L’un des plus grands défis de la cosmologie moderne est d’expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers dans son histoire récente. La découverte de cette accélération s’est faite grâce à des mesures de supernovae, ces dernières restant les sondes les plus puissantes pour charactériser cette accélération. Cette thèse vise à présenter l’analyse finale du Supernova Legacy Survey (SNLS) qui sera publiée en 2015. Nous commençons par présenter les fondements théoriques de la cosmologie moderne, en nous focalisant en particulier sur les défis théoriques que présente cette accélération. Nous introduisont ensuite les supernovae de type Ia (SNIa) et justifions leur usage en tant que sonde cosmologique. Par la suite, nous donnons un aperçu global de l’expérience SNLS. Nous abordons alors les aspects techniques de l’analyse. Nous commençons par l’exploration du processus de photométrie, utilisé pour la mesure des supernovae. Nous détaillons alors la nouvelle méthode de photométrie implémentée par SNLS qui évite le rééchantillonnage des images. Nous explorons aussi les simulations mise en œuvre dans le but de garantir la linéarité de la méthode au dessous de 1 pour mille. Nous explorons ensuite la procédure de calibration associée à ces mesures utilisant des étoiles de champ dont la précision de calibration atteint les 3.5 pour mille. Enfin, nous terminons avec une description détaillée de la mise en oeuvre de tous les outils présentés, afin d’extraire des paramètres cosmologiques des données. Afin d’estimer la capacité de SNLS à contraindre les paramètres cosmologiques, nous contruisons un diagramme de Hubble grâce à une analyse préliminaire des données incluant 960 supernovae, dont 450 provenant du SNLS. La combinaison de ce diagramme de Hubble avec des contraintes apportées d’autres sondes cosmologiques mène à une incertitude sur le paramètre de l’équation d’état de l’énergie noire de 0.048, la mesure la plus précise jusqu’à nos jours. / A significant open question of modern cosmology is explaining the accelerated expansion of the universe in late times. The discovery of this acceleration was made using supernova measurements, which continue to be the most significant probe with which to characterize this acceleration. This thesis concerns itself with presenting the final analysis of the Supernova Legacy Survey (SNLS) which will be published in 2015. We begin by presenting the theoretical foundations of modern cosmology, with special emphasis on the challenges presented by acceleration. We then introduce type Ia supernovae (SNIa) and motivate their use as probes of cosmic expansion. Afterwards, we give an overview of the SNLS experiment. We then move on to the technical aspects of the analysis that was carried out. We start by exploring the process of photometry, with which supernova measurements are made. Here we look at the newly implemented photometry method that avoids resampling images. We also explore simulations aimed at ensuring the method’s linearity up to less than 1 per mille. We then explain the calibration process associated with these measurements using field stars calibrated up to the 3.5 per mille level. Finally, we end with an in depth look at the cosmology analysis itself, which utilizes all the tools we have explored to extract cosmological parameters from the data. To estimate the constraining power of the SNLS experiment, we undertake a preliminary analysis of the data by constructing a Hubble diagram using 960 supernovae, of which 450 come from the SNLS. Combining this Hubble diagram with constraints from other cosmological probes leads to an uncertainty on the equation of state parameter of dark energy of 0.048, its most preciseconstraint to date.

Cette thèse s'intéresse à divers aspects de l'univers de Dirac-Milne, un modèle cosmologique dans lequel matière et antimatière sont présentes en quantités égales et où l'on suppose, comme pourrait le suggérer la relativité générale à travers les propriétés des solutions de Kerr-Newman, que l'antimatière possède une masse gravitationnelle active négative. Ces hypothèses permettent de s'affranchir de la nécessité d'introduire Inflation, Énergie Noire et Matière Noire, dont les mises en évidences expérimentales et les motivations théoriques font parfois défaut. La présence en quantités égales de matière de masse positive et d'antimatière de masse négative impose une évolution du facteur d'expansion linéaire par rapport au temps. Après avoir rappelé les concepts basiques de la cosmologie, certaines implications de cette évolution linéaire sont étudiées. L'étude complète de la nucléosynthèse primordiale dans le cadre de ce modèle alternatif permet de montrer qu'une production primordiale de deutérium est rendue possible par la présence d'annihilations résiduelles entre matière et antimatière à des époques précédant la recombinaison. Toutefois, ce mécanisme de production secondaire conduit à une surproduction d'hélium-3, potentiellement incompatible avec les observations. Bien que l'univers de Dirac-Milne ne présente pas d'accélération de l'expansion aux époques récentes, il est montré que ce modèle satisfait raisonnablement bien au test cosmologique des supernovae de type Ia. De même, l'échelle angulaire du premier pic acoustique des fluctuations de température du fond diffus cosmologique apparaît naturellement à l'échelle du degré. Même si l'étude complète du spectre de ces fluctuations et de la cohérence de la notion de masse négative reste encore à approfondir, ce travail pose les bases d'un modèle cosmologique original et potentiellement capable de donner une autre description de notre Univers.

