. Sous ces régimes bimodaux de vents, l'évolution d'un tas de sable aboutit à une grande diversité de morphologies. Des barchanoïdes, dont l'aspect évolue avec l'augmentation de l'angle entre les vents, sont formées pour de faibles séparations angulaires. Pour un angle de 90° une dune en forme de "châtaigne" est modelée et une extension longitudinale se développe pour des angles plus importants soulignant le côté attracteur de la structure longitudinale pour ce domaine de régimes de vents. Enfin, nos résultats permettent d'utiliser les dunes pour contraindre les régimes de vents lorsque des mesures directes ne sont pas possibles. Ainsi, elles représentent une contrainte à l'échelle globale sur Titan et nous donnent des informations locales à la surface de Mars.

Les études de l'atmosphère neutre et ionisée de la terre ont connu un très grand développement dans les deux dernières décades grâce aux progrès des techniques spatiales (mesures in situ) et des moyens de sondage à distance (optique, radars). Pendant cette même période, le sondage de l'ionosphère par la technique de la diffusion incohérente en particulier a amené des progrès considérables dans la mesure des paramètres de l'environnement terrestre. La construction et l'exploitation de plusieurs stations radar dans le monde (ARECIBO à Puerto Rico, CHATANIKA à Alaska,U.S.A., JICAMARCA au Pérou, MILLSTONE HILL à Mass., U.S.A., ST. SANTIN (France), MALVERN (Grande Bretagne) prouvent l'intérêt et l'efficacité de cette technique. Ainsi il a été possible de mesurer de nombreux paramètres ionosphériques, tels que la densité électronique, les températures électroniques et ioniques, la composition ionique, la vitesse ionique et la fréquence des collisions ion-neutres (dans la région E) à plusieurs altitudes de la région E et F pratiquement en même temps (selon le système de mesure). Ces mesures ont permis d'étudier entr'autres la structure thermique, la dynamique et l'électrodynamique de l'atmosphère. Contrairement aux expériences mettant en oeuvre des véhicules spatiaux, le sondeur à diffusion incohérent, siation fixe au sol, permet de suivre les variations temporelles dans une zone de l'ionosphère fixe par rapport à la terre. De plus, avec certains instruments, on peut sonder une zone étendue en longitude et en latitude (ARECIBO, CHATANIKA, MILLSTONE HILL). L'étude de la physique de l'ionosphère et de l'atmosphère neutre à partir des données mesurées par les techniques énumérées ci-dessus, s'effectue suivant des lois physiques qui varient en fonction de la gamme d'altitude étudiée. Dans notre travail nous avons utilisé la technique de la diffusion incohérente appliquée à la raie de plasma pour étudier la distribution du flux d'électrons suprathermiques. Pour les mesures en moyenne latitude, nous avons utilisé la station de ST. SANTIN (France) et en haute latitude le travail a été effectué à CHATANIKA (Alaska).

En période magnétiquement perturbée il est nécessaire de considérer une fonction de distribution des vitesses ioniques non-Maxwellienne, si l'on veut pouvoir estimer correctement les paramètres ionosphériques de l'ionosphère aurorale, mesurés par diffusion incohérente. Nous avons comparé deux modèles de fonction de distribution non-Maxwellienne : l'approximation polynomiale généralisée qui est une solution analytique de l'équation de Boltzmann et une distribution numérique basée sur une méthode Monte Carlo. Ces deux approches conduisent, pour les deux espèces ioniques 0+ et NO+, à des résultats semblables lors de champs électriques inférieurs à 100 m V lm. La fonction analytique a été introduite dans l'analyse des spectres EISCAT afin d'étudier l'ionosphère sous des champs électriques pouvant atteindre 100 m V /m. Cette nouvelle analyse a, dans un premier temps, été testée sur plusieurs jeux de simulations avec notamment des études de sensibilité aux modèles utilisés. Dans une seconde étape, nous avons étudié des spectres présentant des caractéristiques non-Maxwelliennes et avons ainsi déterminé la composition de l'ionosphère sous forts champs électriques. Enfin avec une dernière série de données réelles nous avons estimé quantitativement l'erreur commise lors d'une interprétation "Maxwellienne" de spectres non-Maxwelliens dans le cas d'une ionosphère composée d'ions moléculaires.

