Comprendre le processus de formation stellaire est un objectif majeur en astronomie. Sur ce sujet les observations ne donnent que très peu d'information, et les modèles numériques sont donc naturellement privilégiés. De tels modèles s'attachent à suivre la dynamique du gaz, sous l'effet de processus physique variés, ce qui nécessite un temps de calcul très important et ne permet pas de modéliser l'évolution au delà de 0.2 Myr environ. Or les résultats observationnels sont essentiellement issus du champ galactique proche, des amas évolués, voire des regions jeunes ou associations d'étoiles, dont l'âge peut varier de 1 Myr à quelques Gyr. Par conséquent, il est nécessaire pour comparer les résultats des modèles aux observations de comprendre ce qu'il se passe durant cet intervalle de temps. La formation stellaire tend à produire des étoiles en groupes, à partir de l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire turbulent. A mesure que les étoiles se forment, le gaz est éjecté et l'évolution est dominée par les interactions gravitationnelles. Suivre l'évolution sous l'effet de ces interactions est couramment utilisé afin de contraindre les modèles et de mieux comprendre l'origine des populations stellaires observées. Les étoiles se forment en sous-groupes ou structures hiérarchisées, qui peuvent ensuite fusionner pour donner des amas stellaires proche des amas ouverts, ou au contraire finir en associations distinctes. Dans ma thèse, je me suis intéressé à l'évolution dynamique de petits groupes d'étoiles, jusqu'alors peu étudiés par rapport aux groupes à 1000 ou 10^4 étoiles. J'ai simulé l'évolution de groupes à N < 100, dans le but d'en étudier la dynamique d'un point de vue statistique, grâce notamment au grand nombre de simulations effectuées, et afin d'identifier les signatures observationnelles propres à une situation initiale donnée. A partir d'un grand nombre de configurations initiales (avec N=20, 50, 100, un rayon typique de 0.025 pc à 1 pc) et 500 simulations par configurations, j'ai étudié l'évolution dynamique de groupes composés d'étoiles de même masse ou comprenant un spectre de masse, et sans population de binaire initiale. L'évolution de tels groupes s'est révélée similaire à celle de groupes plus grands, mais avec une phase d'effondrement plus rapide et surtout moins prononcée. Je décris le comportement moyen menant à une lente expansion de l'amas, ainsi qu'une voie d'évolution très différente, apparaissant dans 17% des cas étudiés, où l'amas est complètement dispersé suite à l'éjection d'une binaire centrale serrée. J'ai également recherché dans quelle mesure les données en densité et en vitesse 3D pouvaient permettre d'identifier l'état dynamique initial d'un groupe. L'utilisation de ces seules données suffisait dans certain cas à déterminer la densité initiale, mais elles devraient être complétées par des données concernant la population de binaire. Ce travail pourra être mis en application pour étudier l'origine dynamique d'association ou de groupes stellaires connus. Enfin, j'ai effectué un grand nombre de simulations numériques dans le but de reproduire l'état observé de l'amas eta Chamaeleontis par pure évolution dynamique à partir de conditions initiales standards. Cette association présente des caractéristiques d'amas évolué, telle que son spectre de masse pauvre en objets de faible masse et l'absence de binaires larges. Je montre que ces propriétés ne peuvent pas être reproduites uniquement par la dynamique, et sont donc les traces d'un processus de formation non standard.

La diffusion atomique doit être prise en compte dans les modèles d'évolution stellaire car il s'agit d'une conséquence directe du fait que les étoiles sont des sphères auto-gravitantes composées d'un mélange de différents gaz (les éléments chimiques). L'équilibre des étoiles conduit à des gradients internes de pression, de densité et de température ainsi qu'à un transfert radiatif, l'ensemble produisant un effet sélectif sur les éléments (dans la plupart des cas dominé par la compétition entre le triage gravitationnel et les accélérations radiatives).Les interactions entre la diffusion atomique et les processus hydrodynamiques tels que la convection dynamique et la perte de masse sont étudiées depuis longtemps. Un processus important a cependant été oublié dans les modèles. Il s'agit de la convection double diffusive (ou thermohaline) induite par un gradient de μ instable, qui peut être produite par une accumulation locale d'éléments lourds à l'intérieur des étoiles due aux accélérations radiatives. Contrairement aux autres processus de mélange, il s'agit d'une conséquence directe de la diffusion atomique. Un effet similaire se produit à la base de la zone convective de surface en cas d'accrétion d’éléments lourds à la surface de l'étoile.Nous avons étudié la convection thermohaline induite par l'accrétion dans le cas du système 16 Cygni et les propriétés de ces deux étoiles avec le code TGEC. Nous avons inclus la prescription de Brown et al. 2013 pour la convection thermohaline. Nous avons ensuite calculé les fréquences d'oscillations de ces modèles à l'aide du code PULSE pour les comparer aux fréquences observées par Kepler. A partir de ces modèles, nous avons pu montrer qu'en accrétant 2/3 de la masse terrestre au début de la séquence principale (sur le modèle 16 Cyg B), la convection thermohaline induite par l'accrétion mélangeait l'étoile suffisamment profondément pour atteindre la zone de destruction du lithium et ainsi obtenir des abondances de lithium