Cette thèse, effectuée à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), s'inscrit dans le cadre de l'expérience SNfactory, dédiée à l'observation précise d'un grand nombre de supernovae de type Ia. Ces explosions thermonucléaires de naines blanches, très lumineuses, sont aujourd'hui les meilleures chandelles standards connues et ont de ce fait un grand intérêt pour la cosmologie.<br />Les travaux exposés ici contribuent à l'étalonnage de SNIFS, le spectrographe à champ intégral utilisé par SNfactory pour l'observation des supernovae de type Ia. Une étude des CCD a été effectuée ainsi que la collection de spectres d'étoiles de référence pour l'étalonnage en flux de l'instrument. La contribution principale a consisté en la réalisation d'un code complet pour l'extraction du spectre d'une source ponctuelle à partir du cube pré-étalonné de données. Le procédé choisi est la photométrie de PSF (Point Spread Function), nécessaire ici du fait de la petite taille du champ observé. Le flux perdu peut ainsi être évalué, et l'on atteint une qualité de mesure du flux de l'ordre du pourcent, objectif de l'expérience.

Vers la fin des années 1990, l'utilisation des supernovae de type Ia (SNe Ia) comme indicateurs de distance a permis de mettre en évidence l'expansion accélérée de l'univers. Depuis lors, des campagnes d'observations de grandes envergures ont permis d'augmenter de façon significative le nombre de SNe Ia observées, mais les incertitudes systématiques liées à la qualité des échantillons de SNe Ia proches restent un facteur limitant sur la précision des mesures actuelles. C'est dans le but de réduire ces incertitudes que le projet the Nearby Supernova Factory (SNfactory), à l'aide d'un instrument spectro-photométrique dédié à l'observation des SNe Ia (the Supernova Integral Field Spectrograph), a collecté depuis 2004 plus de 3000 spectres de près de 200 SNe Ia proches. Une des limitations actuelles de leur utilisation, outre les aspects liés aux problèmes d'inter-calibration entre les différentes expériences, est celle du mélange des différentes composantes de leurs variabilités lors de la standardisation empirique de leur module de distance. Une meilleure séparation de ces composantes, ainsi que la découverte de nouveaux indicateurs de distance, font partie des améliorations que peut apporter un échantillon spectral de SNe Ia proches tel que celui de la collaboration SNfactory. Cette thèse de doctorat, effectuée à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon et au Lawrence Berkeley National Laboratory, s'inscrit directement dans cette problématique, en se concentrant sur la mesure d'indicateurs spectraux sur l'échantillon spectral de la collaboration Snfactory. Le plan de cette thèse est le suivant : La première partie présente le contexte scientifique ainsi que l'échantillon de SNe Ia de la collaboration SNfactory utilisé dans les analyses. La deuxième partie se concentre sur la méthode de mesure d'indicateurs spectraux appliquée à l'échantillon spectrale présenté, ainsi que sur une étude de leur sensibilité à l'extinction par le milieu interstellaire. La troisième partie est une étude des corrélations des indicateurs spectraux et de leur utilisation pour la standardisation des Sne Ia. Dans la dernière partie, une utilisation de ces indicateurs spectraux pour la détermination d'une loi d'extinction moyenne est présentée

