Observations millimétriques de l'émission continue intégrée du plan galactique avec l'expérience Emilie

La turbulence de Langmuir Forte dans les plasmas a de nombreuses conséquences tant dans les applications à la fusion rapide qu'à l'astrophysique. La déduction des équations couplant le spectre turbulent de Langmuir des cavités en effondrement et la fonction de distribution des particules se trouve exposée en détail dans ce mémoire. Le traitement numérique de ces équations confirme le développement d'une queue de particules suprathermiques prédite théoriquement. Par ailleurs, l'importance du rôle du rayonnement d'ondes sonores est mise en évidence . Il est montré que ce rayonnement se manifeste par une réaction sur la source de la turbulence, lorsque la queue d'électrons chauds s'est étendue, par l'intermédiaire du phénomène de conversion aléatoire. La prise en compte de ce dernier phénomène conduit à une sorte d'intermittence, cette tendance a été confirmée numériquement d'abord par une modélisation à 3 et 4 degrés de liberté puis sur l'ensemble des équations spectrales.

La distribution spectrale d'énergie de la lumière émise par les galaxies contient une myriade de détails sur les composants stellaire, nébulaire et de la poussière des galaxies. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche pour évaluer les mérites relatifs des différents types d'observations pour contraindre certains paramètres physiques. Pour cet objectif, nous construisons une bibliothèque complète de distributions spectrales d'énergie des galaxies en combinant un traitement semi-analytique d'une grande simulation cosmologique avec des modèles de pointe de l'émission stellaire et nébulaire et de l'atténuation par la poussière. Une principale nouveauté de notre approche est la capacité d'interpréter simultanément l'émission stellaire et nébulaire des galaxies, même à faible résolution spectrale. Nous utilisons notre approche pour analyser d'abord des spectres optiques en résolution moyenne d'un échantillon de ~ 13,000 galaxies proches. Ensuite, nous effectuons l'analyse combinée des observations photométriques et spectroscopiques d'un échantillon de galaxies à redshift entre 1 et 3. Enfin, nous utilisons notre approche pour simuler des observations de galaxies primitives avec l'instrument NIRSpec à bord du futur télescope spatial James Webb. L'approche développée dans cette thèse peut être utilisée pour extraire des informations précieuses à partir de n'importe quel type d'observation de galaxies sur toute la gamme de longueurs d'onde couvertes par les modèles d'évolution spectrale ainsi que pour planifier de futures observations de galaxies.

L'exosphère d'une planète est la région supérieure de son atmosphère, là où les collisions entre les particules constituant l'atmosphère deviennent négligeables. Sur Mars, la compréhension des mécanismes de la formation de cette exosphère et de son rôle dans l'interaction avec le vent solaire est particulièrement importante pour caractériser l'échappement l'atmosphère et comprendre la disparition de l'eau liquide de la surface de Mars. Le principal travail effectué au cours de cette thèse a consisté à étudier le lien entre l'exosphère et l'échappement de l'eau dans les conditions solaires actuelles. Pour étudier cet échappement, un modèle décrivant la production d'oxygène chaud par recombinaison dissociative des ions O2+ a été développé. Ce modèle couplé à un modèle décrivant l'interaction du vent solaire avec l'atmosphère de Mars a permis de déterminer l'échappement d'oxygène dû aux principaux mécanismes d'érosion. Par ailleurs l'analyse des émissions exosphériques Lyman- de l'hydrogène et du triplet à 130.4 nm de l'oxygène observées par l'instrument SPICAM à bord de la mission européenne Mars Express a permis de caractériser les couronnes d'oxygène et d'hydrogène et de déterminer le flux d'échappement d'hydrogène.

Dans les noyaux actifs de galaxies comme autour des étoiles jeunes en formation, il est naturel de croire en l'existence d'un lien entre l'accrétion de matière sur un objet central massif et les jets collimatés observés. L'objet de cette thèse est l'étude de structures magnétisées, dans lesquelles accrétion et éjection sont deux processus interdépendants. Le mécanisme physique à la base de ces deux processus est ainsi élucidé, en résolvant l'ensemble complet des équations magnétohydrodynamiques décrivant ces structures. Un disque d'accrétion résistif est traversé par des lignes de champ magnétique ouvertes, torsadées par sa rotation. Ces lignes freinent le disque et lui extraient moment cinétique et énergie mécanique. Une transition naturelle est obtenue entre le disque résistif dense et un jet idéal dilué, super magnétosonique lent. L'existence de telles structures stationnaires n'est pas fortuite mais découle de la saturation d'instabilités du disque magnétisé, donnant lieu à des coefficients de transport anormaux. La structure est complexe, avec équipartition entre l'énergie magnétique et thermique ainsi que des composantes du champ magnétique de grandeur comparable. Les signatures observationnelles des disques sont décrites, ainsi que le bilan global d'énergie et les caractéristiques des jets. Les ordres de grandeurs requis par de telles structures sont compatibles avec les observations.

