De la Poussière Interstellaire, de l'Emission Infrarouge des Galaxies, et des Mesures du rayonnement cosmologique à 3K

L'étude du fond diffus cosmologique (CMB) permet de contraindre la quasi totalité des paramètres du modèle du Big Bang avec une grande précision et offre des informations uniques sur l'Univers primordial et la physique des hautes énergies. Dans le cadre de la préparation du satellite PLANCK dédié à cette observable, l'expérience ballon ARCHEOPS, en parallèle à la cartographie des anisotropies de température du CMB sur une vaste fraction du ciel, était équipée de bolomètres sensibles à la polarisation.<br> Après une présentation des méthodes alternatives d'estimation des paramètres cosmologiques, la première partie de cette thèse décrit la physique du CMB et de sa polarisation. La senconde partie décrit l'analyse des données polarisées d'ARCHEOPS, montre la première détection de la polarisation de l'émission diffuse de la poussière galactique qui sera l'avant-plan majeur pour PLANCK-HFI, et conclut par les perspectives de détection des ondes gravitationnelles primordiales par ce satellite.

Les premiers photons libérés par la matière constituent le fond diffus cosmologique (CMB) observé aujourd'hui à T=2.725K. C'est l'image électro-magnétique de notre Univers la plus lointaine qui nous soit accessible. L'étude statistique des minuscules inhomogéités du CMB devrait permettre pratiquement à elle seule la détermination du contenu et de la geométrie de l'Univers. Toutefois d'autres photons émis ultérieurement par les premiers astres de l'Univers sont également massivement présents. En particulier les galaxies avec leurs étoiles et leurs nuages de poussière ont émis des rayonnements constituant un fond diffus infra-rouge (CIB). Ce fond est très difficile à détecter en raison de la pollution lumineuse du Système Solaire et de la Galaxie, en particulier dans l'infra-rouge moyen. On peut cependant tirer partie de l'interaction de ces photons avec d'autres plus énergétiques rencontrés en chemin pour contraindre leur densité en fonction de leur energie. Ce manuscrit indique par quels moyens directs (expériences CMB ballon Archeops ou satellite Planck) ou indirects (expériences gamma au sol CAT et HEGRA) ces fonds diffus peuvent être mis en évidence et conduire à une description de l'Univers cohérente et - peut-être - juste. The first photons decoupled from the matter constitute the Cosmic Microwave Background (CMB) observed today at T=2.725 K. They form the oldest electromagnetic picture of our Universe. The statistical study of the tiny inhomogeneities of the CMB should allow, almost only by themselves, to determine the content and the geometry of the Universe. Nevertheless other photons are numerous. In particular star and dust radiations form the Cosmic Infrared Background (CIB). This background is very difficult to detect due to the Solar and Galactic light pollution, in particular in the mid-infrared. But it is possible to take benefit of the interaction of the CIB photons with other energetic enough ones to constrain their density in function of their wavelengths.This report shows how directely (Archeops balloon or Planck satellite CMB experiments) or indirectely (CAT and HEGRA ground based gamma experiments), these backgrounds can be detected and lead to a coherent and - maybe - true description of the Universe.