cohérentes avec les observations de 16 Cyg A et B.Nous avons étudié l'accumulation d’éléments lourds et l'effet de la convection thermohaline dans le cas des étoiles de type A. Dans ces étoiles, des abondances "particulières" (par rapport au soleil) ont été observées. Ceci est dû aux effets de la diffusion atomique qui sont très importants dans ces étoiles. Cependant, la diffusion atomique seule produit des variations d'abondances trop importantes et un moyen de reproduire les observations est de mélanger l'étoile assez profondément. Nous avons ensuite calculé des modèles incluant la diffusion atomique et la convection thermohaline en utilisant le code TGEC. Nous avons montré que ce processus pouvait modifier la structure interne de ces étoiles, et aussi les abondances de surface. Nous avons aussi inclus la convection thermohaline et l'accrétion dans le code de Montréal/Montpellier. Nous avons modifié plusieurs parties de ce code afin de pouvoir faire des comparaisons avec le TGEC pour comparer les résultats. Les résultats obtenus sont très similaires.Nous avons aussi déterminé les paramètres de l'étoile 94 Ceti à partir d'observations obtenues avec un instrument au sol. Cette étoile à une masse de 1.44 MΘ et est une bonne cible pour étudier l'effet des accélérations radiatives (qui ont un effet non négligeable pour des masses supérieures à 1.2 MΘ). Nous avons aussi comparé des modèles incluant des atmosphères complets afin d'en déterminer l'impact sur les fréquences.Nous avons travaillé sur les étoiles du halo pauvres en métaux pour lesquelles est observé une dispersion inexpliquée des abondances de lithium pour les métallicité très faible. Nous avons étudié la possibilité d'une accrétion sur ces étoiles qui pourrait produire de la convection thermohaline et détruire du lithium. / Atomic diffusion must be taken into account in the computations of stellar structure and evolution as it is a direct consequence of the fact that stars are self-gravitating spheres composed of a mixture of different gases (the chemical elements). The stellar equilibrium leads to internal gradients of pressure, density and temperature as well as an upward radiative transfer which produces a selective effect on the elements (in most cases dominated by the competition between gravitational settling and radiative acceleration).The interactions between atomic diffusion and well-known hydrodynamical processes like dynamical convection and mass loss have been studied for a long time. An important process was however forgotten in these computations. This is the double-diffusive (or fingering or thermohaline) convection induced by unstable μ-gradients, which can be produced by the local accumulation of heavy elements inside stars due to radiative acceleration. Contrary to the other hydrodynamical processes, fingering convection is not arbitrarily added in the computations. It is directly induced by atomic diffusion itself and cannot be avoided. It is thus very important to add this hydrodynamical process in stellar evolution modelling, which has never been done before our work. A similar effect occurs below the convective zone in case of accretion of heavy matter onto a star.We studied the accretion-induced fingering convection in the case of the stellar system 16 Cygni. We studied the properties of these two stars by computing models with the Toulouse Geneva Evolution Code (TGEC). We included the Brown et al. 2013 prescription for the computations of fingering convection in the code. We computed oscillation frequencies of these models using the PULSE code to compare it with Kepler observations. We found that if 2/3 of Earth mass is accreted at the beginning of the main sequence (on 16 Cyg B model), the accretion-induced fingering convection mixes the star deep enough to destroy the lithium and obtain the observed difference between 16 Cyg A and B.We studied the heavy element accumulation and the induced fingering convection in the case of Am stars. In these stars, peculiar surface abundances are observed (compared to the sun). This peculiarity is related to the effect of atomic diffusion, very important in these types of stars. However, atomic diffusion alone leads to abundance variations which are too large and one way to reproduce the observed abundance quantitatively is to assume mixing deep enough inside the star. We computed models including atomic diffusion (with radiative acceleration) and fingering convection with this prescription using the TGEC code. We find than this process may change the internal structure of the stars, and also the surface abundances. We also included fingering convection and the accretion process in the Montreal/Montpellier code. We modified some parts of this code (e.g. turbulence profiles) to compare the results obtained with the two codes. We computed some models and I found that the results are quite similar.We determined the stellar parameters of the star 94 Ceti (by using similar seismic computations as for 16 Cyg A and B) using ground-based observations. This star has a mass of 1.44 MΘ and is a good target to study the effect of radiative accelerations (which occur for masses larger than 1.2-1.3 MΘ). We also compared models with full atmosphere with the observations to determine the impact on oscillation frequencies.We worked on metal poor halo stars for which a dispersion of lithium surface abundance is observed for very small metallicities. We studied the possibility of an accretion of matter that can trigger fingering convection and destroy lithium.

