Les interactions non linéaires entre modes de pulsation, induisant des modulations d'amplitude et de fréquence, sont difficiles à mettre en évidence avec les télescopes au sol en raison des temps caractéristiques en jeu, de l'ordre de la semaine, du mois, ou même de l'année. L'avènement des télescopes spatiaux comme KEPLER (opéré par la NASA) a considérablement changé la donne en apportant de nouvelles données pour ce domaine de recherche. Dans cette thèse, nous analysons les données photométriques obtenues avec KEPLER pour 24 étoiles compactes pulsantes, incluant 18 étoiles sous-naines de type B (sdB) et 6 naines blanches. Nous établissons que les modulations d'amplitude et de fréquence des modes d'oscillation sont un phénomène courant dans ces étoiles. Nous étudions en particulier deux étoiles : KIC 0862602, une naine blanche pulsante de type DB, et KIC 10139564, une étoile sdB variable à courtes périodes. KIC 0862602 et KIC 10139564 ont été observées sans interruption par KEPLER en cadence rapide pendant deux années pour la première et plus de trois ans pour la seconde. En analysant en détail ces données photométriques de très haute précision, nous mettons en évidence différents types de comportements affectant les composantes de triplets induits par la rotation stellaire. Les fréquences et amplitudes de ces modes montrent des variations soi périodiques soi irrégulières, ou demeurent constantes. Ces comportements peuvent être connectés à ceux prédits par les équations d'amplitude dans le cas de couplages non linéaires résonants entre modes, en particulier pour les temps caractéristiques des modulations. De plus, nous montrons que les modes en résonance constituant les triplets peuvent également interagir avec des modes extérieurs par le biais d'autres formes de résonances telle que la résonance à trois modes v 0 ~ v 1 + v 2 , une situation qui n'est pas prise en compte dans le cadre théorique existant. Ces études apportent pour la première fois une preuve claire de l'existence de mécanismes de couplages non linéaires entre modes d'oscillations dans les pulsateurs compacts. Cette découverte résonne comme un avertissement pour les projets visant à mesurer les taux de changement des périodes dus à l'évolution dans les étoiles compactes en général. Les modulations de fréquence d'origine non linéaire peuvent potentiellement empêcher toute mesure fiable de ces taux, à moins de corriger ces effets auparavant. Les modulations observées caractérisées dans cette thèse apportent un regard nouveau sur "l'astérosismologie non linéaire" et appellent à revisiter les méthodes d'analyse des courbes de lumière pour en extraire les modes d'amplitude et de fréquence variables. Dans un futur proche, nous anticipons davantage d'attention portée à ces phénomènes non inéaires dans différents types d'étoiles pulsantes observées depuis l'espace, ainsi qu'un regain d'intérêt pour la théorie non linéaire des oscillations stellaires en général. / Nonlinear mode interactions, inducing amplitude and frequency modulations, are difficult to observe from ground-based telescopes as these typical timescales of the modulations are of the order of weeks, months, or even years. The launch of space telescopes such as Kepler (operated by NASA) has tremendously changed the situation by providing new data for this research field. In this thesis, we analyze the Kepler photometric data observed for 24 compact pulsators, including 18 hot B subdwarf (sdB) stars and six white dwarf stars. We find that it is a common phenomenon that oscillation modes in these pulsating stars show amplitude and/or frequency variations. We focus in particular on two stars, KIC 08626021, a DB white dwarf, and KIC 10139564, a short period sdB star. KIC 08626021 and KIC 10139564 have been monitored by Kepler in short-cadence mode for nearly two years and more than three years without interruption, respectively. By analyzing in depth these high-quality photometric data, we find that the modes within triplets induced by rotation clearly reveal different types of behaviors : their frequency and amplitude may exhibit either periodic or irregular modulations, or remain constant. These various behaviors can be linked to those predicted within the amplitude equation formalism in the case of the nonlinear resonant mode coupling mechanism, particularly for the modulation timescales. Furthermore, we find that the triplet resonance modes can also interact with outside modes through other types of resonances such as the three-mode resonance v 0 ~ v 1 + v 2 , which is not considered within the current nonlinear theoretical frameworks. These findings constitute the first clear evidence of nonlinear resonant mode couplings occurring in compact pulsators. This should resonate as a warning to projects aiming at measuring the evolutionary change rate of pulsation periods in compact stars in general. Nonlinear modulations of the frequencies can potentially jeopardize any attempt to measure reliably such rates, unless they can be corrected beforehand. The observed modulations characterized in this thesis provide new insights to "nonlinear asteroseismology" and call for new methods to process the signals of variable modes from the observed light curves. We foresee that increasing attention will focus on these nonlinear phenomena in various types of pulsating stars observed from space in the near future, thus reviving interest in the nonlinear oscillation theory in general.