La naissance des étoiles massives est aujourd’hui encore mal comprise. En particulier, les conditions initiales de leur formation restent largement inconnues. Pour éclairer cette question, nous avons réalisé un relevé spectral complet non biaisé avec le télescope 30 m de l’IRAM vers la protoétoile massive CygX-N63 (M ~ 58 M◦ et L~ 340 L◦). Nous avons mis en évidence une complexité moléculaire significative avec plus de 40 espèces. L’ion CF+ est observé pour la première fois dans une protoétoile. Une possible première détection de l’espèce prébiotique CH2NH dans une protoétoile est aussi proposée, ainsi qu’une première détection de DOCO+. Cette étude spectroscopique, accompagnée d’observations interférométriques avec le Plateau de Bure, permet de séparer la contribution des différentes régions : enveloppe froide, région tiède, région de type hot core et flot bipolaire. L’enveloppe est constituée d’une grande quantité de gaz froid peu évolué, offrant un potentiel important pour la compréhension des phases précoces de la formation stellaire massive et compatible avec un scénario d’effondrement monolithique. La modélisation chimique montre que la chimie de ce gaz est encore hors équilibre, malgré sa haute densité, et confirme la jeunesse de la protoétoile avec un âge chimique de seulement ~ 1000 ans. N63 est un précurseur de hot core plutôt qu’un hot corino massif. Il serait donc possible de distinguer, grâce à des diagnostics chimiques évolutifs, les précurseurs d’étoiles massives des protoétoiles de masse faible ou ntermédiaire. / High-mass star formation is still poorly understood. In particular the initial conditions of their formation are unknown. To explore this question, a complete unbiased spectral survey was conducted with the IRAM 30 m telescope toward the massive protostar CygX-N63 (M~58 M◦ and L~ 340 L◦). A significant molecular complexity is found, with more than 40 species. The ion CF+ is observed for the first time in a protostar. A possible first detection of the prebiotic species CH2NH in a protostar and a first detection of DOCO+ are proposed. This spectroscopic study, along with Plateau de Bure interferometric observations, allows us to separate the contribution of different regions : cold envelope, lukewarm region, hot corelike region and outflow. The envelope contains large amounts of cold and young gas, which gives us the opportunity to better understand the early phases of massive star formation. The chemical modeling shows that the chemistry is still out of equilibrium, despite its high density, and confirms the youth of the protostar with a chemical age of ~ 1000 years. N63 is a hot core precursor rather than a massive hot corino. The use of chemical diagnostics of the evolution would then allow to distinguish massive star precursors from low-mass or intermediate-mass protostars.

Les futurs instruments dédiés à la recherche d'exoplanètes par vélocimétrie sont nombreux, et toujours plus performants. Cependant cette méthode de détection est indirecte : c'est l'étude de la lumière émise par l'étoile qui donne des renseignements sur les planètes en orbite autour de l'étoile. Dès lors, nous devenons sensibles à l'ensemble des phénomènes affectant le spectre stellaire et produisant un signal en vitesse radiale. L'amplitude de ce signal est intimement liée au niveau d'activité de l'étoile. C'est alors de ce dernier que dépend le seuil de détection planétaire. Ainsi si le nombre et la diversité des mondes extra-solaires découverts ne cessent de croître, les planètes rocheuses semblables à la Terre autour d'étoiles de la séquence principale, ou les planètes en cours de formation dans un système jeune, restent, elles, difficilement accessibles. En effet, ces deux catégories de planètes produisent un signal de vitesse radiale de quelques m/s et quelques centaines de m/s, respectivement, soit souvent inférieurs aux signaux d'activité produits par les étoiles. Des efforts sont actuellement faits pour s'affranchir de cette limitation et