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Nesta disserta??o derivamos v?nculos sobre modelos de energia escura utilizando tr?s diferentes observ?veis: medidas da taxa de expans?o H(z) (compiladas por Meng et al. em 2015); m?dulo de dist?ncia de 580 Supernovas do Tipo Ia (cat?logo Union Compilation 2.1, 2011); e as observa??es do pico de oscila??o de b?rions (BAO) e a radia??o c?smica de fundo (CMB) utilizando a chamada raz?o CMB/BAO, que relaciona 6 picos de BAO (um pico determinado atrav?s dos dados do Survey 6dFGS, dois atrav?s do SDSS e tr?s atrav?s do WiggleZ). A an?lise estat?stica utilizada foi o m?todo do ?2 m?nimo (marginalizado ou minimizado sobre h sempre que poss?vel) para vincular os par?metro cosmol?gicos: ?m, ??, ? e ??0. Esses testes foram aplicados em duas parametriza??es do par?metro ? da equa??o de estado da energia escura, p=?? (aqui, p ? a press?o e ? ? a densidade de energia da componente). Numa, ? ? considerado constante e menor que -1/3, conhecido como modelo XCDM; na outra parametriza??o, o par?metro da equa??o de estado varia com o redshift, no qual o chamamos de Modelo GS. Esta ?ltima parametriza??o ? baseada em argumentos que surgem da teoria da infla??o cosmol?gica. Para efeitos de compara??o tamb?m foi feita a an?lise do modelo ?CDM. A compara??o dos modelos cosmol?gicos com as diferentes observa??es leva a diferentes melhores ajustes. Assim, para classificar a viabilidade observacional dos diferentes modelos te?ricos, utilizamos dois crit?rios de informa??o, ou seja, o crit?rio de informa??o bayesiana (BIC) e o crit?rio de informa??o Akaike (AIC). A ferramenta matriz de Fisher foi incorporada aos nossos testes para nos fornecer a incerteza dos par?metros de cada modelo te?rico. Verificamos que a complementariedade dos testes ? necess?ria para n?o termos espa?os param?tricos degenerados. Fazendo o processo de minimiza??o encontramos, dentro da regi?o de 1? (68%), que para o Modelo XCDM os melhores ajustes dos par?metros s?o ?m=0,28?0,012 e ?X=-1,01?0,052. Enquanto que para o Modelo GS os melhores ajustes s?o ?m=0,28?0,011 e ??0=0,00?0,059. E realizando uma marginaliza??o encontramos, dentro da regi?o de 1? (68%), que para o Modelo XCDM os melhores ajustes dos par?metros s?o ?m=0,28?0,012 e ?X=-1,01?0,052. Enquanto que para o Modelo GS os melhores ajustes s?o ?m=0,28?0,011 e ??0=0,00?0,059. / A significant observational effort has been directed to investigate the nature of the so-called dark energy. In this dissertation we derive constraints on dark energy models using three different observable: measurements of the Hubble rate H(z) (compiled by Meng et al. in 2015.); distance modulus of 580 Supernovae Type Ia (Union catalog Compilation 2.1, 2011); and the observations of baryon acoustic oscilations (BAO) and the cosmic microwave background (CMB) by using the so-called CMB/BAO of six peaks of BAO (a peak determined through the Survey 6dFGS data, two through the SDSS and three through WiggleZ). The statistical analysis used was the method of the ?2 minimum (marginalized or minimized over h whenever possible) to link the cosmological parameter: m, ? and ??0. These tests were applied in two parameterization of the parameter ? of the equation of state of dark energy, p = ?? (here, p is the pressure and ? is the component of energy density). In one, ? is considered constant and less than -1/3, known as XCDM model; in the other the parameter of state equantion varies with the redshift, where we the call model GS. This last model is based on arguments that arise from the theory of cosmological inflation. For comparison it was also made the analysis of model CDM. Comparison of cosmological models with different observations lead to different optimal settings. Thus, to classify the observational viability of different theoretical models we use two criteria information, the Bayesian information criterion (BIC) and the Akaike information criteria (AIC). The Fisher matrix tool was incorporated into our testing to provide us with the uncertainty of the parameters of each theoretical model. We found that the complementarity of tests is necessary inorder we do not have degenerate parametric spaces. Making the minimization process we found (68%), for the Model XCDM the best fit parameters are m = 0.28 ? 0, 012 and ?X = ?1.01 ? 0, 052. While for Model GS the best settings are m = 0.28 ? 0, 011 and ??0 = 0.00 ? 0, 059. Performing a marginalization we found (68%), for the Model XCDM the best fit parameters are m = 0.28 ? 0, 012 and ?X = ?1.01 ? 0, 052. While for Model GS the best settings are M = 0.28 ? 0, 011 and ??0 = 0.00 ? 0, 059.