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les étoiles de petite masse (naines M) forment la composante stellaire dominante de notre galaxie et contribuent à la majeure partie de la matière baryonique dans la galaxie. Notre compréhension de la galaxie repose donc sur la connaissance de cette composante peu lumineuse. Par ailleurs, un nombre grandissant d’exoplanètes sont découverte autour de naines M, y compris des super-terres. L’étude des naines M a ainsi des implications importantes sur la physique stellaire, permettant de comprendre les processus en jeu dans ces atmosphères froides. Ces astres restent cependant peu connus du fait de leur faible luminosité intrinsèque. La description de ces étoiles nécessite une validation empirique fort, notamment en ce qui concerne les effets de l’abondance chimique sur la physique des atmosphères froides.Le but de cette thèse est de déterminer les paramètres fondamentaux des naines M et de tester les modèles d’atmosphères d’étoiles froides.Dans la première partie nous comparons des spectres calibrés dans le visible et l’infrarouge des composantes de système triple LHS 1070 avec des spectres synthétiques. Cette étude permet d’améliorer notre compréhension de la formation de la poussière dans les atmosphères très froides. Ce travail est étendu à un échantillon de naines M et permet de déterminer l’échelle de température des naines M. La seconde partie présente l’analyse des spectres à haute résolution de 21 naines M de faible métallicité (sous naines). Nous analysons en détail les signature moléculaires et atomiques dans le spectre. La comparaison avec des spectres synthétiques permet de mesurer les paramètres stellaires des étoiles et de déterminer avec précision leur métallicité. Ce travail doit initier des recherches futures. En particulier nous voulons étendre cette étude dans le domaine proche-infrarouge pour s’assurer que les résultats obtenus sont cohérents du domaine optique jusqu’à l’infrarouge proche. / Very Low-Mass stars (M dwarfs) are an important source of information for probing the lowmass end of the main sequence, down to the hydrogen burning limit. They are the dominantstellar component of the Galaxy and make up the majority of baryonic matter in the Galaxy.Moreover, an increasing number of M dwarfs are now known to host exoplanets, includingsuper-Earth exoplanets. The determination of accurate fundamental parameters for M dwarfshas therefore relevant implications for both stellar and Galactic astronomy as well as planetology.Despite their large number in the Galaxy, M dwarfs remain elusive objects and themodelling of their photosphere has long remained a challenge (molecular opacities, dust cloudformation). The description of these stars therefore need a strong empirical basis, or validation.In particular, the effect of metallicity on the physics of cool atmospheres are still poorly known,even for early-type M-dwarfs.[...]

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude des étoiles de la branche horizontale extrême par les outils de l'astérosismologie, en interprétant les variations de luminosité que présentent certaines d'entre elles pour modéliser leur structure interne. Les étoiles de la branche horizontale extrême, chaudes et compactes, représentent un état avancé de l'évolution stellaire, après la vie sur la séquence principale et la première branche des géantes rouges. La première partie de ce travail démontre la validité de la méthode utilisée pour l'astérosismologie, en confirmant les résultats obtenus par des techniques indépendantes. Dans la deuxième partie, l'introduction des effets de la rotation stellaire dans les codes de pulsation et de diagnostic sismique permet d'étudier la dynamique interne des étoiles de la branche horizontale extrême, en particulier pour celles appartenant à un système binaire. Pour deux exemples d'une telle configuration, il est démontré que la synchronisation (c'est-à-dire l'égalité entre la période de rotation et la période orbitale) est atteinte dans la majeure partie de l'étoile. Enfin, les étoiles présentées dans cette thèse doublent l'échantillon actuellement disponible des étoiles de la branche horizontale extrême étudiées par l'astérosismologie. La distribution des paramètres stellaires obtenue peut ainsi être comparée à celles prévues par les théories visant à expliquer la formation de ce type d'objets. Malgré certaines limitations actuelles liées à la taille restreinte de l'échantillon, cette approche illustre le potentiel de l'astérosismologie pour apporter des contraintes nouvelles aux théories d'évolution stellaire.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nous présentons nos grilles de modèles d'atmosphères pour les étoiles sous-naines chaudes de type O (sdO) soit : des modèles classiques hors-ETL H, He, des modèles hors-ETL avec, en plus, du C, N, O et finalement des modèles incluant C, N, O, Fe. En utilisant les raies de Balmer et d'hélium dans le domaine du visible, nous avons fait des comparaisons entre les spectres théoriques de nos différentes grilles afin de caractériser les effets des métaux. On trouve que ces effets dépendent à la fois de la température et de la gravité. De plus, l'abondance d'hélium a une influence importante sur les effets des métaux; une abondance d'hélium faible (log N(He)/N(H) < -1,5) occasionne des effets assez importants alors qu'une abondance plus élevée tend à réduire ces mêmes effets. Nous avons aussi trouvé que l'ajout du fer (en abondance solaire) ne cause que des changements relativement faibles à la structure en température et, par le fait même, aux profils des raies d'hydrogène et d'hélium, par rapport aux changements déjà produits par le C, N, O (en abondance solaire). Nous avons utilisé nos grilles pour faire une analyse spectroscopique du spectre à haut signal sur bruit (180) et basse résolution (9 Å) de SDSS J160043.6+074802.9 obtenu au télescope Bok. Notre meilleure ajustement a été obtenu avec notre grille de spectres synthétiques incluant