modéliser ces signaux stellaires. L'idée principale développée au cours de la thèse part d'un constat simple : une part importante de phénomènes d'activité stellaire a une origine magnétique. Il s'agit donc d'étudier comment tirer profit de l'étude du champ magnétique stellaire et des processus d'imagerie développés pour cartographier la surface des étoiles, tels que l'imagerie Zeeman-Doppler. Cette étude s'est faite à partir d'observations spectropolarimétriques d'un échantillon d'étoiles de type M faiblement actives, et d'étoiles jeunes et actives de type T Tauri. Avec l'imagerie, en adaptant au mieux la description de l'activité à la surface de l'étoile au type d'étoile ciblé, nous pouvons accéder à la distribution des zones actives à la surface de l'étoile, et ainsi modéliser les signaux induits par l'étoile elle-même. Les courbes de vitesse radiale peuvent alors être nettoyées de ce signal parasite. Les premiers tests se sont révélés concluants : ce filtrage des données de vitesse radiale est possible jusqu'à un niveau proche de celui du bruit des données, et ce d'autant plus aisément que le niveau d'activité est important. / Forthcoming instruments dedicated to exoplanets detection through the radial velocity method are numerous, and increasingly more accurate. However this method is indirect: orbiting planets are detected and characterised from variations on the spectrum of the host star. We are therefore sensitive to all activity phenomena impacting the spectrum and producing a radial velocity signal (pulsation, granulation, spots, magnetic cycle...). The detection of rocky Earth-like planets around main-sequence stars, and of hot Jupiters into young systems, are currently limited by the intrinsic magnetic activity of the host stars. The radial velocity fluctuations caused by activity (activity jitter) can easily mimic and hide signals from such planets, whose amplitude is of a few m/s and hundreds of m/s, respectively. As a result, the detection threshold of exoplanets is largely set by the stellar activity level. Currently, efforts are invested to overcome this intrinsic limitation. During my PhD, I studied how to take advantage of imaging tomographic techniques (Zeeman-Doppler imaging, ZDI) to characterize stellar activity and magnetic field topologies, ultimately allowing us to filter out the activity jitter. My work is based on spectropolarimetric observations of a sample of weakly-active M-dwarfs, and young active T Tauri stars. Using a modified version of ZDI, we are able to reconstruct the distribution of active regions, and then model the induced stellar signal allowing us to clean RV curves from the activity jitter. First tests demonstrate that this technique can be efficient enough to recover the planet signal, especially for the more active ones.

Cette thèse contribue au développement de diverses méthodes permettant la détermination des paramètres stellaires fondamentaux (température effective, gravité de surface et "métallicité" i.e., la composition chimique globale), ainsi que de la vitesse de rotation projetée (vsini), à partir de l'analyse de spectres à haute résolution. Plusieurs méthodes seront présentées, et leurs performances respectives en terme d'extraction des paramètres fondamentaux seront discutées. Nous mettrons en particulier l'accent sur une mise en œuvre originale de la méthode dite Sliced Inverse Regression (SIR, Watson et al. 2017). / This thesis contributes to the development of various methods for the determination of the stellar fundamental parameters (effective temperature, surface gravity and "metallicity" ie, the overall chemical composition), as well as the projected rotation speed (vsini), from the analysis of high resolution spectra. Several methods will be presented, and their respective performances in terms of extraction of the fundamental parameters will be discussed. In particular, we will focus on an original implementation of the Sliced Inverse Regression method (SIR, Watson et al., 2017).