Le but de la présente thèse est l'étude de la compléxité moléculaire dans les régions de formation stellaires. Cette thèse s'axe sur deux classes de molécule aux caractéristiques prébiotiques : les molécules organiques complexes et les cyanopolyynes.Dans ce contexte, j'ai analysé des données d'un seul échantillon de relevés spec- traux en exploitant des codes de transfert radiatif à l'équilibre thermodynamique local (LTE) et/ou non-LTE pour deux sources : une proto-étoile de type solaire dans un environnement calme (IRAS 16293-2422) et un proto-ama constitué de proto-étoile de type solaire (OMC2-FIR4).L'objectif est de trouver des similar- ités et des différences entre ces deux cas.J'ai utilisé des données issu de deux relevés spectraux : TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submilimeter Spectral Survey) réalisés en 2011 (Caux et al. 2011), et ASAI(Astrochemical Surveys At IRAM) réalisés pen- dant la période 2013-2015 (eg Lopez-Sepulcre et al.2015). J'ai extrais les lignes (identification et intensité intégrée) en utilisant le paquet disponible publique- ment : CASSIS (Centre d'Analyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Sub- millimetrique). Pour finir, j'ai utilisé le paquet GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectral) afin de modéliser la distribution spectrale énergétique de ligne (SLED) des molécules détectées, mais aussi afin d'estimer leurs abondances à travers l'envelope de IRAS16293 et du coeur chaud OMC2- FIR4.Les principaux résultats de la thèse sont :1. Le premier recensement complet des molecules organiques complexes (COMs) dans IRAS162932. La première détéction de COMs dans l'enveloppe froide d'une proto-étoile de type solaire (IRAS16293-2422) supportant l'idée qu'un méchanisme de formation, relativement efficace pour les COMs détectées, doit exister en phase gazeuse froide.3. La découverte d'une fine corrélation entre le diméthyle-éther (DME) et le méthyle-formate (MF) suggère une relation mère fille entre ces deux espèces.4. La detection de formamide, espèce avec un très fort potentiel prébiotique, dans plusieurs protoétoiles incluant IRAS16293-2422 et OMC2-FIR4.5. Le recensement complet des cyanopolyynes dans IRAS16293 et OMC2- FIR4 avec la détection de HC3N, HC5N, DC3N et pour OMC2-FIR4: le C13 isotopologue du HC3N cyanopolyynes.Ces résultats sont le sujet principal de deux publications (Jaber et al.2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al.2015,MNRAS), un article accepté (Jaber et al., A & A) et un article à soumettre (Jaber et al. A & A). / The present PhD thesis goal is the study of the molecular complexity in solar type star forming regions. It specifically focuses on two classes of molecules with a pre-biotic value, the complex organic molecules and the cyanopolyynes.At this scope, I analyzed data from single-dish spectral surveys by means of non-LTE or/and non-LTE radiative transfer codes in two sources, a solar type protostar in an isolated and quiet environment (IRAS16293-2422) and a proto-cluster of solar type protostars (OMC2-FIR4). The goal is to find similarities and differences between these two cases.I used data from two spectra surveys: TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submillimeter Spectral Survey), which has been carried out in 2011 (Caux et al. 2011), and ASAI (Astrochemical Surveys At IRAM), which has been carried out in 2013-2015 (e.g. Lopez-Sepulcre et al. 2015).I extracted the lines (identification and integrated intensity) by means of the publicly available package CASSIS (Centre dAnalyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Submillimtriques).Finally, I used the package GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectra) to model the Spectral Line Energy Distribution (SLED) of the detected molecules, and to estimate their abundance across the envelope and hot corino of IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, respectively.The major results of the thesis are:1) The first full census of complex organic molecules (COMs) in IRAS16293-2422;2) The first detection of COMs in the cold envelope of a solar type protostar (IRAS16293-2422), supporting the idea that a relatively efficient formation mechanism for the detected COMs must exist in the cold gas phase;3) The discovery of a tight correlation between the dimethyl ether (DME) and methyl format (MF), suggesting a mother-daughter relationship;4) The detection of formamide, a species with a very high pre-biotic value, in several protostars, included IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4;5) The full census of the cyanopolyynes in IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, with the detection of HC3N and HC5N, DC3N and, for OMC2-FIR4, the 13C isotopologue of HC3N cyanopolyynes.These results are the focus of two published articles (Jaber et al. 2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al. 2015, MNRAS), one accepted article (Jaber et al., A&A) and a final article to be submitted (Jaber et al., A&A).

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Comprendre le processus de formation stellaire est un objectif majeur en astronomie. Sur ce sujet les observations ne donnent que très peu d'information, et les modèles numériques sont donc naturellement privilégiés. De tels modèles s'attachent à suivre la dynamique du gaz, sous l'effet de processus physique variés, ce qui nécessite un temps de calcul très important et ne permet pas de modéliser l'évolution au delà de 0.2 Myr environ. Or les résultats observationnels sont essentiellement issus du champ galactique proche, des amas évolués, voire des regions jeunes ou associations d'étoiles, dont l'âge peut varier de 1 Myr à quelques Gyr. Par conséquent, il est nécessaire pour comparer les résultats des modèles aux observations de comprendre ce qu'il se passe durant cet intervalle de temps. La formation stellaire tend à produire des étoiles en groupes, à partir de l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire turbulent. A mesure que les étoiles se forment, le gaz est éjecté et l'évolution est dominée par les interactions gravitationnelles. Suivre l'évolution sous l'effet de ces interactions est couramment utilisé afin de contraindre les modèles et de mieux comprendre