C, N, O et Fe en quantité solaire, menant aux paramètres suivants : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6,09 ± 0,07, and log N(He)/N(H) = -0,64 ± 0,05, où les incertitudes proviennent uniquement de la procédure d'ajustement. Ces paramètres atmosphériques, particulièrement la valeur de l'abondance d'hélium, placent notre étoile dans une région où les effets des métaux ne sont pas très marqués. / We present our new grids of model atmospheres and spectra for hot subdwarf O (sdO) stars: standard NLTE H+He models with no metals, NLTE line-blanketed models with C+N+O, and NLTE line-blanketed models with C+N+O+Fe. Using hydrogen and helium lines in the optical range, we make detailed comparisons between theoretical spectra of different grids in order to characterize the line blanketing effects of metals. We find these effects to be dependent on both the effective temperature and the surface gravity. Moreover, we find that the helium abundance also influences in an important way the effects of line blanketing on the resulting spectra: a low helium abundance (log N(He)/N(H) < -1.5) leads to relatively large effects, while a high helium abundance tends to reduce their magnitudes. We also find that the addition of Fe (solar abundance) leads only to incremental effects on the atmospheric structure and, hence, on the model line profiles of H and He as compared to the case where the metallicity is defined by C+N+O (solar abundances). We use our grids to perform fits on a 9 Å resolution, high S/N (180) optical spectrum of SDSS J160043.6+074802.9, this (currently) unique pulsating sdO, that we gathered at the Bok Telescope. Our best and most reliable result is based on the fit achieved with NLTE synthetic spectra that include C, N, O, and Fe in solar abundances, leading to the following parameters : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6.09 ± 0.07, and log N(He)/N(H) = -0.64 ± 0.05 (formal fitting errors only). This combination of parameters, particularly the comparatively high helium abundance, implies that line blanketing effects due to metals are not very large in the atmosphere of this sdO star.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Nous présentons nos grilles de modèles d'atmosphères pour les étoiles sous-naines chaudes de type O (sdO) soit : des modèles classiques hors-ETL H, He, des modèles hors-ETL avec, en plus, du C, N, O et finalement des modèles incluant C, N, O, Fe. En utilisant les raies de Balmer et d'hélium dans le domaine du visible, nous avons fait des comparaisons entre les spectres théoriques de nos différentes grilles afin de caractériser les effets des métaux. On trouve que ces effets dépendent à la fois de la température et de la gravité. De plus, l'abondance d'hélium a une influence importante sur les effets des métaux; une abondance d'hélium faible (log N(He)/N(H) < -1,5) occasionne des effets assez importants alors qu'une abondance plus élevée tend à réduire ces mêmes effets. Nous avons aussi trouvé que l'ajout du fer (en abondance solaire) ne cause que des changements relativement faibles à la structure en température et, par le fait même, aux profils des raies d'hydrogène et d'hélium, par rapport aux changements déjà produits par le C, N, O (en abondance solaire). Nous avons utilisé nos grilles pour faire une analyse spectroscopique du spectre à haut signal sur bruit (180) et basse résolution (9 Å) de SDSS J160043.6+074802.9 obtenu au télescope Bok. Notre meilleure ajustement a été obtenu avec notre grille de spectres synthétiques incluant C, N, O et Fe en quantité solaire, menant aux paramètres suivants : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6,09 ± 0,07, and log N(He)/N(H) = -0,64 ± 0,05, où les incertitudes proviennent uniquement de la procédure d'ajustement. Ces paramètres atmosphériques, particulièrement la valeur de l'abondance d'hélium, placent notre étoile dans une région où les effets des métaux ne sont pas très marqués. / We present our new grids of model atmospheres and spectra for hot subdwarf O (sdO) stars: standard NLTE H+He models with no metals, NLTE line-blanketed models with C+N+O, and NLTE line-blanketed models with C+N+O+Fe. Using hydrogen and helium lines in the optical range, we make detailed comparisons between theoretical spectra of different grids in order to characterize the line blanketing effects of metals. We find these effects to be dependent on both the effective temperature and the surface gravity. Moreover, we find that the helium abundance also influences in an important way the effects of line blanketing on the resulting spectra: a low helium abundance (log N(He)/N(H) < -1.5) leads to relatively large effects, while a high helium abundance tends to reduce their magnitudes. We also find that the addition of Fe (solar abundance) leads only to incremental effects on the atmospheric structure and, hence, on the model line profiles of H and He as compared to the case where the metallicity is defined by C+N+O (solar abundances). We use our grids to perform fits on a 9 Å resolution, high S/N (180) optical spectrum of SDSS J160043.6+074802.9, this (currently) unique pulsating sdO, that we gathered at the Bok Telescope. Our best and most reliable result is based on the fit achieved with NLTE synthetic spectra that include C, N, O, and Fe in solar abundances, leading to the following parameters : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6.09 ± 0.07, and log N(He)/N(H) = -0.64 ± 0.05 (formal fitting errors only). This combination of parameters, particularly the comparatively high helium abundance, implies that line blanketing effects due to metals are not very large in the atmosphere of this sdO star.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal