Depuis la découverte du premier pulsar en 1967, nous connaissons désormais plus de 2500 pulsars aujourd’hui. Les pulsars offrent un champ d’études considérable : depuis l’étude des propriétés du milieu interstellaire et l’étude de la magnétosphère des pulsars jusqu’aux tests de la gravité en champ fort et la caractérisation d’un fond d’ondes gravitationnelles d’origine cosmologique. Cela explique pourquoi nous continuons de chercher de nouveaux pulsars de nos jours. Après des découvertes de pulsars millisecondes dans les sources non identifiées du Fermi Large Area Telescope, un programme de recherche de nouveaux pulsars a été mené à partir de 2012 par G. Desvignes. Observant à 1.4 GHz avec une haute résolution temporelle et fréquentielle, le programme SPAN512 a été conçu pour la recherche de pulsars rapides et lointains situés dans le plan Galactique. Nous décrirons les méthodes d’analyse mises en place pour traiter les données afin de trouver de nouveaux pulsars, méthodes soit basées sur la stabilité de la période de rotation des pulsars soit sur leur émission d’impulsions individuelles. Nous présenterons aussi l’état actuel de l’analyse du programme SPAN512 et les découvertes effectuées, plus particulièrement du pulsar trouvé au cours de ce travail de thèse, PSR J2055+3829, un pulsar milliseconde de période de rotation de 2.08 ms appartenant à un système de type « Veuve Noire ». Ce sera l’occasion de présenter les études chronométriques réalisées pour trouver l’éphéméride de ce pulsar et, dans le même temps, j’en profiterai pour parler d’une analyse similaire faite sur le pulsar J1618-3921, un pulsar dans une orbite excentrique. Enfin, nous présenterons des études polarimétriques de pulsars réalisées à la lumière d’un nouveau modèle, le modèle du vecteur tournant décentré (DRVM). Nous montrerons qu’un champ magnétique hautement décentré peut expliquer les variations brusques de l’angle de polarisation. / Since the discovery of the first pulsar in 1967, we know over 2500 pulsars today. Pulsars offer a broad range of studies: from the study of the properties of interstellar medium and of pulsar magnetospheres up to test of gravity in the strong-field regime and the characterisation of the cosmological Gravitation Waves background. This explains why we keep searching pulsars nowadays. After successful detections of new millisecond pulsars in Fermi Large Area Telescope unassociated sources at Nançay, a blind pulsar survey was initiated in 2012 by G. Desvignes. Conducted at 1.4 GHz with short sampling time and narrow frequency channels, the SPAN512 was designed to find fast and distant pulsars within the Galactic plane. We describe the methods to analyse data in order to find new pulsars, thanks to their spin stability or tto their single pulses. We will also describe the current status of the survey and the discoveries, more especially the pulsar discovered during this thesis, PSR J2055+3829, a 2.08 ms pulsar in a black widow system. It will be the opportunity to present the radio timing analysis of this pulsar and, in the same time, we will describe similar studies conducted on the pulsar J1618-3921, a pulsar in an eccentric orbit. Finally, we present some polarisation studies of pulsars in light of a new model, the Decentred Rotating Vector Model (DRVM). We will show that a highly decentred dipole may explain abrupt variations of polarisation profiles.

Les connaissances sur l'origine de Radio Halos (RHs), sources radio diffuses de faible brillance de surface observées aux échelles des Mpc dans les amas de galaxies massives, ont progressé vers un consensus général au cours des dernières années. Le scénario généralement accepté pour le mécanisme responsable de ce type d'émission diffuse est la ré-accélération des électrons relativistes par les turbulence générées au cours de la coalescence entre amas. Dans ce cadre, les modèles prévoient une fraction plus importante de RHs dans intervalle z = 0.3-0.4. Cependant, les observations radio des amas de galaxies dans ce régime de redshift sont encore limitées. Le projet MACS-Planck Radio Halo Cluster Project vise à explorer l'origine des RHs, ainsi que leur lien avec l'état dynamique des systèmes hôtes, en explorant une gamme de redshift plus élevée par rapport aux études précédentes. Dans cette thèse, je présente les données publiées du sous-échantillon ATCA du projet et les perspectives pour les travaux futurs. / The knowledge on the origin of Radio Halos (Rhs), Mpc-scale low surface brightness diffuse radio emission observed in massive galaxy clusters, has moved towards a general consensus on the recent years. The generally accepted scenario for the mechanism responsible of this kind of diffuse emission is the re-acceleration of relativistic electrons by the turbulence generated in cluster mergers. On this framework, it is expected from models that a larger fraction of RH occurrence may appear at z=0.3-0.4. However, radio observations of galaxy clusters in this redshift regime are still limited. The MACS-Planck Radio Halo Cluster Project has the aim of exploring the origin and occurrence of RHs, as well as their connection with the dynamical state of the host systems by exploring a higher redshift range than previous studies. In this thesis, I present the published data of the ATCA subsample of the project and prospects for the future work.

