L'avènement des télescopes de classe de 30 à40 m va permettre l'étude de la formation et l'évolution des galaxies primordiales de l'univers. Le concept d'optique adaptative multi-objet (MOAO) a alors été proposé pour la conception des futurs spectrographes de l'E-ELT. Cette technique repose sur un contrôle en boucle ouverte du miroir déformable, et sur la reconstruction tomographique du front d'onde dans les directions d'intérèts. La MOAO a donc besoin d'être validée sur le ciel, c'est le rôle du démonstrateur CANARY. Cet instrument est doté de voies d'analyse du front d'onde sur des étoiles guides naturelles et lasers. À partir des mesures de ces analyseurs, l'algorithme Learn&Apply estime les mesures d'un analyseur sur l'axe, communément appelé le Truth Sensor, pour piloter le miroir déformable de CANARY. Le but de l'expérience est alors de démontrer la faisabilité technique de la MOAO, et de chiffrer les performances de CANARY sur le ciel. Cette thèse a pour but de donner des éléments de réponse aux interrogations actuelles concernant la MOAO. Ce manuscrit donne une extension et une analyse détaillée de la synthèse du reconstructeur tomographique avec étoiles lasers. La modélisation complète d'un système MOAO y est discutée et validée. La thèse a consisté à recueillir des données sur le ciel de CANARY au WHT, puis à les exploiter pour évaluer les performances de la MOAO sur le ciel. Une analyse statistique de la profilométrie de la turbulence et des performances est discutée, notamment pour évaluer l'impact de la tomographie et des étoiles lasers.

Le télescope ANTARES, grâce auquel j'ai réalisé mon travail de thèse, permet d'étendre notre observation de l'univers au travers des neutrinos. Celui-ci est maintenant arrivé au terme de sa construction au large des côtes méditerranéennes à une profondeur de ~2500m et consiste à détecter, par l'intermédiaire de photomultiplicateurs, la lumière Čerenkov produite lors du passage d'un muon (produit de l'interaction neutrino/milieu terrestre par courant chargé) dont la vitesse est supérieur à la vitesse de la lumière dans lemilieu (l'eau). Sa direction reconstruite nous permet alors d'en déduire son origine. Nous sommes actuellement à 12 lignes déployées et connectées sur le site depuis la fin Mai 2008 avec lesquelles un très grand nombre de muons ont déjà été collectés. Chaque ligne verticale possède une batterie de 25 étages équipés chacun de trois PMTs avec l'électronique associée. Ma thèse a donc consisté à calibrer, avant le déploiement de chaque ligne, les photomultiplicateurs en temps et en charge afin d'en extraire les données nécessaires à la reconstruction et l'identification de traces de muons montants ou descendants (d'origine astrophysique ou atmosphérique). Ainsi, c'est grâce aux informations directionnelles que la détection indirecte de matière noire devient possible dans le cas par exemple de son auto-annihilation au sein du Soleil.

Les succès des récentes mesures des anisotropies en température et en polarisation du spectre du fond diffus cosmologique (CMB), notamment par les satellites WMAP et bientôt PLANCK, ont considérablement transformé les perspectives en cosmologie. Sur le plan scientifique, celles ci viennent fortement confirmer le scénario du Big Bang et ont contribué à établir un modèle standard de la Cosmolgie appelé ΛCDM. Les efforts sont aujourd'hui portés sur la polarisation de ce rayonnement. En effet pendant une période inflationnaire où l'univers aurait subi une expansion accélérée, un mode particulier de polarisation du CMB appelé mode B aurait été généré par des ondes gravitationnelles primordiales. La mesure de ces modes B primordiaux pousse les contraintes instrumentales de 3 à 5 ordres de grandeur. Leur détection éventuelle fait du CMB un enjeu pour la physique fondamentale en tant que preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles, tout en nous offrant une fenêtre unique et riche en information sur les tout premiers instants de l'Univers. Mon travail de thèse aborde cette problématique au niveau instrumental. Les détecteurs utilisés sont aujourd'hui en dessous du bruit lié à la statistique d'arrivée des photons. Le seul moyen d'améliorer la sensibilité est donc d'augmenter soit le temps d'observation, soit le nombre de détecteurs, en prenant soin de réduire au maximum les sources d'erreurs systématiques. Une des solutions les plus prometteuses est le développement de la technologie supraconductrice. Cette dernière offre une réponse à ces deux problèmes : - Une facilité de réalisation en matrice en utilisant des techniques de micro-fabrication. - La possibilité d'utiliser une contre-réaction négative afin d'améliorer l'uniformisation de leur réponse et ainsi réduire les effets systématiques.

Le télescope à neutrinos ANTARES est situé à 2500 mètres de profondeur, et est composé d'un réseau de 900 photomultiplicateurs installés pour la détection de la lumière Cherenkov émise par des muons, induits par l'interaction de neutrinos avec la matière, et dans le but de reconstruire leur direction. Cependant en outre d'être en mesure de détecter des neutrinos de hautes énergies, les télescope à neutrinos pourraient mesurer le passage de monopôles magnétiques dans le détecteur. Dans ce travail, ont été présentées tout d'abord les différentes méthodes d'étalonnage utilisées afin de caractériser les photomultiplicateurs, qui sont le cœur d'un télescope à neutrinos. La possibilité de détecter des monopôles magnétiques avec ANTARES a ensuite été abordée, puis une première analyse optimisée pour la recherche de monopôles de hautes vitesses a montré la grande sensibilité offerte par le télescope. Enfin, un algorithme de reconstruction de traces a été modifié, et une nouvelle analyse cette fois sensible sur une plus grande gamme de vitesse a été effectuée. Après l'application de la dernière analyse sur les données prises en 2008 par le télescope ANTARES, de nouvelles limites supérieures sur le flux de monopôles magnétiques ascendants de masse inférieure 'a 1014 GeV ont finalement été obtenues, et sont les meilleures contraintes expérimentales sur leur flux pour la région de vitesse β " [0.625, 0.995].

Le télescope ANTARES pour detecter les neutrinos de haute énergie est un réseau tridimensionnel de photomultiplicateurs répartis sur 12 lignes, installés sur le fond marin de la Méditerranée. Le détecteur a été utilisé dans des configurations partielles depuis Mars 2006 et le déploiement a été achevée en mai 2008. Le principal objectif de l'expérience est la recherche de neutrinos de haute énergie à partir de sources astrophysiques . Un télescope à neutrinos dans l'hémisphère Nord inclut le centre galactique dans son champ de vision et il peut être considéré comme complémentaire au télescope IceCube en Antarctique. Le détecteur est optimisée pour la détection de neutrinos muoniques, au delà de la seuile de 1 TeV et en détectant les muons issus des interactions, particules chargées qui peuvent voyager kilomètres et sont presque colinéaires avec les neutrinos originaires. Les neutrinos de haute énergie peuvent avoir différentes origines : ils pourraient être créés lors de l'interaction des rayons cosmiques énergétiques élevés avec le CMB ou dans des phénomènes cosmologiques tels que restes de supernovae ou AGN. Il y a d'autres sources possibles en raison de nouvelles théories dans le domaine de la physique au-delà du Modèle Standard. Dans ma troisième année de thèse, j'ai effectué la recherche pour des neutrinos muoniques extraterrestres d'énergie ultra-haute (dans la gamme dynamique de 100 PeV - 10 EEV) issus de sources non résolues . Si la sensibilité des techniques de recherche de sources ponctuelles est trop petit à détecter flux de neutrinos de corps célestes individuels, il est possible que les sources ensemble pourraient produire un excès d'événements au cours du fond de neutrinos atmosphériques et reconnaissable comme un signal UHE. La sensibilité du détecteur de neutrinos ANTARES à diffuser est évaluée à partir de simulations MonteCarlo, une production dédiée à la gamme d'énergies écrit ci-dessus. L'absorption des neutrinos par la Terre pour des énergies supérieures que PeV avait été prise en compte, de sorte que la recherche de l' astrophysique signal est limitée près de l'horizon. Dans cette zone angulaire la plus sévère source de fond sont les neutrinos atmosphériques , mais aussi les muons atmospheriques qui même très réduites en nombre, peuvent feindre un signal cosmique. Sachant que les événements UHE déposent une grande quantité de lumière dans le détecteur , six des variables de ce type ont été choisies et ensuite une combinaison d'entre eux a été utilisés pour discriminer le signal du fond. J'ai pris en compte les différentes configurations de détection du Dec. 2008 à Décembre 2011 lors de l'analyse des données , avec une durée de vie équivalente de 800 jours. Les résultats sont représentés et la limite supérieure de flux diffus de neutrinos va être estimé, compte tenu de différents types de flux de UHE astrophysique sources d'accélération , comme AGN , un Waxman - Bahcall comme spectre ou un modèle de GZK coupure , dans le scénario de neutrinos cosmologique.

L'acquisition d'images en comptage de photons du spectre visible, avec une grande précision sur la date de chaque photo événement, est particulièrement profitable pour les techniques d'observation au sol. Dans la première partie de cette thèse, après une revue des différentes techniques d'acquisition et de traitements des photoévénements, je présente un nouveau type de caméra à comptage, remarquable pour sa haute résolution temporelle et son haut flux maximum, la caméra DELTA (Détection d'Événements Lumineux par Trois Axes). Je décris le principe de cette caméra, ainsi que différentes solutions techniques (optique, électronique, informatique) qui pourraient être employées. J'expose également des nouvelles techniques de mesure et d'exploitation de l'information temporelle liée aux photoévénements. La seconde partie de mon travail concerne la détection et le suivi des franges en interférométrie stellaire optique à longue base au sol. Après une étude statistique du problème, je décris les différentes façons d'introduire dans les données de l'information a priori pour une meilleure efficacité de la détection. Une des méthodes proposées, utilisant l'information a priori sur le piston atmosphérique fait appel a une datation précise des photons, et par conséquent aux techniques décrites dans la première partie.

Nous présentons la découverte de quatorze nouveaux systèmes binaires ayant une séparation supérieure à 250 UA et dont au moins l'une des composantes est une naine M ou une naine L. Ces systèmes ont d'abord été identifiés en cherchant des objets ayant un mouvement propre commun autour d'étoiles connues possédant un mouvement propre élevé, grâce à une corrélation croisée de grands relevés du ciel dans l'infrarouge proche (2MASS, SDSS et SIMP). Un suivi astrométrique, afin de confirmer le mouvement propre commun, a été réalisé sur toutes les cibles avec la caméra SIMON et/ou la caméra CPAPIR à l'Observatoire du Mont-Mégatic (OMM) ou à l'Observatoire interaméricain du Cerro Tololo (CTIO). Un suivi spectroscopique a aussi été effectué sur la plupart des compagnons avec GMOS ou GNIRS à Gemini afin de déterminer leurs types spectraux. La probabilité que deux objets forment un système binaire par hasard a été évaluée afin de s'assurer que les couples candidats que nous présentons soient réellement liés.Un de nos nouveaux systèmes a un compagnon de masse sous-stellaire : 2M1259+1001 (L4.5). L'étude des systèmes que nous avons découverts pourra, entre autre, nous aider à mieux comprendre les mécanismes de formation des étoiles de très faible masse et des naines brunes. / We report the discovery of 14 new low-mass binary systems containing mid-M to mid-L dwarf companions with a separation larger than 250 AU. These systems were first identified by searching for common proper motion sources in the vicinity of known high proper motion stars, based on a cross-correlation of wide area near-infrared surveys (2MASS, SDSS, and SIMP). An astrometric follow-up, for common proper motion confirmation, was made with SIMON and/or CPAPIR at the Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) and Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) telescopes for most of the candidates identified. A spectroscopic follow-up was also made with GMOS or GNIRS at Gemini to determine their spectral types. Statistical arguments are provided to show that all of the systems we report here are very likely to be truly bound. One of the new systems we discovered has a brown dwarf companion: 2M1259+1001 (L4.5). The study of the new systems we have discovered will be useful to help us better understand how very low mass stars and brown dwarfs form.

