Les céphéides sont des étoiles oscillantes et de ce fait un puissant moyen de diagnostic pour la physique des intérieurs stellaires. Depuis plusieurs décennies elles ont posé un ensemble de problèmes regardant la théorie de l'évolution comme celle des oscillations stellaires. Les nouvelles données OGLE 2 du Petit Nuage de Magellan ont mis en évidence un désaccord flagrant avec les calculs d'évolutions. Je me suis donc attaché à résoudre ce problème en m'intéressant d'abord à la question de ``l'overshooting'' sur le coeur convectif des étoiles de masse intermédiaire. Je montre que cet ``overshooting'' dépent de la composition chimique. Après avoir passé en revue l'influence de différents paramètres physiques sur l'extension des boucles bleues à basse métallicité, je supprime le désaccord entre observations et modèles en prenant soigneusement en compte le détail de la composition chimique. Les propriétés des céphéides galactiques sont globalement comprises depuis plusieurs années. Cependant, avec les récentes observations spatiales menés depuis le HST et IUE, les contraintes ont pu être augmentées pour quelques systèmes. Parmi ceux-ci : la céphéide double-mode Y Carinae. Dans ce travail, je propose la première modélisation complète de Y Car qui satisfait toutes ces contraintes du point de vue de la théorie de l'évolution. Les deux périodes sont calculées, mais l'accord entre le rapport de périodes théorique et la valeur observée reste à améliorer. Résoudre ce problème conduira à améliorer la physique stellaire.

Installé au cœur de l'interféromètre du Very Large Telescope (le VLTI, situé au sommet du Mont Paranal, dans le nord du Chili), l'instrument VINCI permet de recombiner la lumière infrarouge de deux télescopes séparés de manière cohérente. Il ouvre ainsi un accès vers la très haute résolution angulaire (quelques millisecondes d'angle), et des programmes de recherche novateurs dans des domaines aussi divers que la physique stellaire, les disques protoplanétaires ou bien encore l'étude des exoplanètes. Mon travail de thèse sur l'instrument VINCI a porté sur sa conception, en particulier la définition fonctionnelle de son logiciel d'exploitation, son installation au sommet du Mont Paranal et ses premières observations scientifiques. Le principe de fonctionnement et les performances de cet instrument sont décrits dans la première partie de ce document.<br /> Dans une seconde partie, j'aborde l'étude des étoiles variables Céphéides par interférométrie. Ces étoiles pulsantes jouent un rôle primordial dans l'estimation des distances astronomiques depuis qu'il a été établi que leur période de variation était liée à leur luminosité intrinsèque par la célèbre relation période-luminosité. Leur observation photométrique permet donc de calculer directement leur distance. Toutefois, notre connaissance du point zéro de cette relation est encore imparfaite, car elle repose sur la mesure des distances aux Céphéides galactiques les plus proches, encore mal connues. La très haute résolution angulaire apportée par l'instrument VINCI et le VLTI permettra bientôt l'étude fine de la pulsation de ces étoiles. Par la mesure simultanée de la vitesse radiale de pulsation et de la variation du diamètre angulaire de l'étoile, il sera possible de calculer directement la distance aux Céphéides les plus proches, et donc d'étalonner la relation période-luminosité. L'enjeu de ce programme : la calibration de cette relation avec une précision de 0,01 magnitude, soit un gain d'un facteur dix par rapport à notre connaissance actuelle.<br /> Au-delà de ce programme fondamental, je décris également les possibilités offertes par VINCI dans le domaine de l'étude des étoiles naines de la séquence principale, notamment de type solaire (avec application au couple d'étoiles Alpha Centauri A et B), et j'aborde brièvement l'étude des exoplanètes.

L'interférométrie est une technique puissante pour l'étude des étoiles, car elle permet de résoudre leur disque apparent. Je présente dans ce mémoire une application de l'interférométrie à trois types d'étoiles: les Céphéides, les étoiles de la séquence principale et les étoiles en rotation rapide. Les Céphéides sont une célèbre classe d'étoiles supergéantes pulsantes. Elles sont largement utilisées comme étalons de distance, grâce à leurs relations période-luminosité. L'interférométrie permet d'appliquer une version améliorée de la méthode Baade-Wesselink pour mesurer la distance des Céphéides, et ainsi d'étalonner les relations période-luminosité. Même si cette méthode est potentiellement très précise, plusieurs points sont critiques dans son application, en particulier le facteur de projection. Les étoiles de la séquence principale (SP) sont de loin la classe la plus nombreuse de l'Univers, toutes les étoiles passant la majorité de leur existence sous forme de naines. J'ai utilisé l'interférométrie sur une large gamme d'étoiles de la SP, depuis les étoiles de très faible masse (Proxima) jusqu'aux étoiles chaudes. En particulier, j'ai réalisé la première utilisation combinée de contraintes interférométriques et astérosismiques pour la modélisation des étoiles (alpha Centauri, etc...). Dans une troisième partie, je décris nos résultats récents sur les étoiles en rotation rapide. Du fait de l'importante force centrifuge à l'équateur, la photosphère de ces étoiles est déformée. L'interférométrie nous a permis d'observer directement ces déformations sur trois étoiles brillantes en rotation rapide: Altaïr, Achernar et Véga.