Vers la fin des années 1990, l’utilisation des supernovae de type Ia (SNe Ia) comme indicateurs de distance a permis de mettre en évidence l’expansion accélérée de l’univers. Depuis lors, des campagnes d’observations de grandes envergures ont permis d’augmenter de façon significative le nombre de SNe Ia observées, mais les incertitudes systématiques liées à la qualité des échantillons de SNe Ia proches restent un facteur limitant sur la précision des mesures actuelles. C’est dans le but de réduire ces incertitudes que le projet the Nearby Supernova Factory (SNfactory), à l’aide d’un instrument spectro-photométrique dédié à l’observation des SNe Ia (the Supernova Integral Field Spectrograph), a collecté depuis 2004 plus de 3000 spectres de près de 200 SNe Ia proches. Une des limitations actuelles de leur utilisation, outre les aspects liés aux problèmes d’inter-calibration entre les différentes expériences, est celle du mélange des différentes composantes de leurs variabilités lors de la standardisation empirique de leur module de distance. Une meilleure séparation de ces composantes, ainsi que la découverte de nouveaux indicateurs de distance, font partie des améliorations que peut apporter un échantillon spectral de SNe Ia proches tel que celui de la collaboration SNfactory. Cette thèse de doctorat, effectuée à l’Institut de Physique Nucléaire de Lyon et au Lawrence Berkeley National Laboratory, s’inscrit directement dans cette problématique, en se concentrant sur la mesure d’indicateurs spectraux sur l’échantillon spectral de la collaboration Snfactory. Le plan de cette thèse est le suivant : La première partie présente le contexte scientifique ainsi que l’échantillon de SNe Ia de la collaboration SNfactory utilisé dans les analyses. La deuxième partie se concentre sur la méthode de mesure d’indicateurs spectraux appliquée à l’échantillon spectrale présenté, ainsi que sur une étude de leur sensibilité à l’extinction par le milieu interstellaire. La troisième partie est une étude des corrélations des indicateurs spectraux et de leur utilisation pour la standardisation des Sne Ia. Dans la dernière partie, une utilisation de ces indicateurs spectraux pour la détermination d’une loi d’extinction moyenne est présentée / One of the current limitations of type Ia supernovae used as distance indicators is themixing of their different sources of variabilitiy during the empirical standardization of their distance modulus. Using the nearby SNe Ia spectral sample observed by the Nearby Supernovae Collaboration with the instrument SNIFS (Supernovae Intergral Field Sperctrograph), this thesis mainly focuses on this problematic using spectral indicators measurements. The first part of the thesis presents the scientific context as well as the sample used in the analysis. The second part focus on the spectral indicators measurement and their properties in the presence of interstellar dust extinction. The third part is a study of spectral indicators correlations and their use as standardization parameters. In the last part, we use these spectral indicators to construct a mean extinction law for type Ia supernovae

Les supernovae de type Ia (SNe Ia) sont de puissants indicateurs de distance cosmologique. Elles sont à l'origine de la découverte de l'énergie noire dans l'univers et restent aujourd'hui la meilleure méthode pour contraindre son équation d'état. Cependant, nous ignorons toujours le phénomène exact donnant naissance à ces supernovae. Notamment, nous ne connaissons pas l'influence de l'évolution des paramètres stellaires avec le redshift sur la luminosité de ces objets et donc sur les ajustements cosmologiques. De récentes études ont mis en évidence évidence des biais environnementaux ayant un impact significatif sur les mesures des paramètres cosmologiques. Cependant, ces études analysent les hôtes des SNe Ia dans leur globalité en négligeant les variations pourtant connues des propriétés stellaires et gazeuses au sein de ces galaxies. ! Dans cette thèse je montre comment les données de spectrographie à champ intégral de la collaboration The Nearby Supernova Factory permettent l'étude de l'environnement immédiat (~kpc) de la SNe Ia. Dans une première partie, j'introduis les bases physiques et le contexte scientifique dans lesquels ma thèse s'inscrit. Dans la seconde partie, je commence par détailler les techniques d'extraction des données environnementales locales et, une fois ces données extraites, je développe la mesure du taux de formation stellaire environnant les SNe Ia à partir du signal Hα. Dans mon analyse, je montre comment les propriétés des SNe Ia, et notamment leur luminosité standardisée, dépendent de la présence de formation stellaire à proximité. Ce biais, duquel découlent les biais environnementaux précédemment évoqués, a un impact significatif sur la cosmologie. En se basant sur les évolutions des propriétés stellaires des galaxies, je construit un modèle d'évolution de la luminosité moyenne des SNe Ia en fonction du redshift pour estimer cet impact; les données de la littérature semblent confirmer mes hypothèses. Ces résultats ont été publiés dans le journal européen Astronomy & Astrophysics (Rigault et al. 2013). Dans une troisième partie, je présente des analyses supplémentaires sur l'environnement local des SNe Ia et je suggère de nouvelles approches. ! Cette thèse a mis en évidence un biais environnemental important sur les propriétés des SNe Ia que seule l'analyse locale permet d'aborder. Cette découverte est une étape importante dans la compréhension de ces objets et dans l'amélioration de leur utilisation cosmologique / Type Ia supernovae (SNe Ia) are powerful cosmological distance indicators. They were key tools for the discovery of the accelerating expansion of the Universe and today they remain the strongest demonstrated technique for measuring the dark-energy equation of state. However, a major issue remains: despite decades of study, their progenitors are as yet undetermined. Notably, we still ignore the influence of the redshift-evolution of stellar properties on the absolute luminosity of the SNe Ia and therefore on the fitted cosmological parameters. Recent studies have highlighted potential biases correlated with the global properties of their host galaxies, large enough to induce systematic errors into cosmological measurements if not properly treated. However, those studies analyse hosts of Type Ia supernovae globally thus neglecting the known stellar and gas property variations across galaxies. ! In this thesis, I show how integral field spectroscopy data from the Nearby Supernova Factory allow the study of the local environment of the SNe Ia (~kpc). In the first part of this document, I introduce the physical principals and the scientific context of this work. In a second part, I start by detailing the technical extraction tools developed in order to extract the local host properties. Then, I show how one could measure the star formation activity in the SN vicinity from those data. I focus the analysis on this star formation activity and notably I show how the SNe Ia properties -- particularly their standardised Hubble residuals -- depend on the local host environment, which corresponds to a significant cosmological bias. I finish this second part by introducing a simple model based on the known evolution of the galactic star formation activity. This model enables me to estimate the potential influence of the aforementioned environmental bias on cosmology. I also show that this model can be tested using public data and a first analyses tend to confirm our hypotheses. Those results have been published in Astronomy & Astrophysics (Rigault et al. 2013). The third and last part of the document introduces new approaches and future work perspectives. ! In this thesis, I have highlighted significant environmental biases in SNe Ia properties, thanks to the local approach. However, those biases are less an issue for the cosmological analyses using Type Ia supernovae than a new opportunity to improve them as cosmological probes. ! This Document is written in French. The figures are in English