The Bethe-Weizsäcker cycle consists of a set of nuclear reactions that convert hydrogen into helium and release energy in the stars. It determines the luminosity of low-metal stars at their turn-off from the main-sequence in the Hertzsprung-Russel diagram, so its rate enters the calculation of the globular clusters’ age, an independent lower limit on the age of the universe. The cycle contributes less than 1% to our Sun’s luminosity, but it produces neutrinos that can in principle be measured on Earth in underground experiments and bring direct information of the physical conditions in the solar core, provided that the nuclear reaction rate is known with sufficient precision. The 14N(p,γ)15O reaction is the slowest reaction of the Bethe-Weizs¨acker cycle and establishes its rate. Its cross section is the sum of the contributions by capture to different excited levels and to the ground state in 15O. Recent experiments studied the region of the resonance at Ep = 278 keV. Only one modern data set from an experiment performed in 1987 is available for the high-energy domain. Both energy ranges are needed to constrain the fit of the excitation function in the R-matrix framework and to obtain a reliable extrapolated S-factor at the very low astrophysical energies. The present research work studied the 14N(p,γ)15O reaction in the LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) underground facility at three proton energies 0.36, 0.38, 0.40MeV, and in Dresden in the energy range Ep = 0.6 - 2MeV. In both cases, an intense proton beam was sent on solid titanium nitride sputtered targets, and the prompt photons emitted from the reaction were detected with germanium detectors. At LUNA, a composite germanium detector was used. This enabled a measurement with dramatically reduced summing corrections with respect to previous studies. The cross sections for capture to the ground state and to the excited states at 5181, 6172, and 6792 keV in 15O have been determined. An R-matrix fit was performed for capture to the ground state, that resolved the literature discrepancy of a factor two on the extrapolated S-factor. New precise branching ratios for the decay of the Ep = 278 keV resonance were measured. In Dresden, the strength of the Ep = 1058 keV resonance was measured relative to the well-known resonance at Ep = 278 keV, after checking the angular distribution. Its uncertainty is now half of the error quoted in literature. The branching ratios were also measured, showing that their recommended values should be updated. Preliminary data for the two most intense transitions off resonance are provided. The presence in the targets of the other stable nitrogen isotope 15N with its well- known isotopic abundance, allowed to measure the strength of two resonances at Ep = 430 and 897 keV of the 15N(p,αγ)12 C reaction, improving the precision for hydrogen depth profiling.