Les étoiles de masse intermédiaire (2M⊙ ≤ M ≤ 10M⊙) sont parmi les sources dominantes du champ interstellaire FUV dans la Galaxie. Elles régulent les phases du milieu interstellaire et l’ensemble des processus de formation stellaire galactique. Alors que les protoétoiles de type solaire et massives ont été et continuent à faire l’objet de nombreuses études, la formation des étoiles intermédiaires a été relativement peu étudiée. Leur structure physique, composition chimique et leur richesse moléculaire sont un domaine à explorer.L’objectif de ma thèse est d’obtenir un recensement détaillé et aussi complète que possible des propriétés physico-chimiques d’une protoétoile isolée de masse intermédiaire. Notre choix s’est porté sur Cep E-mm (100 L⊙).J’ai pour cela complété un relevé spectral de l’émission moléculaire dans les bandes (sub)millimétriques entre 72 et 350 GHz avec le télescope de 30m de l’IRAM. La sensibilité des observations a permis d’identifier la présence de nombreuses molécules complexes organiques (COMs) dans l’enveloppe de la protoétoile, mais aussi, plusieurs espèces moléculaires inhabituelles dans le jet généré par la protoétoile. Des observations complémentaires avec le télescope de 30m ont permis de cartographier l’émission moléculaire à grande échelle (20’’ à 11’’ ; 15000 à 8000 UA). En parallèle, des cartes interférométriques de l’émission moléculaire entre 86 – 90 GHz et 216 – 220 GHz ont été obtenues avec l’interféromètre de l’IRAM (NOEMA) à 1.4’’ (1000 UA) de résolution angulaire. Ces observations m’ont permis d’obtenir une première description de la distribution de l’émission moléculaire au sein de l’enveloppe, des grandes échelles, dans les parties extérieures de l’enveloppe étendue, aux petites échelles dans la région d’un hot corino. Les études présentées ici ont suivi un travail méticuleux de réduction et d’analyse des données, single-dish et interférométriques. Plus précisément, j’ai identifié et séparé les contributions à l’émission détectée dans le lobe du télescope de 30m de l’IRAM des différentes régions physiques du cœur protostellaire. De ce fait, j’ai identifié et caractérisé quatre composantes physiques qui diffèrent par leurs propriétés spectroscopiques et leurs conditions d’excitation : l’enveloppe étendue, le hot corino, le flot bipolaire basse vitesse et le jet à haute vitesse. Enfin, l’anisotropie de la distribution de brillance du flot et du jet bipolaire ne peut pas être modélisée par l’approche ‘’classique’’ d’une source gaussienne. J’ai développé des outils spécifiques semi-analytiques pour calculer de manière approchée, et plus raisonnable, le couplage entre le lobe du télescope et la source. / Intermediate-mass stars (2 M⊙ ≤ M ≤ 10 M⊙) are among the dominant sources of FUV interstellar field in the Galaxy. They regulate the phases of interstellar medium and the whole process of galactic star formation. While solar-type and massive protostars have been and continue to be the subject of many studies, the formation of intermediate stars has been relatively little studied. Their physical structure, chemical composition and molecular richness are still a subject to explore.The aim of my thesis is to obtain a detailed census, as complete as possible ,of the physical and chemical structure of an isolated intermediate-mass protostar: Cep E-mm (100 L⊙).I have completed a spectral survey of the molecular emission in the (sub)millimetre bands between 72 and 350 GHz with IRAM 30m telescope. The sensitivity of the observations made it possible to identify the presence of numerous complex organic molecules (COMs) in the protostar envelope, but also several unusual molecular species in the protostellar jet. Additionally, further observations with the IRAM 30m telescope made it possible to map the molecular emission at large scale (20’’ to 11’’; 15000 to 8000 AU). In parallel, interferometric maps of the molecular emission between 86 – 90 GHz and 216 – 220 GHz were obtained with NOEMA, the IRAM interferometer, at 1.4’’ (1000 AU) of angular resolution. These observations allowed me to obtain the distribution of molecular emission within the source, from large scales in the outer parts of the extended envelope, to the small scales in the hot corino region. The single-dish and interferometric observations were reduced and analysed in a meticulous manner. More precisely, I identified and separated the molecular emission contribution from the different physical regions as observed with the IRAM 30m telescope. I have identified and characterized fours physical components that differ in their spectroscopic properties and excitation conditions: the extended envelope, the hot corino, the bipolar outflow and the high-velocity jet. Finally, the anisotropy of the brightness distribution from the outflow system cannot be modelled by the “classical” Gaussian approach. I have developed specific tools to estimate, in a semi-analytical manner, the coupling between the telescope lobe and the source.

