La formation stellaire a toujours été un des principal domaine de l'astronomie depuis sa naissance. Des processus physiques complexes à différentes échelles (depuis des échelles subparsec jusqu'à des centaines de parsecs) impactent la formation stellaire et font de son étude un sujet compliqué mais intéressant. Le concept basique du gaz interstellaire et de la poussière qui s'effondre une fois que la gravité dépasse la pression pour former des étoiles a été développé par Sir James Jeans en 1928 et par la suite confirmé observationnellement par de nombreux observateurs (e.g. Ambartsumian 1954). Durant les derniers siècles, le progrès de la compréhension de la physique fondamentale gouvernant la formation stellaire a été fait grâce à des observations et des simulations, en particulier avec l'avènement d'observations dans l'infrarouge et le millimétrique d'une part, et des gros supercalculateurs d'autre part. Un schéma unificateur de formation stellaire à vu le jour, statuant que les nuages moléculaires se forment depuis de larges structures de gaz atomique \hi qui se condensent, se fragmentent et forment du gaz moléculaire et de forte densité de poussière. Ils évoluent et forment des structures encore plus dense grâce à d'une part un effondrement gravitationnel et peut être aussi par le biais de flots convergents. En continuant de s'effondrer, ces structures vont former les corps denses qui fourniront la matière et les conditions initiales pour former une seule étoile ou un système multiple d'étoiles. Malheureusement, le détail de nombreux de ces processus n'est pas complètement compris. Aux échelles protostellaires, les questions restantes incluent le processus de la formation protoplanetaire, les mécanismes de mise en place des flots sortants, l'évolution chimique, pour n'en nommer que quelques unes. A des échelles beaucoup plus grandes, i.e. l'échelle des nuages moléculaires, nous ne comprenons pas encore comment les amas étoiles se forment, l'impact des nuages moléculaires sur la formation d'étoiles, la connection entre poussière, gaz et formation d'étoiles, par exemple. Au cours de cette thèse, j'ai pris pour objectif plusieurs problèmes : quel est le lien entre gaz, masse de poussière et taux de formation stellaire (stellar formation rate, ou SFR en anglais). Comment ce lien change entre des environnements galactiques et extragalactiques ? Est-ce que les nuages moléculaires et les étoiles se forment au travers du mécanisme dynamique de flots convergents ? Pour investiguer ces questions, j'ai étudié le contenu du gaz moléculaire et l'activité de formation stellaire de deux nuages moléculaires à différentes échelles spatiales : W43 avec un diamètre de FWHM de $\sim$ 100 pc et G035.39-00.33 avec un diamètre de FWHM de $\sim$ 10 pc , en utilisant différents traceurs de gaz et de poussière. Parmi eux, j'ai utilisé le \hi pour tracer le gaz atomique, CO pour tracer le gaz moléculaire, l'infrarouge lointain et le proche infrarouge pour tracer les activités de formation stellaires, et l'émission de lignes SiO pour tracer les chocs. Pour caractériser le complexe moléculaire de W43 nous avons utilisé un grand ensemble de données du continuum et des lignes moléculaires de traçage extrait de large survey galactique tels que ATLASGAL, GLIMPSE, VGPS et GRS (voir le chapitre 2 ou Nguyen Luong et al. 2011b). Le complexe W43 est remarquablement massif ($M_{total}$ $\sim$ 7.1 $\times 10^6 M_{\odot}$ sur une échelle spatiale de $\sim $140 pc) et a une très large distribution de vitesse de $\sim 22~km.s^{-1}$. Il est à une distance de $\sim$ 6 kpc du soleil, au point de rencontre entre le bras du centaure et de la barre galactique. Nous avons aussi trouvé que W43 a la plus grande concentration de "\textit{clumps}" massifs ($M_{clumps}$ $\sim$ 8.4 $\times 10^5 M_{\odot}$, 12\%), et contient quelques uns des plus denses