On trouve dans l'ionosphère des hautes latitudes deux sources majeures d'ionisation : les électrons créés par photo-ionisation solaire, et les électrons précipités. L'établissement de l'équation de transport, qui décrit leur évolution est rappelé, puis nous en discutons et testons un modèle de résolution. Utilisant ce programme, nous calculons la production secondaire diurne d'électrons pour divers flux solaires, et nous en proposons un modèle mathématique plus simple. Puis nous étudions le bilan énergétique des électrons thermiques, à partir de précipitations d'électrons. L'équation du bilan détermine la balance entre les termes de chauffage, de relaxation, et de conduction de la chaleur. Nous montrons, en utilisant des mesures de façon intensive (radar EISCAT, satellite VIKING), que dans l'état actuel des connaissances des sections efficaces, ce bilan est vérifié. L'effet des précipitations d'ions est mis en évidence lors d'une des orbites du satellite.

Dans ce travail on étudie la structure et la dynamique de la surface de la glace à basse température, ainsi que ses différentes interactions avec les gaz. En premier lieu, on caractérise la surface de différents types de glaces à partir de la comparaison des propriétés d'adsorption de l'azote et de l'argon. Pour la glace hexagonale, l 'étude a été centrée sur les poudres obtenues par broyage de monocristaux à 77K. On met en évidence le caractère polaire de ce type de surface, puis on analyse la réduction de capacité d'adsorption observée après recuit à plus haute température (>190K). Un mécanisme de diffusion des molécules d'eau est proposé pour interpréter ces cinétiques d'évolution de la surface. On montre ensuite que la glace amorphe condensée sous vide à 77K possède une structure poreuse, la quantité et la distribution de la taille des pores dépendant des conditions de condensation. Il apparait en outre qu'une très grande instabilité caractérise ces condensats. Une interprétation des propriétés de ces condensats de glace est proposée à l ' aide des modéles d'agrégations. Une étude de la formation et de la décomposition des clathrates hydrates de CO2 par interaction gaz-glace est ensuite menée à basse température ( autour de 200K) . On met en évidence un mécanisme de croissance de la structure clathrate controlé par une diffusion des molécules d'eau. Pour la décomposition, les résultats suggérent un mécanisme de diffusion du gaz à travers le réseau clathrate suivi de la réorganisation de cette structure. Ces différents résultats sont appliqués à deux problèmes de l'astrophysique: Dans le cas des grains interstellaires , on montre que les taux de synthèse de l'hydrogène moléculaire doivent être très élevés à la surface d'un grain de glace amorphe et poreux. Pour les comètes, on analyse les différents mécanismes de dégazage pouvant avoir lieu au cours de l'évolution thermique du noyau. En particulier, on met en évidence l'impossibilité de déduire l'existence de clathrates hydrates à partir de l'observation des productions de gaz et on pose les bases d'un nouveau type de modèle d'évolution des noyaux comètaires.