En radioastronomie, les signaux d'intérêt mesurés par les interféromètres sont perturbés par de nombreux effets environnementaux et instrumentaux, nécessitant la mise en œuvre de techniques algorithmiques pour les traiter et pouvoir ainsi reconstruire in fine des images parfaitement nettes de l'espace. Cette étape de correction des perturbations se nomme la calibration et repose généralement sur une modélisation gaussienne du bruit, pour une seule fréquence considérée. Cependant, en pratique, cette l'hypothèse n'est pas toujours valide car de multiples sources inconnues à faible intensité sont visibles dans le champ de vision et des interférences radioélectriques perturbent les données. En outre, réaliser une calibration indépendante, fréquence par fréquence, n'est pas la manière la plus optimale de procéder. Le but de ce travail est donc de développer des algorithmes de correction dans le traitement des signaux radio qui soient robustes à la présence d'éventuelles valeurs aberrantes ou sources d'interférences, et qui soient adaptés au contexte multi-fréquentiel. Par conséquent, nous nous appuyons sur une modélisation plus générale que la loi gaussienne, appelé processus Gaussien composé, et proposons un algorithme itératif basé sur l'estimation au sens du maximum de vraisemblance. En accord avec le scénario multi-fréquentiel sous étude, nous exploitons la variation spectrale des perturbations en utilisant des méthodologies telles que l'optimisation distribuée sous contraintes et le traitement parallèle des données. / Accurate calibration is of critical importance for new advanced interferometric systems in radio astronomy in order to recover high resolution images with no distortions. This process consists in correcting for all environmental and instrumental effects which corrupt the observations. Most state-of-the-art calibration approaches assume a Gaussian noise model and operate mostly in an iterative manner for a mono-frequency scenario. However, in practice, the Gaussian classical noise assumption is not valid as radio frequency interference affects the measurements and multiple unknown weak sources appear within the wide field-of-view. Furthermore, considering one frequency bin at a time with a single centralized agent processing all data leads to suboptimality and computational limitations. The goal of this thesis is to explore robustness of calibration algorithms w.r.t. the presence of outliers in a multi-frequency scenario. To this end, we propose the use of an appropriate noise model, namely, the so-called coumpound-Gaussian which encompasses a broad range of different heavy-tailed distributions. To combine limited computational complexity and quality of calibration, we designed an iterative calibration algorithm based on the maximum likelihood estimator under the compound-Gaussian modeling. In addition, a computationally efficient way to handle multiple sub-frequency bands is to apply distributed and decentralized strategies. Thus, the global operational load is distributed over a network of computational agents and calibration amounts to solve a global constrained problem thanks to available variation models or by assuming smoothness across frequency.

Mon travail de thèse présente deux types de structures denses : des sources froides compactes détectées par Planck et des condensations denses dans une région de photodissociation (PDR), à savoir la Barre d’Orion. Les deux types de structures sont étroitement liées à la formation des étoiles. Les sources froides sont étudiées comme objets potentiellement gravitationnellement liés, c’est-à-dire comme objets préstellaires. La Barre d’Orion est intéressante en tant que PDR à fort champ UV (G0 ∼104) prototypique, avec plusieurs disques protoplanétaires connus, éclairés par les jeunes étoiles du Trapèze.D’abord, je présente un article publié dans A&A: The Physical state of selected cold clumps. Dans cet article, nous avons comparé les observations du continuum de la poussière par Herschel provenant de l’open time key program Galactic Cold Cores (Herschel) aux observations de raies moléculaires par le radiotélescope de 20-m de l’Onsala Space Observatory en Suède. Les objets ont été sélectionnés en fonction de leur luminosités et faibles températures de couleur des poussières (T∼10−15 K). Nous avons calculé les masses du viriel et de Bonnor-Ebert et les avons comparées aux masses déduites à partir des observations. Les résultats indiquent que la plupart des objets froids observés ne sont pas nécessairement préstellaires.Dans mon étude de la Barre d’Orion, j’utilise des observations de l’instrumentPACS d’Herschel du programme Unveiling the origin and excitation mechanisms of the warm CO, OH and CH+ . Je présente des cartes de 110” ×110” du cation méthylidyne (CH+ J=3-2), des doublets de OH à 84 μm, et des raies de CO á hauts J (J=19-18). C’est la première fois que ces traceurs des PDR ont présentés avec une telle résolution spatiale et un tel rapport signal-sur-bruit.La répartition spatiale de CH+ et OH montre la même structure de la Barre qui a été vue dans d’autres observations. La morphologie du CH+ et H2 confirme que la formation et l’excitation de CH+ est fortement dépendante du H2 excité vibrationnellement. Le maximum d’émission de OH84 μm correspond à un objet brillant jeune, identifié comme le disque protoplanetaire 244-440.Je présente également des transitions rotationnelles de CO de moyenne (∼20 K) et haute (∼1000 K) énergie. La morphologie de l’émission du CO rotationnellement excité est corrélée avec la présence des petites structures denses irradiées. Nous établissons le lien entre le coeur de ces structures, tracé en CS J=2-1 par Lee et al. (2013) et H 13 CN par Lis and Schilke (2003) et le bord de la PDR, tracé en CO J=19-18 et le H 2 vibrationnellement excitée. Nous montrons également que le CO est principalement excité par le chauffage UV. / In this thesis I present a study of two kinds of dense ISM structures: compact cold sources detected by Planck and dense condensations in a photodissociation region (PDR), namely the Orion Bar detected by ground-based and Herschel telescopes. Both kinds of structures are closely related to star formation. The cold sources are investigated as potentially gravitationally bound, prestellar, objects. The Orion Bar is a highly FUV-illuminated (G0=104) prototypical PDR, with several known protoplanetary disks, illuminated by the young Trapezium stars.First I introduce a paper published in A&A: The Physical state of selected cold clumps. In this paper we compared the Herschel dust continuum observations from the open time key program Galactic Cold Cores to ground based molecular line observations from the 20-m radio telescope of the Onsala Space Observatory in Sweden. The clumps were selected based on their brightness and low dust color temperatures (T=10-15 K). We calculated the virial and Bonnor-Ebert masses and compared them to the masses calculated from the observations. The results indicate that most of the observed cold clumps are not necessarily prestellar.Then I move on to the warm and dense condensations of the ISM. In my study of the Orion Bar, I use observations from PACS instrument on board Herschel from the open time program Unveiling the origin and excitation mechanisms of the warm CO, OH and CH+. I present maps of 110”x110” of the methylidyne cation (CH+ J=3-2), OH doublets at 84 µm, and high-J CO (J=19-18). This is the first time that these PDR tracers are presented in such a high spatial resolution and high signal-to-noise ratio. The CH+ and OH have critical densities (1010 cm-3) and upper level energy temperatures (250 K). In addition the endothermicity of the CH+ + H2 reaction (4300 K) that forms CH+ is comparable to the activation barrier of the O + H2 reaction (4800 K) forming OH. Given these similarities it is interesting to compare their emission. The spatial distribution of CH+ and OH shows the same clumpy structure of the Bar that has been seen in other observations. The morphology of CH+ and H2 confirms that CH+ formation and excitation is strongly dependent on the vibrationally excited H2, while OH is not. The peak in the OH 84 µm emission corresponds to a bright young object, identified as the externally illuminated protoplanetary disk 244-440.Finally, I study the high-J CO in the Orion Bar. I also introduce low- and mid-J CO observations of the area. The high-J CO morphology shows a clumpy structure in the Bar and we establish a link between the dense core of the clumps, traced in CS J=2-1 by Lee et al. (2013) and in H13CN by Lis and Schilke (2003). We also show that the high-J CO is mainly excited by the UV heating.

Les enveloppes circumstellaires autour des géantes rouges s'établissent pendant de longues périodes qui peuvent durer jusqu'à 10^6 ans. Elles peuvent donc être étendues (~1pc, peut-être plus) et nous avons besoin de différents traceurs complémentaires pour décrire leurs propriétés globales. Je présente dans cette étude un programme conçu pour examiner les propriétés de la matière dans les parties externes des enveloppes circumstellaires autour d'étoiles de la Branche Asymptotique des Géantes (AGB) et leur liaison avec les enveloppes internes. Je présenterai donc des observations HI à 21 cm ainsi que des observations des transitions rotationnelles de la molécule CO pour plusieurs types d'étoiles. Notre interprétation des profils HI observés est que le vent stellaire est freiné par le milieu interstellaire ambiant. Nous avons conçu un modèle sphérique pour tenter de prédire cette émission HI, et je discuterai ses résultats. Dans plusieurs cas, l'émission HI est allongée dans une direction compatible avec le mouvement propre de l'étoile, un phénomène qui est observé de plus en plus couramment et qui pourrait de même s'expliquer dans le cadre d'une interaction avec le milieu local.

Les prédictions théoriques de refroidissement du gaz intra-amas depuis des températures de 10^7 K jusqu'à une phase très froide n'ont jamais été prouvées directement. L'apport des satellites Chandra et XMM-Newton a permis de mieux sonder le centre de certaines de ces grandes structures, où le courant de refroidissement a lieu. Un problème majeur est la question du devenir du gaz refroidi. Le travail présenté ici est la détection de gaz moléculaire au centre de plusieurs amas de galaxies, obtenues avec le télescope de 30m de l'IRAM. Ces détections vont dans le sens d'une possible identification du composant froid directement issu du courant de refroidissement. La quantité de gaz moléculaire estimée reste toutefois encore inférieure à ce que prévoient les taux de déposition de masse déduits de l'émission du gaz chaud. Afin de mieux comprendre l'origine de ce composant froid, une étude plus précise d'un amas particulier : Abell 1795 a été menée. L'analyse spectrale des données X du satellite Chandra a permis de dériver des propriétés importantes du gaz chaud (température, abondance, colonne densité, taux de déposition de masse). Pour comprendre le lien entre le gaz moléculaire et le courant de refroidissement, des observations en CO(1-0) et CO(2-1) d'Abell 1795 ont été menées avec l'interféromètre du Plateau de Bure (IRAM). La morphologie et la dynamique du gaz froid sont apparemment associées à celles des composants plus chauds. Ces observations sont donc compatibles avec un refroidissement du gaz jusqu'à très basse température, fournissant un réservoir de matière disponible pour nourrir la formation stellaire effectivement active au centre de l'amas. De nouvelles contraintes observationnelles sont maintenant envisagées (Plateau de Bure, VLT) sur un plus large échantillon pour tenter de comprendre plus clairement la place du gaz moléculaire, dans un scénario de courant de refroidissement où les processus de réchauffement sont certainement actifs.

L'étalonnage des instruments dédiés à l'observation de la Terre et du Cosmos est l'une des clefs d'un retour scientifique maximal de ces missions. <br> La première partie de cette thèse est consacrée à la préparation des outils et méthodes d'étalonnage du spectromètre submillimétrique HIFI embarqué à bord du satellite Herschel en 2007. Le premier aspect traite de l'étalonnage des données et de leur conversion en une échelle scientifique. Nous recensons dans un premier temps les besoins de l'étalonnage en vol et identifions les étalons primaires et secondaires. Nous établissons alors une liste de candidats potentiels, complétée par une campagne d'observations préparatoires au sol. Un schéma d'étalonnage interne fondé sur deux charges embarquées est étudié et nous présentons un premier bilan d'erreur. Nous montrons que cette approche n'est a priori pas adaptée aux conditions spatiales et donnons les premiers éléments d'une technique plus adéquate. Le second aspect s'intéresse à l'étalonnage de l'instrument proprement dit. Nous analysons les besoins de la campagne de mesures en laboratoire du premier prototype de HIFI, et proposons un système original afin d'étalonner divers paramètres au sol. Nous montrons également l'importance d'une modélisation instrumentale et présentons une description des systèmes d'ondes stationnaires susceptibles d'affecter les données de HIFI. <br> La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude de coeurs denses galactiques détectés dans l'infrarouge moyen par le satellite ISO. Nous montrons que ces objets appartiennent à une population nouvelle de condensations massives (M > 1000 Masses solaires) et froides (8 < T < 25 K) associées à des nuages moléculaires géants. L'analyse indique des extinctions dans le visible supérieures à 50, et suggère que des phénomènes de collage sur les grain affectent la plupart des espèces moléculaires. Nous montrons que ces objets sont probablement fragementés, et qu'ils sont susceptibles, ou ont déjà initié la formation d'étoiles massives en leur sein.