corps du plan galactique (W43-MM1, W43-MM2 avec $n_{H_2}\sim 8 \times 10^4$ et $4\times 10^8 ~cm^{-3}$~respectivement). L'activité particulière de W43 suggère qu'il s'y passe une petite flambée d'étoiles ($SFR\sim 0.01~M_{\odot}~yr^{-1} $il y a 1 million d'années et $0.1 M_{\odot}yr^{-1}$ dans un futur proche). W43 est entourée par une enveloppe de gaz atomique de large diamètre ($\sim$290 pc), qui peut être la rémanente du gaz $H_I$ ayant formé le nuage moléculaire en premier lieu. Ces caractéristiques sont en accord avec l'appartenance de W43 à la région parfois appelée "anneau moléculaire" qui est connue pour être particulièrement riche en terme de nuages moléculaires et d'activités de formation stellaire. Voir Nguyen Luong et al. (2011b) pour détails. De plus, nous avons effectué, à travers l'ensemble du complexe W43, un nouveau survey avec le 30m de l'IRAM, pour observer les lignes moléculaires $^{13}CO~2-1$ et $C^{18}O~2-1$, les lignes moléculaires traçant le gaz dense telles que $HCO^+$, $N_2H^+$ à travers les sous-régions denses de W43 et un survey à 3~mm de largeur de bande de 8~GHz de W43-Main (voir le chapitre 4). Les résultats initiaux révèlent que les \textit{ridges} W43-MM1 et W43-MM2 subissent un effondrement global supersonic ($2 ~km.s^{-1}$), sur une échelle de quelques parsec. Cela a été mis à jour grâce à la comparaison et la modélisation des lignes d'émission des traceurs de l'optiquement épais tels que $H^{13}CO^+2-1, 1-0$. De l'émission étendue SiO 2-1 est aussi détectée à travers W43-Main, ce qui ne coïncide avec aucune signature de formation stellaire. Avec son lancement réussi, le satellite Herschel nous offre une nouvelle fenêtre d'observation pour l'étude des parties froides des nuages moléculaires, i.e. l'endroit où les étoiles se forment. Nous avons effectué un recensement des populations prestellaires/protostellaires et dérivé le taux de formation stellaire (SFR) pour le nuage W43. Un premier regard indique que W43 formera des étoiles avec efficacité dans le futur (voir section 5.3). Dans le chapitre 3, nous avons utilisé les données Herschel, Spitzer et ATLASGAL pour montrer que le filament IRDC G035.39-00.33 est froid (13-16~K) et dense ($n_{H_2}$ jusqu'à $9 \times 10^{22} cm^{-2}$), le qualifiant alors de "ridge". Ce ridge contient un total de 28 corps denses (FWHM$\sim$0.15 pc), parmi lesquels 13 corps denses massifs (MDCs) avec des masses allant de 20 à 50 $M_{\odot}$ et des densités entre $2-20\times10^5 cm^{-3}$. Les étoiles de masses moyennes jusqu'aux étoiles massives se forment potentiellement dans ces 13 MDCs. Étant donné leur concentration dans le filament IRDC G053.39-00.33, ils participent peut être à une petite flambée de l'activité de formation stellaire avec une SFE (efficience de formation stellaire) $\sim 15\%$, SFR$\sim 300 M_{\odot}~Myr^{-1}$, et $\sum_{SFR}\sim 40 ~M_{\odot} ~yr^{-1}~kpc^{-2}$(Nguyen Luong et al., 2011a). Le lien entre gaz et formation stellaire est évident. Schmidt (1959) fût le premier à énoncer qu'ils sont connectés via une relation entre densité de gaz et SFR : $\sum_{SFR}=A\sum^N_{gaz}$. Comme mentionné dans la section 1.3, cette relation empirique varie énormément en fonction de la nature de l'environnement, de la densité de gaz et des traceurs de formation stellaire que l'on utilise. Le diagramme densité de gaz vs SFR peut être utilisé pour distinguer les galaxies où à lieu une flambée d'étoiles des galaxies où la formation stellaire est normale (e.g. Daddi et al. 2010). Nous allons plus loin en proposant qu'il eut être utilisé pour faire la distinction entre nuage moléculaire où à lieu une flambée d'étoiles et nuage moléculaire formant des étoiles de façon normal . Les relations densité de gaz - SFR pour W43 et IRDC G035.39-00.33 furent comparées avec celles dérivées pour des galaxies externes (Kennicutt, 1998) et celles dérivées des régions de hautes densités formant des étoiles (Heiderman et al. 2010), voir les sections 2.3 et 3.4.2. Il ressort que W43 et IRDC G035.39-00.33 reposent dans le quadrant "flambée d'étoiles" cela dû au fait qu'elles forment des étoiles, et spécialement des étoiles massives, avec beaucoup d'efficacité. Ces deux régions méritent d'être investies plus avant puisqu'elles pourraient représenter un modèle miniature des processus physiques jouant dans les galaxies où ont lieu des flambées d'étoiles. Trouver plus d'exemples de flambée d'étoiles dans la voie lactée est nécessaire pour avoir une vue plus complète. Dans le diagramme densité de gaz - SFR, le complexe moléculaire W43 dans son entier se place entre les zones des galaxies spirales normales et les galaxies où ont lieu des flambées d'étoiles, probablement due au fait que c'est une région formant des étoiles massives, et ainsi traçant la même population stellaire que les mesures extragalactiques. D'un autre coté, les SFRs de IRDC G035.39-00.33 et W43-Main sont plusieurs ordre de grandeur au dessus de celles des galaxies, avec les mêmes densités de gaz (voir Fig. 2.7). Cette divergence est probablement crée par les différentes régions prises en compte dans cette étude. Une comparaison directe entre les relations galactiques et extragalactiques devraient en conséquence être précautionneuse. Cette étude montre aussi que l'intégralité des régions formant des étoiles massives, W43 par exemple, peuvent potentiellement être utilisées pour déduire les SFRs des galaxies. De plus, les régions formant des étoiles massives jouent probablement un rôle substantiel sur la dynamique à grandes échelles des galaxies, ce qui fût proposé pour être l'origine des relations densité de gaz - SFR pour les galaxies (Kennicut, 1998). La théorie des flots convergents est une des théorie prédominante pour expliquer la formation des nuages moléculaires et des étoiles, en particulier celles de grandes masses (Heitsch \& Hartmann, 2008). W43-Main et IRDC G035.39-00.33 forment des étoiles de grandes masses de manière efficace (voir chapitre 2 et 3). Ces régions montrent aussi des émissions étendues de SiO qui s'étendent jusqu'à l'échelle du parsec, sans être corrélées avec des protoétoiles proches. Des chocs provenant de flots sortant sont donc très peu probable pour expliquer ces émissions. Néanmoins, les observations traçant les hautes densités à travers W43-Main montrent qu'elle est en effondrement à de plus grandes échelles que celles des chocs. Ce fait pourrait suggérer que les émissions de SiO viennent de chocs à faibles vitesses à l'interface de collision crées par l'effondrement global. On s'attend à ce que ces chocs soient crées à ces fronts de collision, provoquant une élévation des instabilités dynamique et thermique, menant à une rapide fragmentation du nuage moléculaire et à la formation de corps denses massifs (Heitsch et al., 2008). Les conditions physique dans les modèles de flots convergents (T$\sim$20-100~K, v$\sim$1-10 $km.s^{-1}$) sont suffisantes pour générer des chocs C, mais pas des chocs J. Avec des flots convergents, on s'attend à ce que ces chocs soient largement répandus sur quelques parsecs, vu que la collision à virtuellement lieu partout dans le complexe (des centaines de parsecs). Sur une échelle bien plus large, différents filaments $H_I$ de W43 semblent converger avec un gradient de vitesse vers ces régions de chocs. Toutes ces structures sont baignées dans une grande enveloppe de $H_I$ (diamètre de 290 pc) qui peut être une rémanente du gaz $H_I$ tombé sur W43 pour former le gaz moléculaire. La position particulière de W43, à la jonction entre le bras du centaure et de la barre galactique, implique qu'il devrait subir une forte résonance donnant au gaz un fort moment cinétique pour s'écouler et se heurter violemment. De plus, dans d'autres