l'origine des populations stellaires observées. Les étoiles se forment en sous-groupes ou structures hiérarchisées, qui peuvent ensuite fusionner pour donner des amas stellaires proche des amas ouverts, ou au contraire finir en associations distinctes. Dans ma thèse, je me suis intéressé à l'évolution dynamique de petits groupes d'étoiles, jusqu'alors peu étudiés par rapport aux groupes à 1000 ou 10^4 étoiles. J'ai simulé l'évolution de groupes à N < 100, dans le but d'en étudier la dynamique d'un point de vue statistique, grâce notamment au grand nombre de simulations effectuées, et afin d'identifier les signatures observationnelles propres à une situation initiale donnée. A partir d'un grand nombre de configurations initiales (avec N=20, 50, 100, un rayon typique de 0.025 pc à 1 pc) et 500 simulations par configurations, j'ai étudié l'évolution dynamique de groupes composés d'étoiles de même masse ou comprenant un spectre de masse, et sans population de binaire initiale. L'évolution de tels groupes s'est révélée similaire à celle de groupes plus grands, mais avec une phase d'effondrement plus rapide et surtout moins prononcée. Je décris le comportement moyen menant à une lente expansion de l'amas, ainsi qu'une voie d'évolution très différente, apparaissant dans 17% des cas étudiés, où l'amas est complètement dispersé suite à l'éjection d'une binaire centrale serrée. J'ai également recherché dans quelle mesure les données en densité et en vitesse 3D pouvaient permettre d'identifier l'état dynamique initial d'un groupe. L'utilisation de ces seules données suffisait dans certain cas à déterminer la densité initiale, mais elles devraient être complétées par des données concernant la population de binaire. Ce travail pourra être mis en application pour étudier l'origine dynamique d'association ou de groupes stellaires connus. Enfin, j'ai effectué un grand nombre de simulations numériques dans le but de reproduire l'état observé de l'amas eta Chamaeleontis par pure évolution dynamique à partir de conditions initiales standards. Cette association présente des caractéristiques d'amas évolué, telle que son spectre de masse pauvre en objets de faible masse et l'absence de binaires larges. Je montre que ces propriétés ne peuvent pas être reproduites uniquement par la dynamique, et sont donc les traces d'un processus de formation non standard. / Understanding the star formation process is a key issue in astronomy. Since direct observation provide only very limited information, this issue is investigated by models. Such models need to take into account complex physical processes while following the gas dynamics, so that simulations need a lot of time to run and do not follow the star formation process for longer than 0.2 Myr. The best known observational results concerns the field population, evolved open clusters or younger clusters or associations, which are between 1 Myr and a few Gyr old. Therefore in order to compare the results from models to known observations, we need to bridge the gap between the two. Star formation appears to produce groups of stars from the collapse of turbulent molecular clouds. As stars form, the gas is progressively ejected from the cluster, and the evolution is dominated by gravitational interactions. Following the dynamical evolution of a group of star using N-Body codes is a standard way used to constraint the models and understand the origin of the different populations. Star formation may produce sub-structure or small groups that merge to form bigger entities, or end up as loose association. In my thesis I focused on the dynamics of small groups, that have not been investigated as thoroughly as 1000 or 10^4 star groups. I performed N-Body simulations of small stellar groups, with N<100, in order to study their dynamics using a statistical approach, made possible by running a large number of simulations, and to find some observational signatures of given initial conditions. This approach enable to take full account of stochastic effects due to dynamical interactions. Using a large number of initial configurations (with N=20, 50, 100, a typical radius from 0.025 pc to 1 pc) and a sample of 500 simulations per configuration, I looked at equal mass groups as well as groups having a mass spectrum, without any binary initially. Such small groups show similar evolution to bigger groups, but with faster and less pronounced collapse phase. I described the average behaviour of slow expansion of the cluster, and an alternative evolution, occurring with 17% probability, that ended in the complete dissolution of the group due to ejection of a central binary. Searching for a way to identify the initial configuration from observational measure, I looked at the complementarity of density and 3D velocity and was able to show that it could be sufficient in some cases to determine the initial density. Further investigations are needed to take into account the information on the binary population and will be used to investigate the formation of known associations or young regions. Finally, I ran a large number of simulations, aiming at reproducing the observed state of the eta Chamaeleontis from standard initial conditions and pure dynamical evolution. This association properties are consistent with a dynamical evolved cluster, namely low-mass object poor and having only tight binaries. I showed that these properties cannot be reproduced with pure dynamical evolution from standard initial mass function and binary population, meaning that its particular features must have been pristine.

Le moment cinétique d’une étoile, comme sa masse ou sa composition chimique, est l’une de ses propriétés fondamentales, l’un de celles qui varient à cours du temps et influent sur la structure de l’étoile. Celui-ci peut être global, on l’observe alors à travers la vitesse de rotation de surface d’une étoile, ou local, auquel cas il nous faut sonder l’intérieur stellaire et étudier les processus de redistribution au sein des régions internes du moment cinétique. Au cours de cette thèse dans le cadre du projet ToUpiES, nous nous sommes intéressés en particulier à l’évolution du moment cinétique des étoiles de faible masse au cours de leur jeunesse, qui est une période critique de leur vie en ce qui concerne l’impact et l’évolution du moment cinétique. Nous avons d’abord inclus au sein du code d’évolution STAREVOL les prescriptions les plus à jour pour l’extraction du moment cinétique par les vents magnétisés. L’étude systématique des combinaisons de ce freinage avec différentes prescriptions existantes pour le traitement de la turbulence horizontale et verticale dans la zone radiative des étoiles, nous a permis de sélectionner un jeu de prescriptions capable de reproduire, les périodes de rotation dans les amas ouverts pour une étoile de type solaire. Nous comparons ensuite l’application de ces processus de transport et d’extraction du moment cinétique à un modèle de 1, 2 masse solaire, aux autres processus jugés potentiellement efficaces pour transport le moment cinétique à ce jour (ondes internes de gravités, instabilité MHD de Tayler-Spruit, modes de gravités). Cela nous a permis de présenter dans chacun des cas les spécificités du profil de rotation prédit par ces différents modes de transport. Puis, nous avons mis en place un modèle rotationnel fonctionnel adapté à l’ensemble des étoiles de faible masse, permettant entre autre de reproduire les périodes de rotation observées dans les amas jeunes pour les étoiles de faible masse (avec une masse comprise entre 0, 2 et 1, 1 M⊙). Ceci a donné lieu à une grille de modèle d’évolution unique à ce jour. Enfin, cette grille a été utilisée dans le cadre de travaux dans différents domaines, tels que l’impact de l’évolution stellaire sur l’habitabilité d’un système, la caractérisation d’étoiles-hôte ou encore l’étude de l’évolution de la topologie magnétique au cours des phases jeunes. / The angular momentum content of a star, as its mass or its chemical composition is one of the fundamental properties of a star, one of those that evolves with time and modify the stellar structure. The angular momentum can be studied as a global property, we can then observe it through the surface rotation velocity, or a local property that vary inside the star, we therefore have to probe the stellar radiation zone and study the secular angular momentum redistribution processes that happen in this region. During this PhD, in the frame of the ToUpiES project, we have been especially interested in the evolution of the young low-mass stars angular momentum, since this phase of evolution is critical regarding the evolution of extraction and redistribution angular momentum processes. First, we included in the STAREVOL evolution code the most up-to-date prescription for the wind-driven angular momentum extraction. We led a systematic study of the various combination of this braking with the different existing prescriptions for the treatment of horizontal and vertical turbulent motions in stellar radiative zones. This allows us to select a set of prescription able to reproduce the observed rotation periods in young open clusters for a broad mass-range. Next, we analysed how these prescriptions for extraction and transport of angular momentum behave when applied to a 1.2M⊙ model. We compared the result to what is obtained with other processes estimated as potentially very efficient to redistribute angular momentum (internal gravity waves, MHD Tayler-Spruit instability, gravity modes). This allows us to derive in each case, the specificity of the rotation profiles predicted by the different transport processes. Then, we set up a functional rotational model adapted to almost the entire range low-mass stars, allowing to reproduce the observed low-mass stars rotation periods in young open clusters (with 0, 2M⊙ ≤M≤ 1, 1M⊙). This models can also predict the rotational evolution at different metallicities. Eventually, these models have been used in the frame of various works in different domains such as the characterisation of planet host-stars, the evolution of the magnetic topology during the young stellar phases or even the impact of stellar evolution on the habitability of a planetary system.

La poussière et le gaz qui entourent beaucoup d'étoiles jeunes sont d'un intérêt critique pour comprendre la formation planétaire ; ils représentent les conditions initiale de la formation planétaire. Les disques proto-planétaire ont une structure riche, avec différents processus physiques à l'oeuvre dans différentes régions du disque. Les grandeurs en jeu s'étalent sur 2 à 5 ordres de grandeur en échelles spatiales, période orbitale, températures, et bien plus en ce qui concerne la densité de gaz et poussière. Les variations extrêmes de ces paramètres clés impliqués dans la structure et la compositions de ces objets implique nécessairement l'utilisation combinée de différentes techniques d'observation.Cette recherche se base sur l'utilisation de nouvelles données d'imagerie et de masquage de pupille (SAM) en bandes K, L et M, de spectres entre 3 et 4 microns, en plus d'images à 8.6 et 18.7 microns et de données de densité spectrale de flux (SED) issus de la littérature. Ces données des UV aux longueurs d'ondes millimétriques ont permis de construire une nouvelle compréhension de l'objet IRS-48, et de mettre en avant l'équilibre subtil des processus physiques en jeu. Ce travail a permis d'imager pour la première fois l'intégralité spatiale d'un disque composé d'hydrocarbures polycyclique aromatique (PAH) et de très petits grains (VSG) autour d'un objet stellaire jeune. Il propose un modèle révisé pour cet objet de façon à expliquer l'environnement riche et complexe de gaz et poussières observé en proche infrarouge et en ondes millimétriques, et pose des limites sur la quantité attendue de grains silicatés - synonymes de renouvelle du disque - qui peut se trouver dans ce disque de PAH/VSG.Une modélisation en transfert radiatif de la structure du disque et de la composition des grains converge vers un disque externe à 55 AU composé de grains classiques, en plus d'un disque non-sédimenté de PAH et VSG dont les bords internes et externes sont résolus: 11 et 26 AU. Une étoiles plus brillante - donc plus large - associée à une adaptation des courbes de rougissement permet d'expliquer les flux observés dans le proche-infrarouge: le disque très interne à l'étoile, à 1 AU environ, n'est plus nécessaire. Les nouveaux paramètres stellaire permettent d'estimer un âge de 4 millions d'années pour cet objet, beaucoup plus jeune que les estimations précédentes, et en meilleur accord avec l'environnement direct de l'étoile et les statistiques de dispersion de tels disques. L'utilisation de clôtures de phase a permis de détecter deux sur-brillance au sein du disque de PAH, dont la température de couleur correspond à la température de ce disque trouvé grâce au transfert radiatif. Une sur-brillance suit une orbite circulaire sous-Keplerienne. Ce travail a permis de montrer qu'une quantité limitée de grains classiques silicatés pouvait être localisé dans le disque de PAH, avec un facteur de déplétion de 5-6 par rapport aux abondances classiques de poussière-à-PAH. Un compagnon d'environ 3 masses de Jupiter sur une orbite à 40 AU est compatible avec la nouvelle structure du disque et l'observation précédente d'une asymétrie de grain millimétriques.Le disque d'IRS-48 est dépourvu de poussière dans ses premiers 55 AU, à l'exception de 3.7e-10 masses solaire d'une mixture de PAH neutres et ionisés, et de VSG. Ceci place IRS-48 au stade final des disques de transition, alors que la photo-evaporation commence à dominer l'évolution du disque jusqu'à provoqué sa dispersion. Etant donné le fort environnement radiatif, the doctorat permet aussi de mettre en avant un probable renflouement du disque interne de PAH et VSG par le disque externe grâce à des effets gravitationnels induits par le compagnon. / The dust- and gas-rich disks surrounding numerous pre-main-sequence stars are of key interest for unveiling how planetary system are formed; they are the initial conditions for planetary formation. Protoplanetary disks have a rich structure, with different physics playing a role in different regions of the disk. The dynamic ranges involved span two to five orders of magnitudes on spatial scales, orbital times, temperatures, and much more in dust- or gas-densities. The extreme dynamic ranges involved in the structure and composition of these objects mean that very different observational techniques have to be combined together to probe their various regions.This PhD makes use of new K, L and M-band imaging and Sparse-Aperture-Masking (SAM) Interferometric measurements, 3-4 micron spectroscopy, together with published 8.6 and 18.7 micron images and spectral energy distribution (SED) fluxes from UV to mm-wavelength to instruct a new comprehension of the famous IRS-48 object, and uncover the delicate balance of physical processes at stake.This PhD reports the first ever direct imaging of the full extents of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and very small grains (VSG) ring in a young circumstellar disk, presents a revised model for the IRS-48 object to explain the rich and complex dust- and gas-environment observed from near-infrared to centimeter wavelengths, and sets limits on how much silicates grains - hence replenishment - is to be expected in the PAH and VSG ring.Radiative transfer modelling of the disk-structure and grains compositions converges to a classical-grains outer-disk from 55 AU combined with an unsettled VSG & PAH-ring, where the inner- and outer-rim are resolved: 11 and 26 AU. A brighter hence larger central-star with modified extinction parameters accounts for the near-infrared flux observed in the SED: the inner-most disk at ~1 AU is not needed. The revised stellar parameters place this system on a 4 Myr evolutionary track, much younger than the previous estimations, in better agreement with the surrounding region and disk-dispersal observations. Using closure-phases, two over-luminosities are found in the PAH-ring, at color-temperatures consistent with the radiative transfer simulations; one follows a sub-Keplerian circular orbit. This PhD also shows that only very few settled thermal silicates can be co-located with the PAH-ring, with a depletion factor of ~5-6 compared to classical circumstellar dust-to-PAH abundances. A ~3 Jupiter-masses companion on a 40 AU orbit is compatible with the new disk structure and the previous mm-grains asymmetry.The IRS-48 disk is found to be void of dust-grains in the first 55 AU, except for a 3.7e-10 Solar-masses of a mixture of ionized and neutral PAH, and VSG. This places IRS-48 at the final stage of transition disks, when photo-evaporation dominates the disk evolution and eventually causes dispersal. Given the highly radiating environment, this PhD also highlights the probable replenishment of the inner PAH & VSG-ring through the channeling of such particles from the outer reservoir, due to the on-going accretion on the companion.

L'objet de cette thèse est l'étude d'un système différentielle non linéaire issu d'un modèle stellaire. Après réduction et changements d'inconnues et variables, on se ramène à un second membre analytique en chacune des variables du problème ainsi qu'en des fonctions bien choisies. Nous montrons ensuite que les solutions peuvent s'écrire dans un espace de séries absolument convergentes. Ce théorème d'existence servira alors de brique élémentaire à une méthode de réduction de type Fuchsienne. L'objectif étant d'obtenir un développement sous forme de série faisant apparaître de manière explicite les différentes constantes arbitraires inhérentes à ce type d'équations. / The object of this thesis is the study of a non linear differential equation stemming from a stellar model. After reduction and unknowns changes and variables, we achieve to an analytic second member in each of the problem variables and well chosen functions. Then we show that the solutions can be described in a space of absolute convergent series. This theorem of existence will be used as an elementary brick to a nearby method of Fuchsian reduction. The objective was to obtain a development which elicits arbitrary various constants inherent to this type of equations.

Les galaxies amplifiées par lentillage gravitationnel fort offrent une opportunité exceptionnelle pour caractériser la formation stellaire intense au sein des galaxies poussiéreuses les plus distantes. Dans les cas les plus favorables, il est possible d'étudier les mécanismes qui régissent la formation stellaire jusqu'aux échelles des régions de formation d'étoiles individuelles. Les alignements fortuits entre ces galaxies actives et des structures d'avant-plan produisant des facteurs d'amplification par lentillage gravitationnel >> 10 restent néanmoins très rares. L'échantillon des Planck's Dusty GEMS (Gravitationally Enhanced subMillimeter Sources), découvert par le relevé de ciel complet du satellite Planck dans le domaine sub-millimétrique, contient onze galaxies à haut décalage spectral extrêmement brillantes. Leurs densités de flux à 350 microns se situent entre 300 et 1000 mJy, au-delà de la plupart des sources lentillées précédemment découvertes par les relevés en infrarouge lointain et sub-millimétrique. Six d'entre elles dépassent la limite en complétude à 90% du catalogue de sources ponctuelles détectées par Planck (PCCS), indiquant qu'elles sont parmi les plus brillantes sources lointaines sélectionnées par leur formation stellaire intense. Cette thèse s'intègre dans le suivi multi-longueur d'onde de cet échantillon exceptionnel, destiné à sonder les propriétés globales des sources d'arrière-plan et à contraindre les configurations de lentillage. Premièrement, j'utilise de l'imagerie et de la spectroscopie en visible et en infrarouge proche et moyen pour caractériser les structures formant la lentille et pour construire des modèles de lentillage gravitationnel complets. J'en déduis que les onze GEMS sont effectivement alignées avec des surdensités de matière en avant-plan, soit des galaxies massives et isolées, soit des groupes ou amas de galaxies. Ces objets amplifiants contiennent des populations d'étoiles évoluées et âgées de plusieurs milliards d'années, indiquant qu'il s'agit de galaxies précoces. De plus, la modélisation détaillée de l'effet de lentillage vers les GEMS suggère que les amplifications atteignent systématiquement des facteurs > 10, et > 20 pour certaines lignes de visée. Deuxièmement, nous observons dans les domaines infrarouge lointain et millimétrique pour caractériser les sources d'arrière-plan. Les données en interférométrie de l'IRAM et du SMA à des résolutions inférieures à la seconde d'arc montrent que les GEMS ont des morphologies très déformées, preuve de fortes distorsions gravitationnelles. J'obtiens des températures de poussières de 33 à 50 K et des luminosités atteignant 2x10^14 luminosités solaires en infrarouge lointain, sans corriger du facteur d'amplification. La relation entre températures de poussières et luminosités infrarouge confirme également que, pour une température donnée, les GEMS sont plus brillantes que les galaxies similaires non lentillées. Je conclus qu'à ces longueurs d'onde, le chauffage des poussières semble être dominé par l'activité de formation stellaire avec une contamination par d'éventuels noyaux actifs systématiquement inférieure à 30%. Nous trouvons des décalages vers le rouge compris entre 2.2 et 3.6 grâce à la détection d'au moins deux raies d'émission du gaz atomique ou moléculaire par source. Finalement, je cible les trois sources lentillées de l'échantillon ayant les propriétés les plus remarquables. En particulier, la plus brillante d'entre elles s'avère être un sursaut présentant des densités de formation stellaire proches de la limite d'Eddington, et permet de sonder la naissance des étoiles dans ses phases les plus extrêmes. / Strongly gravitationally lensed galaxies offer an outstanding opportunity to characterize the most intensely star-forming galaxies in the high-redshift universe. In the most extreme cases, one can probe the mechanisms that underlie the intense star formation on the scales of individual star-forming regions. This requires very fortuitous gravitational lensing configurations offering magnification factors >> 10, which are particularly rare toward the high-redshift dusty star-forming galaxies. The Planck's Dusty GEMS (Gravitationally Enhanced subMillimeter Sources) sample contains eleven of the brightest high-redshift galaxies discovered with the Planck sub-millimeter all-sky survey, with flux densities between 300 and 1000 mJy at 350 microns, factors of a few brighter than the majority of lensed sources previously discovered with other surveys. Six of them are above the 90% completeness limit of the Planck Catalog of Compact Sources (PCCS), suggesting that they are among the brightest high-redshift sources on the sky selected by their active star formation. This thesis comes within the framework of the extensive multi-wavelength follow-up programme designed to determine the overall properties of the high-redshift sources and to probe the lensing configurations. Firstly, to characterize the intervening lensing structures and calculate lensing models, I use optical and near/mid-infrared imaging and spectroscopy. I deduce that our eleven GEMS are aligned with intervening matter overdensities at intermediate redshift, either massive isolated galaxies or galaxy groups and clusters. The foreground sources exhibit evolved stellar populations of a few giga years, characteristic of early-type galaxies. Moreover, the first detailed models of the light deflection toward the GEMS suggest magnification factors systematically > 10, and > 20 for some lines-of-sight. Secondly, we observe the GEMS in the far-infrared and sub-millimeter domains in order to characterize the background sources. The sub-arcsec resolution IRAM and SMA interferometry shows distorded morphologies which definitively confirm that the eleven sources are strongly lensed. I obtain dust temperatures between 33 and 50 K, and outstanding far-infrared luminosities of up to 2x10^14 solar luminosities before correcting for the gravitational magnification. The relationship between dust temperatures and far-infrared luminosities also confirms that the GEMS are brighter than field galaxies at a given dust temperature. I conclude that dust heating seems to be strongly dominated by the star formation activity with an AGN contamination systematically below 30%. We find secure spectroscopic redshifts between 2.2 and 3.6 for the eleven targets thanks to the detection of at least two CO emission lines per source. Finally, I focus on the three gravitationally lensed sources showing the most remarkable properties including the brightest GEMS, a maximal starburst with star formation surface densities near the Eddington limit.