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la collaboration internationale SuperNova Legacy Survey, SNLS. Les objectifs majeurs de ce projet sont de mesurer de manière précise les paramètres cosmologiques et d'étudier les caractéristiques de l'énergie noire, par l'intermédiaire de son équation d'état. Pour cela, un large échantillon de SNe Ia à grands décalages spectraux est récolté l'aide de la caméra MegaCam, installée sur le télescope CFH de 3.6 mètres de diamètre, situé à Hawaï. Plusieurs centaines de SNe Ia, à des décalages vers le rouge compris entre 0.3 et 1, sont attendues durant les cinq ans prévus pour le projet. Nous montrons dans un premier temps comment les SNe de type Ia peuvent être utilisées comme des chandelles standard, objets dont la luminosité est reproductible, en vue de faire des mesures de distance en cosmologie. Nous présentons ensuite les différentes étapes menant de l'image brute fournie par le télescope à la découverte de la supernova, puis à la détermination de sa magnitude grâce à un catalogue d'étoiles standard. Le suivi photométrique des SNe, afin de construire leurs courbes de lumière, et la recherche de nouveaux candidats se font de manière simultanée en observant de façon répétée les mêmes champs. Un modèle de courbe de lumière a été élaboré dans le but d'estimer le flux de la supernova dans son référentiel, pour un large domaine de longueurs d'onde. Les paramètres issus de l'ajustement de la courbe de lumière (luminosité au maximum, taux de déclin, couleur) sont ensuite utilisés pour construire un estimateur de distance. La comparaison de distance entre des SNe proches, provenant de la littérature, et les SNe lointaines découvertes dans SNLS permet de déterminer les paramètres cosmologiques. Les résultats ainsi obtenus confirment bien la présence d'une énergie noire, qui semble se présenter sous la forme d'une constante cosmologique.