Les étoiles se forment dans les nuages moléculaires, lorsque ceux-ci s'effondrent et se fragmentent pour former ce que l'on appelle des coeurs denses protostellaires. Ces coeurs denses sont ensuite susceptibles de se contracter sous l'effet de leur propre masse, et de former de jeunes proto-étoiles, qui évoluent en accrétant leur matériel circumstellaire jusqu'à atteindre la séquence principale. L'objectif principal de cette thèse a été d'étudier la formation et la fragmentation des coeurs denses protostellaires. Pour cela, deux études principales, présentées dans ce manuscrit, ont été menées. La première a consisté à étudier la formation des coeurs protostellaires, en quantifiant l'influence des flots protostellaires sur la formation stellaire en amas. Grâce à une étude des flots protostellaires générés par les objets stellaires jeunes en formation dans le proto-amas NGC 2264-C, nous montrons que les flots protostellaires peuvent jouer un rôle important en tant que progéniteurs de turbulence dans les régions de formation stellaire en amas, bien qu'ils semblent incapables de modifier significativement les processus d'effondrement global à l'échelle de la plupart des clumps. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à la question de la formation des systèmes multiples par fragmentation des cœurs protostellaires, en sondant la multiplicité des proto-étoiles les plus jeunes. Notre étude suggère que le taux de multiplicité aux petites échelles des proto-étoiles augmente au cours de leur évolution, et favorise des scénarios dynamiques de formation des systèmes multiples. Enfin, nos résultats favorisent les scénarios magnétiques pour les stades précoces de la formation des proto-étoiles.

Nous passons en revue les problèmes actuels de la physique solaire et de la météorologie de l'espace (Space Weather) pour montrer à quel point il est important de comprendre le comportement et l'origine du champ magnétique de la couronne solaire qui émerge à travers la chromosphère. Il est montré que les modèles hydrostatiques à 1D sont insuffisants pour décrire l'extension de la chromosphère au delà de 2Mm et les modèles empiriques sont encore loin d'expliquer ce phénomène. Toutes les méthodes classiques essayées pour mesurer l'épaisseur et la forme de la chromosphère sont soigneusement analysées, en particulier les méthodes absolues qui utilisent le disque entier du Soleil observés dans les raies chromosphériques. Les principales sources de distorsions dues aux instruments et à l'atmosphère terrestre sont étudiées et des valeurs numériques de l'effet de la réfraction différentielle R.D. sont données, ainsi que les paramètres pour effectuer les observations du bord solaire. Des mesures précises des variations de l'épaisseur de la chromosphère sont analysées en utilisant toutes les observations disponibles (en dehors des régions actives), y compris quelques données originales mais limitées obtenues avec le meilleur coronographe de l'Observatoire NSO - Sacramento Peak au Nouveau-Mexique (USA). Nous présentons de nouvelles valeurs de l'épaisseur de la chromosphère solaire en utilisant une méthode relative pour le minimum et pour le maximum du cycle des taches solaires, prouvant que l'ovalisation de la chromosphère solaire varie et que son origine est magnétique. Dans l'avenir pour collecter plus de données systématiques, un instrument efficace a été développé au Laboratoire Solaire de l'Université de Luanda est ici décrit et quelques résultats du prototype sont illustrés.

L'interférométrie est une technique puissante pour l'étude des étoiles, car elle permet de résoudre leur disque apparent. Je présente dans ce mémoire une application de l'interférométrie à trois types d'étoiles: les Céphéides, les étoiles de la séquence principale et les étoiles en rotation rapide. Les Céphéides sont une célèbre classe d'étoiles supergéantes pulsantes. Elles sont largement utilisées comme étalons de distance, grâce à leurs relations période-luminosité. L'interférométrie permet d'appliquer une version améliorée de la méthode Baade-Wesselink pour mesurer la distance des Céphéides, et ainsi d'étalonner les relations période-luminosité. Même si cette méthode est potentiellement très précise, plusieurs points sont critiques dans son application, en particulier le facteur de projection. Les étoiles de la séquence principale (SP) sont de loin la classe la plus nombreuse de l'Univers, toutes les étoiles passant la majorité de leur existence sous forme de naines. J'ai utilisé l'interférométrie sur une large gamme d'étoiles de la SP, depuis les étoiles de très faible masse (Proxima) jusqu'aux étoiles chaudes. En particulier, j'ai réalisé la première utilisation combinée de contraintes interférométriques et astérosismiques pour la modélisation des étoiles (alpha Centauri, etc...). Dans une troisième partie, je décris nos résultats récents sur les étoiles en rotation rapide. Du fait de l'importante force centrifuge à l'équateur, la photosphère de ces étoiles est déformée. L'interférométrie nous a permis d'observer directement ces déformations sur trois étoiles brillantes en rotation rapide: Altaïr, Achernar et Véga.

L'observation de rotateurs lents dans les régions de formation d'étoiles reste une énigme car il faut une évacuation efficace du moment cinétique due à l'accrétion sur ces étoiles, qui sont de plus en contraction. L'interaction de leur champ magnétique avec un disque est alors une solution possible à ce problème. Après avoir fait le bilan des contraintes observationnelles et théoriques, on la modélise avec un champ magnétique dipolaire et un disque incluant les effets dissipatifs. On effectue alors des simulations numériques avec le code VAC.<br />Le premier objectif de cette thèse est de ré-examiner les conditions nécessaires pour détourner l'écoulement du disque dans une colonne d'accrétion. Un nouveau critère analytique et prédictif est obtenu pour trouver la position de troncation du disque par la magnétosphère et on montre l'importance du gradient de pression thermique dans le disque. La physique des colonnes d'accrétion est expliquée en détail. On confirme les résultats numériques de Romanova et al. (2002, ApJ, 578) pour un champ magnétique faible (140G) et de faible taux d'accrétion (10^{-9} Msol par an). On ne trouve pas de vent de disque ou de vent X, et l'étoile est accélérée par l'interaction avec son disque dans le cas où on a un rotateur lent. <br />Le deuxième but est de tester la robustesse de l'accrétion magnétosphérique en variant le champ magnétique et la vitesse de rotation de l'étoile ainsi que l'importance des effets dissipatifs. Les colonnes d'accrétion sont toujours présentes avec des oscillations en présence de viscosité. Le taux d'accrétion sur l'étoile diminue quand son champ magnétique ou sa vitesse de rotation augmente, ce qui réduit l'apport de moment cinétique à sa surface. Pourtant, on ne trouve pas un état où la rotation de l'étoile est fixée à une faible valeur par la présence du disque. Un vent stellaire est une autre façon de la freiner comme on le voit dans nos simulations.

