Les courants stellaires de marée sont des structures en étoile immaculées qui jouent un rôle central dans la résolution des mystères de longue date de l'archéologie galactique. Étant donné que les flux sont de nature orbitale, ils possèdent intrinsèquement les caractéristiques de résolution de la distribution de masse sous-jacente de la galaxie et peuvent être utilisés pour sonder la forme du halo de matière noire. En plus de tester le scénario de «fusion hiérarchique» de la formation de galaxies, les brèches de ruisseau peuvent également fournir une preuve indirecte de l’existence de sous-halos de matière noire (ce qui, en principe, limite la nature de la particule de matière noire elle-même). Pour toutes ces raisons, l'analyse dynamique des flux stellaires de la Voie Lactée devient naturellement l'un des problèmes les plus intéressants. Cependant, le principal défi consiste à détecter ces structures. Au cours de la thèse, l’algorithme STREAMFINDER (un algorithme à la pointe de la technologie) a été conçu pour traiter systématiquement le jeu de données Gaia (le nouveau catalogue astrophysique de l’ESA contenant des solutions astrométriques sans précédent de plus de 1,6 milliard d’étoiles) pour la détection des flux stellaires de la Voie lactée. Cette lourde entreprise a permis de détecter 10 structures de flux de confiance, dont 5 étaient considérées comme de nouvelles découvertes. Cette récolte de structures a également facilité, pour la première fois, la création d’une carte structurale et cinématique panoramique des flux stellaires de la rivière Milky. Halo, poussant notre communauté encore plus loin dans l’histoire complexe de la formation de notre galaxie. Ce projet a été immédiatement suivi de l'analyse orbitale de l'un des flux détectés (à savoir GD-1) pour explorer les améliorations des modèles de potentiel gravitationnel de notre galaxie. Les contraintes imposées à la masse de la Voie lactée et à la forme de son halo de matière noire, obtenues simplement en utilisant ce seul flux, ont révélé la puissance potentielle que l'analyse d'un ensemble de flux permettrait de sonder la distribution globale de la masse galactique de notre galaxie. Ainsi, la thèse a ouvert la voie à de nouvelles découvertes des sous-structures stellaires, soulignant également les perspectives d'avenir dans ce domaine. / Tidal stellar streams are pristine star structures that play central role in addressing long standing mysteries of the Galactic archaeology. Since streams are orbital in nature, they inherently possess the characteristics of unravelling the underlying mass distribution of the galaxy, and can be used to probe the shape of the dark matter halo. Besides testing the ‘hierarchical merging’ scenario of galaxy formation, stream gaps can also provide indirect evidence for the existence of dark matter sub-halos (thereby, in principle, constraining the nature of the dark matter particle itself). Due to all these reasons, the dynamical analysis of stellar streams of the Milky Way Galaxy naturally becomes one of the interesting problems. However, the foremost challenge is to detect these structures. During the thesis, STREAMFINDER algorithm (a state of the art algorithm) was designed to systematically process the Gaia dataset (ESA’s novel astrophysical catalogue containing unprecedented astrometric solutions of over 1.6 billion stars) for the detection of the stellar streams of the Milky Way. This hefty endeavour led to the detection of 10 high confidence stream structures, of which 5 were reported as new discoveries.This harvest of structures also facilitated, for the first time, creation of a panoramic structural and kinematic map of the stellar streams of the Milky Way halo, taking our community a step further in unravelling the complex formation history of our Galaxy. This project was instantly followed by the orbital analysis of one of the detected streams (namely GD-1) to explore the improvements in the gravitational potential models of our Galaxy. The constraints on the Milky Way’s mass and that on the shape of its dark matter halo, that were obtained by simply employing this single stream, revealed the potential power the analysis of an ensemble of streams would hold in in probing the overall galactic mass distribtuion of our Galaxy. Thereby, the thesis paved way for new discoveries of the stellar substructures, also highlighting the future prospects in this field.

Dans un disque axisymétrique en équilibre, les vitesses galactocentriques radiales et verticales sont théoriquement nulles. Pourtant, de grands relevés spectroscopiques ont révélé que les étoiles du disque de la Voie Lactée sont animées de vitesses non nulles dans les directions radiale et verticale. Les structures en vitesse radiale sont généralement associées aux composantes non-axisymétriques du potentiel. Celles en vitesse verticale non nulle sont souvent associées à des excitations externes. Nous avons montré que la réponse stellaire à une perturbation spirale produit un déplacement radial et des mouvements verticaux non nuls. La structure du champ moyen de vitesse obtenue est cohérente avec les observations. De plus un modèle simple reposant sur une linéarisation des équations d'Euler reproduit naturellement ce résultat. Nous concluons que ces structures observées pourraient aussi être engendrées par des perturbations internes non-axisymétriques. / In an equilibrium axisymmetric galactic disc, the mean galactocentric radial and vertical velocities are expected to be zero everywhere. Recent spectroscopic surveys have however shown that stars of the Milky Way disc exhibit non-zero mean velocities outside of the Galactic plane in both the radial and vertical velocity components. While radial velocity structures have already often been assumed to be linked with non-axisymmetric components of the potential, non-zero vertical velocity structures are usually rather attributed to excitations by external sources. We show that the stellar response to a spiral perturbation induces both a radial velocity flow and non-zero vertical motions. The resulting structure of the mean velocity field is qualitatively similar to the observations. Such a pattern also emerges from an analytic toy model based on linearized Euler equations. In conclusion, non-axisymmetric internal perturbations can also be the source of the observed mean velocity patterns.