régions de formation stellaire massive, bien qu'un peu plus faible, des signatures similaires de flots convergents ont étés observées (DR21, Schneider et al. 2010 ; Csengeri et al. 2011). Une conclusion ferme stipulant que les étoiles massives devraient se former d'une façon très dynamique est encore prématurée, mais les études de W43 et d'autres régions, semblent favoriser ce scénario. \\ Localisé à cette position avec des masse et densité extrêmes, et une anormale dispersion de vitesse, il est intéressant d'éclaircir pour W43 le rôle des flots convergents sur la formation des nuages moléculaires et des étoiles. Nous avons construit un grand catalogue contenant à la fois des données de continuum et de lignes moléculaires à travers cette région. Une analyse initiale a visé à étudier sa structure détaillée et sa cinématique. L'étude de sa chimie vient de commencer. Concernant les grandes échelles, nous sommes capable de caractériser les flots grandes échelles de $H_I$ qui forment les nuages moléculaires de W43 en utilisant les cartes de lignes spectrales de $H_I$ provenant des données VGPS. Les diagnostics des flots convergents sont approfondis en utilisant les données CO pour tracer les nuages de basse densité (Motte et al. en prép., Carlhoff et al. en prép.). Ces deux études sont complémentaires en ce qui concerne la cinématique et la dynamique des flots grandes échelles, et peuvent être couplées avec l'étude des activités de formation stellaire en utilisant les données \textit{Herschel} et \textit{Spitzer} pour former une vue cohérente depuis le gaz atomique diffus jusqu'aux clumps les plus denses formant des étoiles. Une recherche plus poussée aux petites échelles et elle aussi nécessaire. Dans le scénario des flots convergents, il semble que les filaments/ridges jouent un rôle majeur en accrétant de la masse sur les corps denses par des processus dynamiques. En prenant avantage des interféromètres existants, tels que IRAM PdBI, SMA, CARMA, nous étudions la cinématique des filaments/ridges en relation avec les corps formant des étoiles, à des résolutions de quelques arcsecondes. Avec l'arrivée prochaine d'ALMA, une nouvelle porte s'ouvre pour permettre la compréhension de la physique et de la chimie des corps et des filaments à des résolutions allant en dessous de l'arcseconde.

Le contexte de cette thèse expérimentale est l'astrophysique de laboratoire. Le but des expériences réalisées à l'aide des lasers de puissance est l'étude de l'évolution des jets d'étoiles jeunes et leurs interactions avec le milieu interstellaire. L'existence des lois d'échelle permet de relier les résultats acquis en laboratoire aux problématiques astrophysiques via les nombres sans dimension. Ces paramètres assurent la similarité entre les deux domaines. Il est par conséquent essentiel de mesurer l'ensemble des paramètres plasmas nécessaires pour calculer ces nombres sans dimension afin de vérifier les lois d'échelle. Dans ce contexte, nous avons réalisé au cours de cette thèse des expériences laser pour étudier la formation et l'évolution de jets de plasma dans le vide puis en interaction avec un milieu ambiant gazeux. L'évolution du jet de plasma a été mesurée à l'aide de nombreux diagnostics visibles (interférométrie, pyrométrie) permettant de mesurer sa vitesse, sa température et sa morphologie. A l'aide d'un diagnostic de radiographie X nous avons également sondé la densité du jet de plasma permettant, avec les diagnostics visibles, de déterminer l'ensemble des paramètres sans dimension correspondant aux jets d'étoiles jeunes. Enfin, l'utilisation d'une buse de gaz d'argon a permis de simuler le milieu interstellaire et d'étudier l'interaction du jet avec ce milieu ambiant. Pour ce dernier, nous avons implanté un diagnostic de radiographie protonique afin de sonder la zone d'interaction entre le jet et le gaz.