Aprs avoir rappel le contexte thorique et observationnel de la cosmologie dans le modle ``standard'', cette thse prsente comment, partir de la comparaison des luminosits apparentes de supernovae de type Ia (SNIa) proches et lointaines , il est possible de prciser la gomtrie de l'univers et de faire des mesures des principaux paramtres cosmologiques. Nous dcrivons, ensuite, comment partir d'observations l'aide de l'imageur large champ de vue CFH12K mont sur le CFHT (Canada France Hawaii Telescope, 3.6m, Hawaii) et d'outils logiciels dvelopps au sein de notre groupe, nous avons pu dcouvrir durant la campagne de recherche du Supernova Cosmology Project du printemps 2001 un lot de 4 SNIa lointaines. Une recherche similaire effectue auprs du CTIO (Cerro Tololo Interamerican Telescope, 4m, Chili) par nos collaborateurs a permis la dcouverte d'une dizaine de supernovae supplmentaires. Nous prsentons dans cette thse l'analyse des 6 supernovae les plus lointaines (avec des dcalages vers le rouge compris entre 0.5 et 1.2) qui ont t suivies par l'instrument WFPC2 du tlescope spatial Hubble. A partir de ces observations, nous avons construit leur courbe de lumire en utilisant des outils de photomtrie diffrentielle spcifique l'instrument WFPC2 dvelopps lors de ce travail. La simulation du flux de ces supernovae dans les instruments d'observation a permis de construire des modles de courbe de lumire et ainsi l'ajustement de leurs caractristiques : luminosit apparente au maximum et taux de dcroissance. Enfin, la comparaison de ce lot un lot d'une centaine de SNIa proches issues de la littrature, nous a permis de faire une mesure des paramtres cosmologiques. Nous trouvons, en considrant un univers plat, des valeurs respectives pour la densit rduite de matire de 0.35 (0.15 stat) et 0.22 (0.25 stat) pour les supernovae avec un dcalage vers le rouge autour de 0.5 et autour de 1.

Cette these s'inscrit dans le cadre de l'experience SuperNova factory, une collaboration franco-americaine associant une vingtaine de chercheurs. Le but de cette experience est d'ameliorer l'utilisation des supernovae de type Ia en cosmologie en affinant notre comprehension de la diversite des SNIa et en augmentant la statistique disponible a bas redshift (entre 0.03 et 0.08).<br /><br />Apres avoir presente ces aspects, j'ai presente plus specifiquement l'experience SNfactory. Cette experience se compose de deux versants : l'un d'eux est la recherche de supernovae avec les donnees de la camera QUEST-II installee sur un telescope du Mont Palomar (Californie) et l'autre est le suivi grace a un instrument dedie nomme SNIFS installe en permanence sur le telescope de l'Universite de Hawaii au sommet du Mauna Kea.<br /><br />Mon travail a porte sur les voies spectroscopiques de SNIFS : une simulation d'un cube de donnees et une methode d'extraction de spectres par minimisation des moindres carres sont presentees ici, ainsi qu'une discussion sur le choix de la PSF a adopter. L'objectif de precision de la calibration en flux de 1 % lors de nuits photometriques peut etre atteint a l'aide d'une telle extraction.<br /><br />J'ai enfin presente une analyse d'un echantillon de dix supernovae, notamment en mesurant la vitesse d'expansion calculee a partir du decalage vers le bleu de 4 raies du spectre a l'aide d'une methode novatrice. Ces mesures montrent que 20 % de l'echantillon presente un comportement notablement different du comportement moyen.

Les supernovae de type Ia (SNe Ia) sont un des piliers de la cosmologie observationnelle moderne, celles-ci étant de bonnes chandelles standards utilisables pour des mesures de distances dans l'univers. L'analyse cosmologique à partir des SNe Ia s'appuie sur les mesures d'objets à grands et petits décalages vers le rouge (z), et actuellement le faible nombre d'observations de ces derniers constitue une source majeure d'incertitude.<br /><br />Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'expérience SNfactory, qui a pour objectif l'observation de SNe Ia proches (0.03 < z < 0.08) grâce à un spectrographe de champ intégral, SNIFS. Le travail présenté a porté d'une part sur l'étalonnage de la voie photométrique de SNIFS, et d'autre part sur l'analyse des courbes de lumière spectrophotométriques issues des données de SNIFS. Ces études ont abouties à la création du premier diagramme d'Hubble spectrophotométrique pour des SNe Ia proches.<br /><br />Une chaîne d'extraction de rapports photométriques entre nuits, nécessaires pour l'étalonnage en flux des spectres, a été mise en oeuvre. Les erreurs systématiques de ces rapports ont été estimées comme étant inférieures à 2%, et les courbes de lumière spectrophotométriques d'étoiles standards montrent une précision de 5% pour l'étalonnage absolu en flux dans des conditions non-photométriques. Les résidus du diagramme d'Hubble obtenu présentent une dispersion plus petite que celui fait avec les données disponibles à ce jour. Un ajustement cosmologique sans K-correction montre une réduction supplémentaire de 5%, qui jusqu'à présent était indistinguable de la "dispersion intrinsèque" des SNe Ia.