Les recherches de SNe ont commencé il y a plus de 100 ans. Depuis, il a été possible de collecter beaucoup de données d'observations astronomiques. Les astronomes ont développé une classification détaillée et ont abouti un relatif consensus sur la nature physique de ces événements très différents. Néanmoins, beaucoup de questions restent sans réponse. En résumé, les supernovæ de type II (riche en hydrogène) résultent de l'éjection l'enveloppe des supergéantes rouges (SGR). Les principales sources de connaissance sur ces objets sont l'évolution de leur luminosité en fonction du temps (`courbes de lumière') et leurs spectres observés à différentes époques. La méthode la plus utilisée pour extraire les informations des données d'observation est la modélisation des courbes de lumières et des spectres des supernovæ. Dans le Chapitre 1 (Introduction), nous présentons successivement l’évolution stellaire, la physique des explosions et l’évolution des éjectas. Nous décrivons aussi les différents types de supernova ; l’état actuel des connaissances sur les CCSNe ainsi que ces limitations. Nous discutons de la théorie de l'évolution stellaire. Nous décrivons notre approche numérique au Chapitre 2 (Supernova modelling). Elle consiste en trois étapes principales : la modélisation de l'évolution stellaire, l'explosion de l'étoile SGR résultante, et la modélisation de l'évolution des éjectas. Nous présentons la structure modélisée des étoiles SGR ; ces modèles et techniques de calcul sont similaires aux modèles utilisés dans les chapitres suivants. Nous discutons notre méthode d'explosion d'un progéniteur quand son noyau dégénéré commence à s'effondrer. Dans le Chapitre 3 (Observational properties), nous discutons les propriétés observées en photométrie et spectroscopie des CCSNe. Nous extrayons les propriétés statistiques de l'échantillon existant. En utilisant la technique présentée, nous avons effectué une étude détaillée de SN 2008bk, une supernova bien observée (Chapitre 4). Nous pouvons contraindre les propriétés du progéniteur et des paramètres d'explosion. Notre modélisation nous permet de comparer non seulement les propriétés de base telles que la luminosité, mais aussi à analyser en détail les caractéristiques spectrales, telles que la présence de certaines raies spectrales ainsi que leur morphologie. Nous montrons qu'une étoile de 12M⊙ sur la séquence principale est un bon candidat au progéniteur de SN 2008bk. Aussi, nous discutons de la forme asymétrique de la raie Hα et concluons qu'elle provient du chevauchement avec la raie forte du Ba II 6596.9 Å. SN 2008bk, avec quelques dizaines d'autres objets, forme une sous-classe importante de CCSNe — supernovae à faible luminosité. Nous avons consacré une attention particulière à cette classe d'objets, dont l'uniformité et les données d'observation nous permet de tirer des conclusions importantes. Au Chapitre 5, nous étudions l'échantillon de 17 SNe de faible luminosité et analysons la possibilité que ces événements résultent d'explosions de progéniteurs de petite ou de grande masse. Il n'y a pas d'accord solide dans la communauté astronomique sur les progéniteurs possibles des explosions de SNe à faible luminosité. Notre analyse montre que les étoiles massives de masse inférieure (~12 M⊙) sont de bons candidats pour les progéniteurs de cette sous-classe de SNe. De plus, nos simulations d'étoiles de masse élevée (25 et 27 M⊙) montrent qu'une explosion ayant une luminosité aussi faible aurait des propriétés d’observation remarquables qui ne sont pas présentes dans les données. Dans le Chapitre 6, nous étendons notre étude sur toutes les CCSNe, en utilisant des modèles plus énergétiques que dans les Chapitres 4 et 5. Nous fournissons des preuves que ce qui différencie la diversité de SNe II est l'énergie d'explosion plutôt que la masse des éjectas (ou plus précisément la masse de l'enveloppe riche en H de progéniteur). / Dedicated SN searches started over 100 years ago. Over that time, astronomers have collected large sets of observational data. They have developed detailed classification and achieved general agreement on the nature of these events. Nevertheless, a lot of questions remain unanswered. In short, most Type II SNe (hydrogen-rich SNe) are terminal explosions of red supergiant (RSG) stars. The main source of knowledge about these objects are the way their luminosity changes with time (`light curves') and how their radiation is distributed in wavelength. One of the widely used methods to extract the information from the observational data is computer modelling. The largest part of our work lays in the numerical simulations. In Chapter 1 (Introduction), we present succinctly the necessary theory which includes stellar evolution, explosion physics and ejecta evolution. We discuss different types of SNe; the modern knowledge on CCSNe and its problems. We discuss stellar evolution theory. We describe the nucleosynthesis that takes place in the cores of massive stars and gives rise to their final chemical stratification. We describe our numerical approach in Chapter 2 (Supernova modelling). It includes three major steps: stellar evolution modelling, explosion of the resulting RSG star, and ejecta evolution modelling. We present modelled structure of RSG stars; these models and computational techniques are similar to models used in subsequent chapters. We then discuss our numerical methods of exploding a SN once its degenerate core starts collapsing. We discuss explosive nucleosynthesis and its impact on the progenitor composition, production of unstable isotopes and the basic physics of radioactive decay. In Chapter 3 (Observational properties), we discuss the photometric and spectral observational properties of core-collapse SNe. We extract statistical properties of the existing sample. Using the presented technique, we performed a detailed study of the well observed object SN 2008bk (Chapter 4). We are able to constrain its progenitor and explosion properties. Our modelling allows us to compare not only the basic properties such as luminosity, but also to analyze in detail the spectral features, such as line identification and morphology. We show that a 12 M⊙ star on the main sequence is a good candidate for the progenitor of SN 2008bk. Also we discuss the asymmetric shape of the Hα line and conclude that it stems from the overlap with the strong Ba II 6596.9 Å line. SN 2008bk, together with about 20 objects, form a subclass of low-luminosity CCSNe Type II. We devoted a particular attention to this class of objects, whose uniformity and observational data allows us to draw important conclusions. In Chapter 5 (Low-luminosity Type II-P SNe), we study the sample of 17 low-luminosity SNe and analyze the possibility that these events are the result of explosions of low- and high-mass progenitors. There is no solid agreement in the astronomical community on the possible progenitors of the low-luminosity explosions of Type II SNe. Our analysis shows that lower-mass massive stars (~12 M⊙) are good candidates for the progenitors of this subclass of SNe. Moreover, our simulations of high-mass stars (25 and 27 M⊙) show that such low brightness of the explosion of such a massive object would have notable observational properties which are not present in the data. In Chapter 6 (Kinetic energy variation), we extend our study further on the whole class of hydrogen-rich core-collapse SN, using more energetic models than in Chapters 4 and 5. We provide evidences that what differentiates the diversity of SNe II is the explosion energy rather than the ejecta mass (or H-rich envelope mass of the progenitor).