Nous présentons des observations obtenues en spectroscopie X, à l'aide du satellite japonais GINGA, et en spectro-imagerie X, à l'aide du satellite americano-germanique ROSAT, que nous analysons, puis interprétons à l'aide d'une modélisation de l'évolution des galaxies elliptiques, d'une part, et de la distribution du gaz X et de la masse totale dans les amas de galaxies, d'autre part. Dans une première partie, nous présentons l'analyse des données de la spectroscopie X, lorsqu'elles sont combinées aux données optiques et d'imagerie X. Nous confirmons la présence d'une masse importante de fer dans le milieu intra-amas ainsi que son origine localisée dans les galaxies elliptiques (et lenticulaires). Dans une seconde partie, un modèle d'évolution appliqué aux galaxies elliptiques, où la formation d'étoiles massives est renforcée en début d'évolution est développé, qui permet d'expliquer conjointement les observations à l'échelle des amas et à l'échelle des galaxies mêmes; les supernovae de type II produisant simultanément le fer et l'énergie thermique à l'origine de son éjection hors des galaxies. Dans une troisième et dernière partie, nous présentons une méthode de détermination de la masse, et de la distribution, du gaz intra-amas et de la masse totale ("matière noire" comprise) à partir des données X (spectroscopie globale et imagerie détaillée), puis l'appliquons à un amas particulier : A2163, dont les propriétés extrêmes (amas le plus chaud et le plus massif connu) ont des conséquences importantes sur les modèles cosmologiques.

Dans cette thèse, je présente un modèle permettant de rendre compte des caractéristiques essentielles des Blazars, i.e. l'émission haute énergie (du MeV au TeV) et l'éjection de matière à des vitesses relativistes, compatibles avec l'observation de mouvements apparemment superluminiques, en interférométrie à très grande base (VLBI). Ce même type de mouvement a été observé pour des objets galactiques, les microquasars. L'ingrédient principal de ce modèle est la présence d'un plasma non thermique de paires évoluant dans un jet Magnéto-hydrodynamique (modèle à deux écoulements). Je montre comment la force résultant des interactions Compton Inverses d 'un plasma relativiste de paires, dans le champ de photons anisotrope provenant d'un disque d'accrétion (phénomène de fusée Compton) permet de propulser ce plasma jùsqu'à des vitesses d'ensemble relativistes. Les facteurs de Lorentz d'ensemble terminaux obtenus sont compatibles avec ceux déduits des observations des objets extragalactiques et galactiques. L'émission de photons haute énergie est associée au rayonnement Compton Inverse du plasma de paires sur deux types de photons sources, ceux provenant du dIsque d'accrétion et ceux provenant du propre rayonnement synchrotron de ces paires. Le processus de création de paires par absorption gamma-gamma permet d'expliquer naturellement la formation de ce plasma. Les différents rayonnements émis par le faisceau de paires permettent d'obtenir de bons ajustements des spectres multi-longueur d'onde de différents objets. L'instabilité due à la création de paires semble être une bonne clef pour l'explication de la variabilité des Blazars. Un modèle dépendant du temps, couplant de manière simplifiée création de paires et accélération des particules, est présenté. Sous certaines conditions, des éjections de paires apparaissent de manière quasi-périodique, pouvant expliquer l'apparition des nouvelles composantes VLBI, associées à un sursaut d'activité aux hautes énergies.

L'observation, dans le spectre des galaxies de Seyfert, d'une coupure exponentielle aux alentours de quelques centaines de keV et la non-détection d'une forte raie d'annihilation semblent favoriser les modèles thermiques. Néanmoins, je montre, à travers cette étude, qu'un modèle non-thermique peut aussi être à l'origine de l'émission haute énergie de ces objets. Ce modèle suppose la présence d'une source de particules relativistes placée à quelques rayons de Schwarzschild au-dessus d'un disque d'accrétion. Cette source aurait pour origine le choc terminal d'un jet avorté. Le rayonnement X qu'elle libère est produit par diffusion Compton Inverse des photons UV émis par le disque sur les particules relativistes. Inversement, les photons UV proviennent du rayonnement thermique du disque chauffé par la source X. La géométrie de ce modèle impose une forte anisotropie du rayonnement UV perçu par la source X et donne, en retour, une émission Compton Inverse fortement anisotrope. L'équilibre radiatif entre la source et le disque permet de remonter aux principales caractéristiques de ce système. L'ajout de composantes en réflexion permet, ensuite, d'ajuster le spectre de différents objets. La forte anisotropie de l'émission X nécessite alors des angles d'inclinaison bien supérieurs au cas d'une illumination isotrope standard. Finalement, l'étude cinétique du choc donnant naissance à la source X, et prenant en compte les processus de Fermi du premier et du second ordre ainsi que les pertes radiatives, permet de définir plus précisément la source de haute énergie. Ces différents travaux théoriques sont complétés par l'observation optique d'une vingtaine de galaxies de Seyfert, à la recherche de microvariabilités. Les limites supérieures obtenues donnent, dans le cadre de ce modèle non-thermique, de nouvelles contraintes sur les différents paramètres caractérisant la région centrale de ces objets.

Bien qu'elles dominent en nombre la population stellaire de la Galaxie, les étoiles de très faible masse et les naines brunes sont longtemps restées difficiles (voir impossibles) à observer, à cause de leur faible luminosité. Les progrès récents des techniques instrumentales (et en particulier des détecteurs infrarouges) permettent maintenant de s'y intéresser et de commencer à répondre à de nombreuses questions. Parmi celles-ci, deux sont particulièrement importantes et nécessitent une bonne détermination de la fonction de masse (nombre d'objets par intervalle de masse): l'influence de cette population sur la dynamique Galactique, et le comportement de la fonction initiale de masse à l'approche du régime naine brune. Ces objets permettent d'autre part des tests sévères de notre compréhension de la physique des objets dégénérés, et des atmosphères denses et froides dominées par les opacités moléculaires. Dans cette thèse, j'ai d'abord déterminé la fonction de luminosité (nombre d'objets par intervalle de luminosité) jusqu'à la limite étoiles-naines brunes, ce qui est la première étape de la construction de la fonction de masse. Pour cela j'ai utilisé le relevé DENIS (a Deep Near Infrared Southern sky survey qui est parfaitement adapté à la détection de ces objets, et étudié les biais importants de la fonction de luminosité introduits par le bruit. Au cours de ces travaux la première naine brune confirmée du champ a été découverte et une étude spectroscopique des naines brunes froides a été entreprise. Pour passer de cette fonction de luminosité à la fonction de masse, il est ensuite necessaire, 1- de corriger le biais important de la fonction de luminosité causé par les étoiles binaires, et 2- de disposer d'une bonne relation masse-luminosité. Ces deux étapes de la détermination de la fonction de masse passent par une étude de binarité. Une recherche systématique de binaires spectroscopiques a donc été entreprise dans cette thèse. Elle a révélé que le voisinage solaire (à moins de 9 pc) reste mal connu, et qu'un nombre important de compagnons y reste à découvrir (11 ont été mis en évidence ici). La distance des systèmes doubles non identifiés est également sous-estimée. Enfin, l'étude de la rotation des naines M du champ a été un sous-produit important du programme de recherche de binaires. Elle a clairement montré que l'activité chromosphérique de ces objets, depuis longtemps connue, est bien due à leur rotation. L'allongement du temps de freinage aux type spectraux les plus tardifs est ainsi demontrée jusqu'à des âges beaucoup plus grands, et jusqu'à des masses où les étoiles sont entièrement convectives.

La connaissance de la structure de l'ammoniac permet d'utiliser les raies d'inversion de la molécule comme moyen d'investigation du mi.lieu interstellaire. En particulier les principaux paramètres d'un nuage moléculaire chaud se déduisent de l'observation des raies d'inversion des niveaux métastables (1,1) et (2,2) à 23.69 GHz et 23.72 GHz. Dans la source galactique W 48, par exemple, une cartographie avec l'antenne de 100 m du radio-télescope d'Effelsberg (R.F.A.) a permis de découvrir deux nuages moléculaires et d'en donner les principales caractéristiques : température, densité, dimensions, masse. L'un d'eux est le siège de la formation d'un groupe d'étoiles de type O.B. Les anomalies dans les spectres de la raie NH3 (1,1) qui apparaissent dans ces mesures à haute résolution permettent une analyse plus détaillée des conditions physiques régnant dans la source.