The Bethe-Weizsäcker cycle consists of a set of nuclear reactions that convert hydrogen into helium and release energy in the stars. It determines the luminosity of low-metal stars at their turn-off from the main-sequence in the Hertzsprung-Russel diagram, so its rate enters the calculation of the globular clusters’ age, an independent lower limit on the age of the universe. The cycle contributes less than 1% to our Sun’s luminosity, but it produces neutrinos that can in principle be measured on Earth in underground experiments and bring direct information of the physical conditions in the solar core, provided that the nuclear reaction rate is known with sufficient precision. The 14N(p,γ)15O reaction is the slowest reaction of the Bethe-Weizs¨acker cycle and establishes its rate. Its cross section is the sum of the contributions by capture to different excited levels and to the ground state in 15O. Recent experiments studied the region of the resonance at Ep = 278 keV. Only one modern data set from an experiment performed in 1987 is available for the high-energy domain. Both energy ranges are needed to constrain the fit of the excitation function in the R-matrix framework and to obtain a reliable extrapolated S-factor at the very low astrophysical energies. The present research work studied the 14N(p,γ)15O reaction in the LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) underground facility at three proton energies 0.36, 0.38, 0.40MeV, and in Dresden in the energy range Ep = 0.6 - 2MeV. In both cases, an intense proton beam was sent on solid titanium nitride sputtered targets, and the prompt photons emitted from the reaction were detected with germanium detectors. At LUNA, a composite germanium detector was used. This enabled a measurement with dramatically reduced summing corrections with respect to previous studies. The cross sections for capture to the ground state and to the excited states at 5181, 6172, and 6792 keV in 15O have been determined. An R-matrix fit was performed for capture to the ground state, that resolved the literature discrepancy of a factor two on the extrapolated S-factor. New precise branching ratios for the decay of the Ep = 278 keV resonance were measured. In Dresden, the strength of the Ep = 1058 keV resonance was measured relative to the well-known resonance at Ep = 278 keV, after checking the angular distribution. Its uncertainty is now half of the error quoted in literature. The branching ratios were also measured, showing that their recommended values should be updated. Preliminary data for the two most intense transitions off resonance are provided. The presence in the targets of the other stable nitrogen isotope 15N with its well- known isotopic abundance, allowed to measure the strength of two resonances at Ep = 430 and 897 keV of the 15N(p,αγ)12 C reaction, improving the precision for hydrogen depth profiling.

Les observations des supernovae, du fond diffus cosmologique, et plus récemment la mesure des oscillations acoustiques des baryons et des effets de lentilles gravitationnelles faibles, favorisent le modèle cosmologique Lambda CDM pour lequel l'expansion de l'Univers est actuellement en accélération. Ce modèle fait appel à deux composants insaisissables, la matière sombre et l'énergie sombre. Deux approches semblent particulièrement prometteuses pour sonder à la fois la géométrie de l'Univers et la croissance des structures de matière noire, l'analyse des distorsions faibles des galaxies lointaines par cisaillement gravitationnel et l'étude des oscillations acoustiques des baryons. Ces deux méthodes demandent de très grands relevés du ciel, de plusieurs milliers de degrés carrés, en imagerie et en spectroscopie. Dans le contexte du relevé spectroscopique de la mission spatiale EUCLID, dédiée à l'étude des composantes sombres de l'univers, j'ai réalisé des simulations pixels permettant l'analyse des performances instrumentales. La méthode proposée peut se résumer en trois étapes. La première étape est de simuler les observables, c'est à dire principalement les sources du ciel. Pour cela j'ai développé une nouvelle méthode, adapté à la spectroscopie, qui permet d'imiter un relevé existant, en s'assurant que la distribution des propriétés spectrales des galaxies soit représentative des observations actuelles, en particulier la distribution des raies d'émission. La seconde étape est de simuler l'instrument et de produire des images équivalentes aux images réelles attendues. En me basant sur le simulateur pixel du HST, j'ai développé un nouvel outil permettant de simuler les images en spectroscopie sans fente d'EUCLID. Le nouveau simulateur a la particularité de pouvoir simuler des PSF avec une distribution d'énergie variée et des détecteurs dont chaque pixel est différent. La dernière étape est l'estimation des performances de l'instrument. Encore en me basant sur les outils existant, j'ai mis en place un pipeline de traitement des images et de mesure de performances. Mes résultat principaux ont été : 1) de valider la méthode en simulant un relevé de galaxies existant, le relevé WISP, 2) de déterminer les tolérances sur la distribution d'énergie de la PSF du spectromètre sans fente d'EUCLID, 3) de déterminer les tolérances sur les propriétés de détecteurs proche infrarouge d'EUCLID.