La méthode de la parallaxe de pulsation, appliquée à des observations VINCI du VLTI, a permis la détermination de distance de sept Céphéides Galactiques. Pour l Car, la plus résolue d'entre elles, la précision obtenue est de 5%. Le point-zéro de la relation P-L a également été déterminée avec une précision de 0.08 magnitude. Les mesures interférométriques fournissent la variation du diamètre angulaire de l'étoile sur tout le cycle de pulsation, tandis que la variation du diamètre linéaire est déterminée par une intégration temporelle de la vitesse pulsante photosphérique Vpuls de l'étoile. Or la détermination de cette dernière, à partir du décalage Doppler de la raie spectrale Vrad est extrêmement délicate. Le facteur de projection, défini par p=Vpuls/Vrad est en effet très sensible aux paramètres physiques et à la dynamique atmosphérique de l'étoile. En particulier, les gradients de vitesse dans l'atmosphère des Céphéides, pose la question de la définition de la vitesse pulsante. Premièrement, un modèle hydrodynamique a permis d'étudier les gradients de vitesse dans l'atmosphère de d Cep. La différence de vitesse obtenue entre la vitesse photosphérique et la vitesse associée à la zone de formation de la raie, affecte le facteur de projection et donc la distance à un niveau de 6%. Deuxièmement, en comparant le modèle géométrique simple à des observations à haute résolution spectrale HARPS de neuf Céphéides, l'impact de la dynamique atmosphérique des étoiles sur l'asymétrie des raies spectrales a été mis en évidence. Troisièmement, le modèle hydrodynamique a permis de faire le lien entre les gradients de vitesse dans l'étoile, le facteur de projection, et les observables spectro-interférométriques. Ceci pourrait constituer un moyen supplémentaire pour contraindre observationnellement le facteur de projection. La connaissance du facteur de projection dans le cadre du futur survey AMBER est crucial. Nous envisageons de déterminer la distance d'une trentaine de Céphéides à mieux que 5%, afin de calibrer le point zéro de la relation P-L avec une précision de 0.01 magnitude.

Depuis plus d'un siècle, la relation période-luminosité (P-L) des étoiles Céphéides est un échelon fondamentale de l'échelle des distances cosmologiques. Cependant, l'estimation des distances à partir de cette loi n'est précise qu'à ∼ 5 % et cette incertitude est principalement due à son étalonnage. L'amélioration de cet étalonnage nécessite une détermination précise (de manière indépendante de la relation P-L) de la distance des Céphéides proches. Jusqu'à récemment, les Céphéides étaient considérées comme dépourvues de matériel circumstellaire. En 2005, des observations interférométriques VLTI/VINCI et CHARA/FLUOR ont révélé l'existence d'enveloppe circumstellaire autour de certaines Céphéides. Ce ma- tériel environnant est particulièrement intéressant pour deux raisons : il pourrait avoir un impact sur l'estimation des distances et pourrait être lié à une perte de masse passée ou en cours. L'utilisation de la méthode de Baade-Wesselink classique pour la détermination indépendante des distance pourrait être significativement biaisée par la présence de ces enveloppes. Bien que leurs observations soient difficiles à cause du fort contraste entre la photosphère de l'étoile et l'enveloppe circumstellaire, plusieurs techniques d'observations ont le potentiel d'améliorer notre connaissance sur leurs propriétés physiques. Dans ce manuscrit, je discute en particulier des techniques de haute résolution angulaire que j'ai appliqué pour l'étude de plusieurs Céphéides Galactiques. Dans un premier temps j'ai utilisé des observations de la Céphéide RS Puppis en imagerie par optique adaptative avec NACO, couplée à un mode d'observation dit "cube", pour déduire le rapport de flux entre l'enveloppe et la photosphère de l'étoile dans deux bandes étroites centrées sur λ = 2.18 μm et λ = 1.64 μm. De plus grâce au mode cube, j'ai également pu effectuer une étude statistique du bruit de speckle me permettant d'étudier une éventuelle asymétrie. Dans un second temps, j'ai analysé des données VISIR pour étudier la distribution d'éner- gie spectrale d'un échantillon de Céphéides. Ces images, qui sont limitées par la diffraction, m'ont permis d'effectuer une photométrie précise dans la bande N et de mettre en évi- dence un excès infrarouge lié à la présence d'une composante circumstellaire. D'autre part en appliquant une analyse de Fourier j'ai montré que certaines de ces composantes sont résolues. J'ai ensuite exploré la bande K′ avec l'instrument de recombinaison FLUOR pour certaines Céphéides brillantes. Grâce à de nouvelles données sur l'étoile Y Oph, j'ai approfondi l'étude de son enveloppe circumstellaire. En utilisant un modèle d'étoile entourée d'une couronne sphérique, j'ai déterminé une taille angulaire de 4.54 ± 1.13 mas et une profondeur optique de 0.011 ± 0.006. Pour deux autres Céphéides, U Vul et S Sge, j'ai appliqué la méthode de Baade-Wesselink afin d'estimer une première mesure directe de leur distance. J'ai trouvé unedistanceded = 647 ± 45pcetd = 661 ± 57pc,respectivementpourUVuletSSge,ainsi qu'un rayon linéaire moyen R = 53.4 ± 3.7 R⊙ et R = 57.5 ± 4.9 R⊙ respectivement.