Depuis qu'on a acquis la certitude que la masse du neutrino est non nulle, la théorie est en plein bouleversement, voulant comprendre l'origine de la masse, ses effets sur l'origine de l'Univers et le rôle possible des neutrinos dans les phénomènes non élucidés comme la baryogénèse. Ce travail constitue une revue des progrès récents dans ce domaine. On y présente un panorama de la situation expérimentale et théorique. Différents mécanismes pouvant expliquer l'origine de la masse des neutrinos sont considérés : masses engendrées par corrections radiatives, dimensions supplémentaires et théories grand-unifiées.

Le rôle de l'environnement sur l'évolution des galaxies n'est pas encore entièrement connu. Pour quantifier et mettre des limites aux rôles joués par les processus externes, on doit identifier un échantillon de galaxies isolées. Le projet AMIGA ``Analyse du Milieu interstellaire des galaxies isolées'' fait une étude multi-longueur d'ondes d'un grand échantillon de galaxies isolées pour examiner leur milieu interstellaire et l'activité de formation d'étoiles.<br /><br />Nous avons étudié 950 galaxies en provenance du Catalogue de Galaxies Isolées (Karachentseva, 1973) et évalué leur isolation au moyen d'une procédure de classification automatique de séparation étoile/galaxie (jusqu'à M_B = 17.5) sur de larges champs digitalisés POSS-I autour de chaque galaxie isolée. Nous avons défini, comparé et discuté différents critères pour quantifier le degré d'isolation de ces galaxies, comme la révision du critère de Karachentseva, la densité de surface locale, l'estimation des forces de marées externes affectant chaque galaxie isolée. Nous trouvons des galaxies n'obéissant pas au critère de base de Karachentseva et nous définissons différents sous-échantillons de galaxies selon leurs degrés d'isolation. De plus nous avons cherché les redshifts des galaxies centrales ainsi que ceux de leurs compagnons pour avoir accès à la dimension radiale et ainsi une image en trois dimensions de l'environnement. Enfin, nous avons appliqué nos procédures aux triplets, groupes compacts et amas de galaxies et interprété la population de galaxies isolées à la lumière de ces échantillons de contrôle.<br /><br />La formation d'étoiles est connue pour être affectée par l'environnement local des galaxies mais le taux de formation d'étoiles dépend aussi grandement des caractéristiques intrinsèques du milieu interstellaire. Séparer ces deux effets reste un problème difficile. Pour solutionner, nous avons observé et compilé des données photométriques pour 200 galaxies spirales issues du Catalogue des Galaxies Isolées qui sont par définition dans des régions de faible densité. Ensuite, nous avons étudié l'aspect de la morphologie en Halpha des 45 galaxies les plus grandes et les moins inclinées. En utilisant les techniques de Transformation de Fourier Rapide, nous nous focalisons sur les modes des bras spiraux. Nous quantifions la force des barres et nous donnons les couples entre les étoiles nouvellement formées et la matière optique. Nous interprétons les diverses barres et morphologies Halpha observées en termes d'évolution séculaire subie par les galaxies isolées. La fréquence observée des modèles morphologiques particuliers apporte des contraintes sur la durée de vie des barres, et les temps de destruction associés. En utilisant des simulations numériques, l'essai d'adapter les distributions Halpha apporte des contraintes sur la loi de formation d'étoiles, qui est susceptible de différer d'une simple loi de Schmidt.

Thèse doctorat : Génie Mécanique : Villeurbanne, INSA : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 171-175.

Thèse doctorat : Astrophysique : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

Plusieurs missions sur satellite sont proposées pour résoudre un grand nombre de questions sans réponse concernant l'univers. Les instruments sur certaines de ces missions nécessitent des températures inférieures à 0,1 K pour fonctionner efficacement. Cette exigence signifie que la chaîne de refroidissement est un élément crucial de la conception du satellite. Les spécifications cryogéniques de ces futures missions sont plus exigeantes que l'état de l'art actuel : elle auront besoin d'une puissance frigorifique plus élevée à une température inférieure et avec à une durée de vie prolongée de 5 à 10 ans. Cela a motivé le développement d'un réfrigérateur à dilution 3He-4He en boucle fermée. Cette conception est basée sur le réfrigérateur à dilution à cycle ouvert utilisé sur le satellite Planck, dont la durée de vie et la puissance frigorifique ont été limitées par la quantité d'3He et d'4He à bords, le mélange étant éjecté dans l'espace après le processus de dilution . Pour surmonter ces limitations, le cycle a été fermé par la séparation des isotopes de l'hélium à basse température avant de les réinjecter dans le réfrigérateur . Cette thèse décrit les progrès réalisés dans le développement et dans la compréhension de ce nouveau système, et montre que les exigences de refroidissement (1 µW à 50 mK) peuvent être satisfaites dans les conditions requises. Ce travail tente également de résoudre un problème lié à la micro-gravité : la séparation de phase liquide-vapeur dans le bouilleur. Nos résultats expérimentaux montrent que le confinement du liquide dans le bouilleur dans les conditions requises et en gravité négative est possible. Ces résultats ont guidé la conception d'un nouveau bouilleur non-sensible à la gravité, dernière étape du développement d'un réfrigérateur à dilution en boucle fermée adapté à la micro-gravité. / Several satellite missions are being proposed to resolve many of the unanswered questions regarding the universe. Instruments on some of these missions will require temperatures below 0.1 K to operate effectively. This requirement means that the cooling chain is a crucial element of the satellite's design. The cryogenic specifications of these future missions are more demanding than the current state of the art: they will require a higher cooling power at a lower temperature for an extended lifetime of 5-10 years. This has motivated the development of a closed-cycle 3He-4He dilution refrigerator. This design is based on the open-cycle dilution refrigerator used on the Planck satellite, whose lifetime and cooling power were limited by the on-board supply of 3He and 4He, since the mixture was ejected into space after the dilution process. To overcome these limitations, the cycle has been closed by separating the helium isotopes at low temperatures before re-injecting them into the refrigerator. This thesis describes the progress in the development and in the comprehension of this new system and shows that the cooling requirements (1 µW at 50 mK) can be met under the required conditions. This work also attempts to solve a problem related to a micro-gravity environment: the vapor-liquid phase separation in the still. Our experimental results show that liquid confinement in the still under the required conditions and negative-gravity is possible. These results have driven the design of a novel gravity-insensitive still, the last step in developing a closed-cycle dilution refrigerator adapted to zero-gravity.