On a tout lieu de croire que les oscillations acoustiques du Soleil, qui sont sujettes à différents mécanismes complexes d'amortissement, sont excitées stochastiquement par les mouvements incohérents de matière dans la zone convective.<br />Ces mouvements turbulents sont à l'origine d'une puissance acoustique injectée dans les oscillations et en assurent la survie. On désigne alors par oscillations de type solaire des oscillations acoustiques excitées par ce mécanisme, elles concernent les étoiles de masse intermédiaire dotées d'une zone convective supérieure.<br />Pour peu que des mesures précises d'amplitude et d'amortissement soient disponibles il est possible d'évaluer cette puissance acoustique et de contraindre la physique du phénomène.<br />Dans ce travail les bases de cette théorie ont été reconsidérées : les inconsistances ont été identifiée et supprimées et les controverses entre les auteurs précédents résolues. Il en résulte une nouvelle formulation qui généralise le traitement de la turbulence. <br />Le terme d'advection des fluctuations turbulentes de l'entropie par le champ de vitesse est identifiée comme la source d'excitation dominant largement la source liée au stress de Reynolds. <br />Les études quantitatives effectuées pour un modèle du Soleil et de Procyon ont révélé la grande sensibilité aux paramètres libres, introduits dans la théorie, ainsi qu'à la modélisation de la turbulence. L'application de cette formulation à des étoiles de masse intermédiaire ( 1 M o< M < 2 Mo) de la séquence principale a mis en évidence des effets systématiques relatifs aux paramètres stellaires : plus l'étoile est chaude plus la sensibilité au spectre de turbulence est exacerbée et plus elles sont porteuses d'information. <br />La future mission spatiale COROT devrait collecter des données de haute qualité sur ce type d'étoile. Dans cette perspective et pour optimiser le retour scientifique nous avons développé un modèle numérique de la chaîne photométrique de l'instrument. Ce modèle nous a permis d'apprécier la réponse de l'instrument que nous avons alors convolué avec nos estimations des puissances. <br />On établit que les hautes performances de COROT devraient être capables de nous fournir les contraintes observationnelles sur la théorie développée dans le présent travail.

Ce travail de thèse, s'intéresse dans deux parties distinctes à deux thématiques astrophysiques indépendantes : i) certains aspects de la formation stellaire sont traités dans une première partie, alors que la seconde, plus modeste, s'intéresse au rayonnement cosmique.<br /><br />Lorsqu'une étoile se forme, alors que l'accrétion sur l'objet central se poursuit, de gigantesques éjections de matière se produisent sous forme de jets et flots moléculaires bipolaires. Après une<br />introduction donnant une vision globale de tous les éléments <br />impliqués dans la formation stellaire, nous présentons les modèles "standards" pour les flots moléculaires. Dans un<br />troisième temps, nous construisons un modèle alternatif et complémentaire aux approches standards~: le modèle de transit. Il s'agit d'un modèle MHD, autosimilaire et qui considère le renversement d'un partie de l'écoulement lorsque le gaz en chute <br />approche de l'objet central. Les résultats montrent notamment que le modèle permet de rendre compte des taux de masses observés lors de la formation des étoiles massives, taux que les modèles standards atteignent difficilement. Le modèle est étudié de façon <br />extensive grâce à une exploration Monte Carlo de l'espace des paramètres et la mise en évidence de deux grandes familles de solutions. Le modèle de transit donne une description à grande échelle de l'environnement proto-stellaire et montre une forte structuration du milieu autant en densité qu'en vitesse. C'est dans un tel milieu que le jet issu du disque d'accrétion se propage, et une étude numérique préliminaire de cette propagation montre que la morphologie et la cinématique du jet est fortement affectée par le milieu ambiant. Nous en déduisons l'importance d'avoir un bonne description de ce dernier et la nécessité de ne pas se contenter des milieux "uniformes et au repos" généralement considérés. <br /><br />La seconde partie est consacrée à la partie nucléaire du rayonnement cosmique Galactique. Ce "rayonnement" est constitué de noyaux qui se sont propagés dans la Galaxie et son halo diffusif, après avoir été accélérés dans les chocs de supernovae. Certains de ces noyaux atteignent la Terre où ils<br />sont détectés. Comprendre la propagation de ces noyaux est essentiel pour remonter, à partir des mesures, aux abondances des noyaux dans les sources. Dans ce travail, nous nous intéressons spécifiquement au cas des noyaux lourds, en connection avec l'expérience UHCRE, et regardons comment la structure locale de la Galaxie, la "bulle locale", affecte la propagation des lourds. Nous trouvons que la sous-densité locale du voisinnage solaire joue effectivement un rôle dans la détermination des abondances sources et que l'effet tend à réduire les différences entre les abondances sources et les abondances solaires des noyaux. Nous donnons enfin dans un dernier chapitre quelques perspectives pour la poursuite de cette étude.