La mission Cassini fourmille d'outils de haute précision pour l'exploration de Saturne, de ses satellites et de son système d'anneaux. L'instrument UVIS permet d'analyser la structure des anneaux par l'observation d'occultations stellaires. Il dispose pour cela de la meilleure résolution spatiale disponible (de l'ordre de la dizaine de mètres, variable avec la géométrie de l'occultation et la navigation de la sonde), ce qui permet de mieux comprendre la physique inhérente aux anneaux. En particulier, nous avons été à même d'observer, disséquer, modéliser et valider les interactions entre les anneaux et les satellites. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à des structures larges de quelques kilomètres, créées par des résonances avec des satellites extérieurs aux anneaux principaux. L'observation de telles structures dans l'anneau C, ainsi que l'association de certaines avec des résonances nous a permis de contraindre les paramètres physiques des anneaux. Cependant, la plupart des structures observées ne peuvent être expliquées par de simples résonances avec des satellites extérieurs, même si nous ne connaissons pas les autres mécanismes pouvant générer de telles signatures. Nous avons identifié 4 ondes de densité associées aux résonances de Linblad interne 4:1 avec Mimas, 2:1 avec Atlas, 6:2 avec Mimas ou 4:2 avec Pandore, ainsi qu'une onde verticale nodale, la Titan -1:0. En modélisant la relation de dispersion de ces ondes, nous avons pu déterminer la densité de masse surfacique (entre $0.22 ~(\pm 0.03)~$ to $1.42 ~(\pm 0.21)~\mathrm{g~cm^{-2}}$) et les coefficients d'extinction massique (entre $0.13~(\pm 0.03)$ et $0.28~(\pm 0.06)~\mathrm{cm^{2}~g^{-1}}$). Ces valeurs, plus grandes que dans l'anneau A et la Division de Cassini où Colwell et al., 2009 avait déterminé des coefficients d'extinction massiques de 0.01 -- 0.02 $\mathrm{cm^{2}~g^{-1}}$ dans l'anneau C et 0.07 -- 0.12 $\mathrm{cm^{2}~g^{-1}}$ dans la Division de Cassini, indiqueraient des particules plus petites dans l'anneau C. On peut alors emettre l'hypothèse que soit les particules des différents anneaux ont différentes origines, soit les présentes distributions ne sont pas primordiales et ont subi des évolutions différentes. La masse de l'anneau C est estimée équivalente à celle d'un satellite d'une trentaine de kilomètres de rayon, avec une densité proche de celle de Pan ou Atlas tandis que son épaisseur serait comprise entre 2 et 6 mètres. En appliquant une analyse similaire aux autres anneaux principaux, nous avons pu également déterminer leurs masses, en accord avec les précédentes études. L'étude des sillages de satellites tels que Pan ou Daphnis nous a permis d'invalider la presence de lune suffisament grosse dans la division de Huygens pour créer des sillages dans l'annelet Huygens. Cependant, nous avons observé une population de trous nets dans l'anneau C et la Division de Cassini. Nous interprétons ces "ghosts" comme les zones de vide créées autour de petites lunes au sein des anneaux (ces signatures, en forme de "S", sont appelées "propellers"). Plus petits que les propellers observés dans l'anneau A, ceux-là seraient larges de quelques dizaines de centimètres à quelques dizaines de mètres. Au moyen de simulations numériques et d'algorithmes de Monte-Carlo, nous avons montré que ces propellers définissent une seconde population de particules, ne pouvant être interprétée comme une prolongation des distributions de particules proposées par Zebker et al., 1985: nous estimons des indices de lois de puissance pour ces distributions cumulatives de taille de particules autour de 0.8 pour la Division de Cassini et 0.6 pour l'anneau C (au lieu de respectivmeent 1.75 et 2.1). La question de l'âge et de la durée de vie de ces propellers rejoint celle de leur formation: ont-ils été formés par accrétion ou ont-ils migré dans les anneaux après fragmentation d'un corps plus massif? Espérons que la prolongation de la mission Cassini pourra apporter des élements pour trancher sur l'origine des ces lunes.