Ma thèse porte sur deux questions importantes de la Cosmologie:(i) L'origine des champs magnétiques cosmologiques:L'Univers semble magnétisé à absolument toutes ses échelles (spatiales et temporelles), y compris le milieu intergalactique. Mais leur origine est encore inconnue à l'heure actuelle, malgré les nombreux efforts pour essayer de répondre à cette question. On pense qu'ils ont d'abord été générés avec de très faibles amplitudes, puis qu'ils ont été amplifiés au cours de la formation des structures. La turbulence dans les galaxies et les amas de galaxies modifie totalement l'organisation initiale de ces champs, ce qui fait que les champs observés actuellement dans les structures ne nous renseignent pas sur leur origine. Il convient donc de s'intéresser aux champs intergalactiques. J'ai dévelopé analytiquement un modèle de magnétogénèse basé sur la photoionisation du milieu intergalactique par les premières étoiles et les premières galaxies apparues dans l'Univers, il y a environ 13 milliards d'années. Puis, en collaboration avec H. Tashiro et N. Sugiyama (Japon), j'ai calculé de façon analytique la densité d'énergie moyenne injectée par ce processus dans le contexte cosmologique, et en parallèle, en collaboration avec D.Aubert (France), j'ai étudié les propriétés statistiques du champs généré à travers des simulations numériques. Nos prédictions sont compatibles avec les observations actuelles. Ce mécanisme a donc dû participer à la magnétisation de l'Univers à ses plus grandes échelles.(ii) Fragmentation gravitationnelle de la toile cosmique:Les simulations numériques suggèrent que la matière dans l'Univers est répartie de façon filamentaire, les noeuds de ce réseau étant les amas de galaxies. La matière s'écoule le long de ces filaments. L'accrétion dans les noeuds est donc anisotrope, et il s'avère qu'elle est aussi en partie intermittente. Cela indique que la matière ne se structure pas uniquement dans les amas, mais aussi dans les filaments, voire les nappes ou les vides cosmiques. Je me suis donc intéressé à l'instabilité gravitationnelle dans les milieux stratifiés. J'ai proposé une nouvelle approche, dans le cadre de la théorie spectrale, en m'inspirant de la littérature plasma. / My thesis deals with two important topics of Cosmology:(i) Origin of cosmological magnetic fields:Magnetic fields seem ubiquitous in the Universe, present at all scales and all times, probably even in the entire intergalactic medium. Their origin is still unclear, especially on the largest scales. The current paradigm is that they were first generated with extremely weak strengths, and later amplified during structure formation. Because of turbulence, the fields we observe in galaxies and galaxy clusters lost their initial characteristics. However, in less dense regions such as cosmological filaments, sheets or voids, magnetic fields have evolved more mildly. Therefore, intergalactic magnetic fields may still possess a memory of the processes that generated them and hold the key to their origin. I developed analytically a detailed physical model of a natural astrophysical mechanism that generates intergalactic magnetic fields during the first billion year, namely at the time when first stars and galaxies were born. Then, in collaboration with H. Tashiro and N. Sugiyama (Japan), I computed analytically the mean energy density injected in the entire Universe through this mechanism. Independently, in collaboration with D. Aubert (France), I derived the topological and statistical properties of the magnetic field thus generated, using cosmological numerical simulations. This way I demonstrated that this simple, natural photoionization-based magnetogenesis must have created magnetic seed fields with properties a priori perfectly compatible with present day observations.(ii) Gravitational fragmentation of the cosmic web:Cosmological numerical simulations suggest that the Universe has a web-like structure, the nodes of which are galaxy clusters. These nodes are supplied with matter flowing along the filaments interconnecting them. Part of this accretion occurs intermittently, which indicates that clumps of matter form not only inside clusters themselves, but also either in cosmic voids, walls and/or filaments. I studied gravitational instability in stratified media in the frame of spectral theory, in planar and cylindrical geometries, relevant for cosmic walls and filaments, for isothermal, polytropic, and with and without an external gravitational background (e.g. Dark Matter). I have recasted the problem as an eigenvalue problem in the force operator formalism, and derived the wave equation governing the growth of perturbations. I also studied it in matrix form, which gives complementary information.

