Les supergéantes rouges (RSG) sont des étoiles massives ( 10 < Msun < 30) qui, grâce à leur haute luminosité infrarouge, sont des indicateurs des distances intergalactiques et des sondes de la structure galactique. La compréhension de leurs propriétés est cruciale et elle touche à différents thèmes astrophysiques.<br />Les simulations numériques 3D d'hydrodynamique radiative (RHD), obtenues avec le code CO5BOLD (Freytag, Steffen, Ludwig et al.), aident à trouver la réponse aux principales questions concernant les RSGs.<br />J'ai conçu un code de transfert radiatif en 3D qui calcule des spectres et des cartes d'intensité à partir des simulations RHD. Grâce à cet outil, j'étudie en détail les principales caractéristiques des modèles RHD à différentes longueurs d'onde. J'examine ensuite l'impact de la convection sur les raies spectrales en terme d'asymétries et de décalages, et je prédis les variations de bisecteurs et du photocentre en vue de futures observations.<br />Par la suite, je cherche les vitesses caractéristiques de l'atmosphère des RSGs, et je constate que les simulations sont en accord avec les observations même si l'amplitude des vitesses est plus petite que celle observée.<br />Les structures convectives affectent les courbes de visibilités et les clôtures de phases, qui montrent clairement une nette déviation de la symétrie circulaire. Tout en les analysant, je cherche des contraintes pour les simulations RHD et je montre que l'interférométrie est le moyen observationnel privilégié pour caractériser la convection dans les RSGs.<br />Le problème majeur des simulations RHD est le traitement gris des opacités. J'explore les effets du passage au non-gris sur les observables en utilisant un premier modèle de test non-gris.

Les mécanismes physiques de la perte de masse des étoiles évoluées sont encore largement inconnus. Ce processus essentiel est pourtant le moteur principal de l'évolution chimique du milieu interstellaire. Pour les supergéantes rouges (SGR), le déclenchement de l'éjection de la matière et les mécanismes de condensation de la poussière demeurent mal compris. La façon dont les géantes rouges parviennent à former des nébuleuses planétaires non-Sphériques est aussi inconnue. Au cours de ma thèse j'ai étudié des étoiles évoluées grâce à des techniques de haute résolution angulaire permettant de détailler leur surface et leur environnement proche où se trouve l'origine de la perte de masse. À partir d'observations interférométriques en infrarouge (IR), j'ai caractérisé l'enveloppe de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone de la SGR Bételgeuse. J'ai également suivi l'évolution d'un point chaud à sa surface et analysé la structure de sa convection ainsi que celle d'Antarès (une autre SGR très proche) grâce à des simulations hydrodynamiques radiatives. L'imagerie à la limite de diffraction (optique adaptative en IR, télescope spatial en ultraviolet) m'a permis d'étudier l'évolution des inhomogénéités de l'enveloppe circumstellaire de Bételgeuse et découvrir un disque circumstellaire autour de L2 Puppis, une étoile de la branche asymptotique des géantes. Ces observations multi-Longueurs d'onde, répétées à plusieurs époques, m'ont permis d'initier un suivi temporel et d'apporter des informations sur la dynamique en jeu. Renouvelé sur un plus grand échantillon d'étoiles dans les années à venir, ce programme permettra de mieux appréhender la perte de masse des étoiles évoluées. / Mass loss of evolved stars is still largely mysterious, despite its importance as the main evolution engine for the chemical composition of the interstellar medium. For red supergiants (RSG), the triggering of the outflow and the mechanism of dust condensation remain unknown. Concerning red giant stars, we still do not know how their mass loss is able to form a bipolar planetary nebula. During my PhD thesis, I observed evolved stars with high angular resolution techniques. They allowed us to study the surface and the close environment of these stars, from where mass loss originates. With near-Infrared interferometric observations, I characterized the water vapor and carbon monoxide envelope of the nearby RSG Betelgeuse. I also monitored a hot spot on its surface and analyzed the structure of its convection, as well as that of Antares (another very nearby supergiant) thanks to radiative hydrodynamical simulations. Diffraction-Limited imaging techniques (near-Infrared adaptive optics, ultraviolet space telescope) allowed me to observe the evolution of inhomogeneities in the circumstellar envelope of Betelgeuse and to discover a circumstellar disk around L2 Puppis, an asymptotic giant branch star. These multi-Scale and multi-Wavelength observations obtained at several epochs allowed us to monitor the evolution of the structures and to derive information on the dynamics of the stellar environment. With a wider stellar sample expected in the next few years, this observing program will allow a better understanding of the mass loss of evolved stars.