Les molécules Polycycliques Aromatiques Hydrogénées (PAH) jouent un rôle majeur dans la physique et la chimie des régions de photo-dissociation (PDR) de notre galaxie. En retour, ces environnements pilotent l'évolution des PAH, principalement via le champ de rayonnement ultraviolet (UV) et il a été proposé que cette évolution soit liée à celle des très petites particules de poussière. Dans ce travail, nous proposons un approfondissement de la compréhension de ces scénarios d'évolution en combinant des études physico-chimiques et astrophysiques de ces espèces dans les PDR. Dans ce travail, je présente ma contribution au développement d'outils de modélisation des PDR afin de les appliquer à l'analyse des données du satellite spatial infrarouge Spitzer et de l'observatoire spatial Herschel. Des contraintes sont ainsi apportées sur la morphologie et l'énergétique de la nébuleuse par réflexion NGC 7023. La nécessité d'intégrer l'évolution des PAH dans les modèles de PDR est soulignée. Par ailleurs, j'ai développé un modèle d'évolution de la charge et du taux d'hydrogé-nation des PAH dans les PDR. Appliqué à trois PAH de tailles différentes, ce modèle montre que la déshydrogénation des espèces contenant jusqu'à 54 atomes de carbone est rapide et conduit à la formation d'agrégats carbonés. La nécessité de nouvelles études pour mieux caractériser la réactivité des PAH neutres vis-à-vis de l'hydrogène, la recombinaison électronique des espèces ionisées, ainsi que la dissociation des espèces surhydrogénées est mise en évidence. La dernière partie présente une étude quantitative des très petits grains carbonés en évaporation (eVSG) observés dans les PDR. Un outil d'analyse de l'émission des PAH et des eVSG dans le domaine de l'infrarouge moyen est présenté et utilisé pour caractériser l'évaporation des eVSG dans plusieurs PDR. En considérant les agrégats de PAH comme modèle de ces eVSG, j'ai calculé leurs propriétés d'évaporation théoriquement à partir de méthodes issues de la physique statistique. Leur utilisation dans un modèle d'évolution astrophysique a permis de montrer que ces édifices ont des propriétés compatibles avec les contraintes observationnelles. Des pistes sont proposées pour simplifier la modélisation de ces espèces en vue de leur intégration dans un modèle de PDR. La mission Herschel, ainsi que l'arrivée des futures missions spatiales JWST et SPICA, et de l'interféromètre ALMA, laissent entrevoir l'arrivée de nombreuses données observationnelles, dont l'analyse nécessitera d'approfondir notre compréhension de la microphysique des PAH.

Cette thèse est consacrée à l'histoire des solides du système solaire primitif. Nous étudions la dynamique des composants chondritiques et trouvons que leur préservation pendant plusieurs Ma dans le disque protoplanétaire nécessite une zone morte. Cette dynamique est essentiellement gouvernée par un paramètre de découplage gaz-solide S que nous conjecturons avoir été <1 et >1 lors de l'accrétion des chondrites carbonées et non carbonées, respectivement. Nous étudions aussi des modèles réduits pour l'interaction entre la turbulence magnétohydrodynamique et la sédimentation de la poussière ainsi que l'instabilité d'écoulement linéaire. Nous mesurons la concentration d'éléments en trace dans les phases des chondres dans Vigarano, Renazzo, Acfer 187, Bishunpur et Sahara 97096. L'olivine dans les chondres de type I semble résulter d'une cristallisation à l'équilibre tandis que le pyroxène enregistre des taux de refroidissement rapides et est compatible avec une interaction gaz-liquide.

Une méthode de détection des nuages et des poussières dans l'atmosphère depuis le sol par spectrométrie uv-visible du ciel au zénith est proposée. Elle repose sur l'étude de la variation de la couleur du ciel au crépuscule. La méthode est appliquée à la détection des nuages stratosphériques polaires observés durant la campagne Cheops III (Chemistry of ozone in the polar stratosphere) en 1990 en scandinavie. Un modèle de transfert radiatif en diffusion simple a été développé pour l'interprétation des observations. la méthode est ensuite appliquée à la définition d'un capteur optique destiné à la détection des tempêtes de poussière et de nuages dans l'atmosphère de Mars à partir de stations au sol, lors de la mission franco-russe Mars 94