De par le rôle central que jouent les étoiles dans l'astrophysique moderne, la compréhension de leur formation est un des principaux enjeux actuels de la discipline. Les étoiles se forment dans les nuages de gaz du milieu interstellaire. Ce milieu est magnétisé et turbulent ; la formation des étoiles est ainsi un phénomène complexe, non-linéaire et multi-échelle. Dans ce contexte, les processus de formation stellaire, et en particulier la formation des disques protostellaires et des systèmes multiples -- c'est à dire d'étoiles liées gravitationnellement -- sont encore mal compris. Les simulations numériques sont donc essentielles pour permettre de faire progresser notre connaissance de ces phénomènes. Ce travail de thèse se divise en deux parties, dédiées à l'étude des phases précoces de la formation des étoiles. La première partie sera centrée sur les simulations numériques que j'ai réalisées durant ma thèse, pour étudier la formation des disques protostellaires et des systèmes multiples. Le champ magnétique, lorsqu'il est suffisamment intense, est à l'origine d'un transport efficace du moment cinétique, qui peut empêcher la formation des disques protostellaires et inhiber la fragmentation du cœur. Sera d'abord présentée une étude analytique et numérique montrant l'importance de la géométrie de l'effondrement sur le transport du moment cinétique. En effet, lorsque le champ magnétique et l'axe de rotation du cœur préstellaire ne sont pas alignés, le freinage magnétique se révèle moins efficace, pouvant permettre la formation des disques. L'influence de la turbulence sur la diffusion du champ magnétique, la formation des disques, la fragmentation et les flots bipolaires -- traceurs importants de la formation stellaire -- sera ensuite étudiée. La turbuence permet de diffuser efficacement le champ magnétique des régions internes du cœur en effondrement et provoque également un basculement de l'axe de rotation du cœur, ce qui réduit le freinage magnétique. Des disques massifs peuvent alors se former et fragmenter. La deuxième partie de ce manuscrit se concentrera sur des observations synthétiques réalisées à partir de nos simulations. Trois types d'observations synthétiques ont été réalisées : des cartes en densité de colonne, des distributions spectrales d'énergie ainsi que des amplitudes de visibilité. Ces observations seront comparées à des modèles analytiques, suivant une procédure habituellement utilisée dans les études observationnelles, afin de tenter d'en déduire les propriétés des disques.

L'utilisation des microlentilles gravitationnelles dans la recherche d'exoplanètes a débuté en 1995. Les premiers résultats furent rapides, puisque la première exoplanète fut détectée en 2003 par les collaborations MOA et OGLE. Aujourd'hui, plus de vingt exoplanètes ont été publiées et ce nombre va considérablement augmenter dans les prochaines années avec le lancement des télescopes de surveillance KMTNet et les observatoires spatiaux EUCLID et WFIRST. Lorsqu'une étoile "proche", la microlentille, croise la ligne de visée entre la Terre et une étoile plus distante, la source, le flux de cette dernière est alors amplifié. Si par chance, une planète orbite autour de cette lentille, elle va également produire une amplification de faible amplitude. La courbe de lumière de l'évènement présente alors une signature typique : la déviation planétaire. Dans ce manuscript, nous présentons tous les outils théoriques et observationnels nécessaires à la détection d'exoplanète par la méthode des microlentilles gravitationnelles. Nous présentons ensuite l'étude de deux cas spécifiques : MOA- 2010-BLG-411Lb, une binaire composée d'une naine brune autour d'une naine M, et MOA-2010-BLG-477Lb, un super-Jupiter orbitant une étoile M. Une uniformisation des résultats sur les planètes détectées par effet de mircolentille gravitationnelle est également présentée. Deux problèmes majeurs compliquent la détection de planètes par la méthode des microlentielles gravitationnelles. Premièrement, le phénomène de microlentille gravitationnelle est peu probable pour une étoile donnée (une chance sur un million). Il faut donc observer des champs très riche en étoiles, tel que le Bulbe Galactique. Chaque nuit, les collaborations OGLE et MOA observe le Bulbe Galactique afin de repérer les évènements de microlentilles. Le second problème est que les déviations planétaires sont très courtes, d'une durée d'une heure à quelques jours pour les planètes les plus massives. Il faut donc observer les évènements de microlentilles en continu. C'est pour cela qu'une batterie de télescopes est répartie sur tout l'Hémisphère Sud. Le nombre d'évènements détectés chaque saison a considérablement augmenté durant les dernières années, obligeant les télescopes de suivi à faire des choix quand aux cible à observer. Nous avons décidé de développer un nouveau logiciel automatique permettant de faire ce choix à notre place. Il a été testé sur quatre années d'observations et l'analyse statistique des résultats est présentée. Nous espérons utiliser ces nouveaux résultats pour mieux contraindre un modèle de notre Galaxie.