Décrire théoriquement l'activité chimique complexe du milieu interstellaire et calculer les abondances moléculaires qui en découlent, est un des aspects d'une étude globale d'un milieu qui présente des conditions physiques totalement étrangères aux possibilités terrestres. Nous avons mis au point un code informatique automatique qui résoud les équations cinétiques de la chimie couplées au calcul des taux de photodestruction des espèces moléculaires exposées au champ de rayonnement UV interstellaire. Dans le cas d'un nuage interstellaire l'hypothèse d'équilibre chimique a été adoptée, dans le cas d'une enveloppe circumstellaire en expansion un globule de matière est suivi au cours de son périple dans un formalisme Lagrangien. L'utilisation de ce code numérique ainsi que des observations millimétriques effectuées sur POM-1 à l'Observatoire de Bordeaux et sur l'antenne de 30 mètres de l'IRAM à Pico Veleta en Espagne, ont permis - d'étudier la corrélation 13CO/Av dans deux nuages sombres (L1506 et L1529) du complexe du Taureau et de discuter les variations d'abondance des isotopes de CO à travers toute la région Taureau-Persée; - de modéliser le nuage moléculaire qui se trouve sur la ligne de visée de l'étoile HD 29647 dans Heiles Cloud 2, et qui est un nuage intermédiaire entre le milieu diffus et les nuages moléculaires denses ; - d'étudier la chimie de l'azote dans les enveloppes circumstellaires oxygénées, sur la base de nouvelles détections de HCN dans des étoiles OH/IR géantes ou supergéantes.

Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) pour les applications spatiales en astrophysique et cosmologie a été développé au cours de cette thèse. Cette catégorie de circuits demande des bandes passantes très larges, de très hautes fréquences d'échantillonnage et une faible résolution. L’architecture flash a été retenue pour sa rapidité et sa bande passante. La fréquence d’échantillonnage est de 8GHz. La technologie utilisée est la CMOS 65 nm de chez STMicroeletronics. La conception a été faite en deux phases. Une première qui a amené à un prototype d'un échantillonneur-bloqueur et une deuxième qui a amené au CAN. Les deux prototypes ont été caractérisés et à partir de ces résultats des perspectives d'amélioration pour les nouvelles implémentations ont été retrouvées.Pour atteindre l'objectif final du CAN multi-bits (6-bit sont visés) il a été décidé de dessiner une première version du CAN avec la moitié de la résolution initialement prévue (on passe de 6-bit à 3-bit). L'objectif est de nous permettre d’analyser le comportement des blocs fonctionnels intégrés et ensuite passer à une deuxième voire troisième version pour remplir le cahier des charges initial. / An Analog-to-Digital Converter (ADC) has been developed for astrophysical and cosmological applications. This class of circuits demands, especially in the millimeter wavelength domain, ultra wide bandwidths, ultra high sampling frequencies and a low resolution. The “flash” architecture has been chosen for its speed and bandwidth. This ADC samples at 8Gsps and it has been fabricated in 65nm CMOS technology from STMicroelectornics.The design has been done in two steps. The first was the prototype of a track-and-hold circuit. The second was the ADC. Both circuits have been characterized and from these results some perspectives for further improvements have been proposed.In order to achieve the final goal of the multi-bit ADC (6-bit resolution) we have decided to design a first prototype with half the final resolution, namely a 3-bit resolution ADC. Our idea was, with this first prototype, to conduct a first analysis of the behavior of the integrated functional blocks and, consequently, find the correct improvements required for the ADC final version.

La première partie de ce travail concerne la recherche de nouvelles molécules interstellaires et circumstellaires. Après une description des divers hamiltoniens utilisés pour le calcul des fréquences des spectres moléculaires dans le domaine des ondes millimétriques,elle expose la recherche et la détection de nouvelles molécules, à l'aide d'observations réalisées avec le radiotélescope de 30m de l 'IRAM, ainsi que la couverture spectrale, effectuée à 2mm et 3mm, de l'émission de l'enveloppe circumstellaire IRC+ 10216. La deuxième partie de ce travail est consacrée à la détermination de rapports d'abondances isotopiques dans des enveloppes circumstellaires de Géantes Rouges, à partir d'observations millimétriques de raies moléculaires. Les rapports isotopiques du carbone, de l'azote, du soufre et du silicium sont mesurés dans l'enveloppe d'une étoile carbonée, IRC+10216; ceux du carbone, dans quatre enveloppes d'étoiles de type J (Y CVn, RY Dra, T Lyr, et WZ Cas); ceux de l'oxygène, dans deux étoiles carbonées (CIT6 et IRC+10216), deux pre-nébuleuses planétaires (CRL618 et CRL2688) et une nébuleuse planétaire (NGC7027). Les rapports isotopiques ainsi mesurés sont comparés aux valeurs déduites d'observations infrarouge, ainsi qu'aux prédictions des modèles théoriques des processus de nucléosynthèse et de mélange dans les étoiles de type Géantes Rouges.