La formation et l'évolution du disque épais de la Voie Lactée restent controversées. Nous avons utilisé un modèle de synthèse de la population de la Galaxie, le Modèle de la Galaxie de Besançon (Robin et al., 2003), qui peut être utilisé pour l'interprétation des données, étudier la structure galactique et tester différents scénarios de formation et évolution Galactique. Nous avons examiné ces questions en étudiant la forme et la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais en utilisant l'approche de synthèse de la population. Nous avons imposé sur des simulations les erreurs d'observation et les biais afin de les rendre directement comparables aux observations. Nous avons corrigé les magnitudes et les couleurs des étoiles de la simulation, en utilisant un modèle d'extinction. Les modèles d'extinction disponibles ne reproduisent pas toujours la quantité exacte d'extinction le long de la ligne de visée. Un programme a été développé pour corriger la distribution de l'extinction en fonction de la distance le long de ces lignes. Les extinctions correctes ont ensuite été appliquées sur les simulations du modèle. Nous avons étudié la forme du disque mince en utilisant des données photométriques aux basses latitudes du sondage SDSS-SEGUE. Nous avons comparé qualitativement et quantitativement les observations et les simulations et nous avons essayé de contraindre la fonction de masse initiale. En utilisant la spectroscopie du relevé SEGUE, nous avons sélectionné les étoiles du turn-off de la séquence principale (MSTO) (Cheng et al 2012) et des géantes K pour étudier la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais. Nous avons calculé une estimation de distance pour chaque étoile à partir de la relation entre les températures effectives et magnitudes absolues pour les catalogues observés et simulés. Ces deux catalogues ont les mêmes biais sur les distances, elles sont donc comparables. Nous avons développé un outil basé sur une méthode MCMC-ABC pour déterminer la distribution de la métallicité et étudier les corrélations entre les paramètres ajustés. Nous avons confirmé la présence d'un gradient de métallicité radiale de -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 pour le disque mince. Nous avons obtenu une métallicité du disque épais au voisinage solaire de -0.47 ± 0.03 dex, compatible avec les résultats obtenus par les études précédentes. De plus, le disque épais ne montre pas de gradient, mais les données sont compatibles avec un gradient positif intérieur suivi d'un négatif extérieur. Nous avons ensuite appliqué les outils développés au relevé spectroscopique Gaia-ESO et calculé la distribution de métallicité des étoiles F/G/K dans le disque mince et épais en supposant une formation en deux époques du disque épais de la Voie Lactée. Nous avons obtenu une métallicité locale dans le disque épais de -0.23 ± 0.04 dex légèrement plus élevée que celle obtenue avec SEGUE mais en accord avec Adibekyan et al. (2013) et un gradient de métallicité radiale du disque épais en accord avec notre analyse précédente des données de SEGUE et la littérature. La métallicité locale est en accord avec la littérature au niveau de 3σ mais parce que les données GES sont préliminaires, une analyse plus approfondie avec plus de données et de meilleurs calibrations doit être faite. L'existence d'un gradient plat dans le disque épais peut être une conséquence d'une formation à partir d’un gaz turbulent et bien homogène, ou bien un fort mélange radial a brassé après coup les étoiles. / The formation and evolution of the thick disc of the Milky Way remain controversial. We made use of a population synthesis model of the Galaxy, the Besançon Galaxy Model (Robin et al. 2003), which can be used for data interpretation, study the Galactic structure and test different scenarios of Galaxy formation and evolution. We examined these questions by studying the shape and the metallicity distribution of the thin and thick disc using the population synthesis approach. We imposed on simulations observational errors and biases to make them directly comparable to observations. We corrected magnitudes and colors of stars, from the simulation, using an extinction model. The available extinction models do not always reproduce the exact quantity of extinction along the line of sight. A code to correct the distribution of extinction in distance along these lines have been developed and the corrected extinctions have been applied on model simulations. We studied the shape of the thin disc using photometric data at low latitudes from the SDSS-SEGUE survey. We compared qualitatively and quantitatively observations and simulations and try to constrain the Initial Mass Function. Using the spectroscopic survey SEGUE we selected Main Sequence Turnoff (MSTO) stars (Cheng et al 2012) and K giants to study the metallicity distribution of the thin and thick discs. We computed a distance for each star from the relation between effective temperatures and absolute magnitudes for the observed and simulated catalogs. These two catalogues have the same biases in distances, therefore are comparable. We developed a tool based on a MCMC-ABC method to determine the metallicity distribution and study the correlations between the fitted parameters. We confirmed a radial metallicity gradient of -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 for the thin disc. We obtained a solar neighborhood metallicity of the thick disc of -0.47 ± 0.03 dex similar to previous studies and the thick disc shows no gradient but the data are compatible with an inner positive gradient followed by a outer negative one. Furthermore, we have applied the developed tools to the Gaia-ESO spectroscopic survey and computed the metallicity distribution of F/G/K stars in the thin and thick disc assuming a two epoch formation for the thick disc of the Milky Way. We obtained a local metallicity in the thick disc of -0.23 ± 0.04 dex slightly higher than the one obtained with SEGUE but in agreement with Adibekyan et al. (2013) and a radial metallicity gradient for the thick disc in agreement with our previous analysis of SEGUE data and the literature. The local metallicity is in fair agreement with literature at the 3σ level but because the GES data is an internal release under testing further analysis with more data and better calibrations have to be done. The existence of a flat gradient in the thick disc can be a consequence of an early formation from a highly turbulent homogeneous well mixed gas, unless it has suffered heavy radial mixing later on.