Much of the recent progress in cosmology has come from studying the power spectrum of the cosmic microwave background (CMB). The latest results from the Planck satellite confirmed that the inflationary paradigm with the $\Lambda$CDM six-parameter model provides a very good description of the observed structures in the Universe. Even so, additional parameters, such as cosmic defects, are still allowed by current observational data. Additionally, many of the inflationary models predict a significant departure from Gaussianity in the distribution of primordial perturbations. Higher order statistics, such as the bispectrum, are required to test and constrain such models. The late-time distribution of matter in the Universe - large-scale structure (LSS) - contains much more information than the CMB that has not yet been used. In this thesis, we look at both problems: the effects of cosmic defects, in particular cosmic strings and domain walls on the CMB power spectrum through numerical simulations, and the dark matter bispectrum of large-scale structure. Topological defects are predicted by most inflationary theories involving symmetry breaking in the early Universe. In this thesis we study the effects of cosmic strings and domain walls on the CMB by determining their power spectrum. We use Nambu-Goto and field theory simulations for cosmic strings and domain walls respectively, and we determine the power spectra they produce with a modified Einstein-Boltzmann solver sourced by unequal time correlators from components of the energy-momentum tensor of the defects. We use these spectra together with CMB likelihoods to obtain constraints on the energy scales of formation of the cosmic defects, finding $G\mu/c^{2} < 1.29 \times 10^{−7}$ and $\eta < 0.93$ MeV (at 95% confidence level) for cosmic strings and domain walls respectively, when using the Planck satellite likelihoods. For the matter bispectrum of LSS, we compare different perturbative and phenomenological models with measurements from $N$-body simulations by using shape and amplitude correlators and we determine on which scales and for which redshifts they are accurate. We propose a phenomenological ‘three-shape’ model, based on the fundamental shapes we have observed by studying the halo model that are also present in the simulations. When calibrated on the simulations, this model accurately describes the bispectrum on all scales and redshifts considered, providing a prototype bispectrum HALOFIT-like methodology that could be used to describe and test parameter dependencies.

Depuis sa découverte en 1964, l’étude du Fond Diffus Cosmologique dans le domaine des longueurs d’ondes millimétriques est devenue un enjeu majeur de la recherche expérimentale dans le domaine de la cosmologie. En particulier, ses anisotropies en température, mesurées pour la première fois par le satellite COBE puis plus finement par l’expérience WMAP et le satellite PLANCK. L’existence prédite d’anisotropies de polarisation du Fond Diffus Cosmologique est fait actuellement parti du champ d’expérimentation privilégié de l’étude du CMB. En effet, la preuve d’existence des modes B de polarisation, signature unique des ondes gravitationnelles primordiales, fait actuellement l’objet d’une recherche expérimentale intensive par le biais notamment de l’instrument BICEP2 qui aurait détecté sa signature en 2014 dans des valeurs du rapport tenseur sur scalaire r = 0,2. Le projet QUBIC fait parti de ces expériences destinées à révéler les modes B de polarisation grâce à son instrument basé sur la technique des interféromètres et sur le développement de matrice de bolomètres, demandant un champ d’investigation poussé englobant, entre autre, la physique des solides, la physique des basses températures et la cosmologie. La thèse présentée ici se situe dans ce cadre, avec pour objectif l’élaboration d’une matrice de bolomètres dont la performance et l’optimisation devrait permettre d’acquérir la sensibilité nécessaire à l’observation des modes B de polarisation. Les différentes techniques expérimentales acquises au CSNSM d’Orsay permettent en effet d’envisager l’optimisation des éléments clé de la matrice de bolomètre en s’appuyant notamment sur l’alliage amorphe de NbxSi1-x pour l’élaboration d’un senseur thermique optimisé, et sur un matériau novateur, l’alliage de titane-vanadium, pour la mise au point d’un absorbeur de rayonnement supraconducteur efficace, dont la faible chaleur spécifique doit permettre d’atteindre un temps de réponse du détecteur de l’ordre de la dizaine de milliseconde, valeur du temps de réponse nécessaire à une lecture efficace du signal du Fond Diffus Cosmologique. Le manuscrit de thèse ici présent a pour ambition de développer les principes physiques nécessaires au champ d’investigation du travail à accomplir. Ainsi, cette étude propose d’élaborer les différents éléments d’un bolomètre, réunissant un senseur thermique optimisé ainsi qu’un absorbeur de rayonnement de faible chaleur spécifique, permettant d’envisager la mise au point d’une matrice de bolomètres optimisée dans le cadre du projet QUBIC dont la campagne d’observation est prévue courant 2015 au dôme C du pôle Sud. / Since its discovery in 1964, the study of the Cosmic Microwave Background (CMB) in the field as of millimetre-length wavelengths became a major stake of experimental research in the field of cosmology. In particular, its anisotropies in temperature, measured for the first time by satellite COBE then more finely by the experiment WMAP and the PLANCK satellite. The predicted existence of anisotropies of polarization of the Cosmic Microwave Background is currently been part of the privileged field of experimentation of the study of the CMB. Indeed, the proof of exists modes B of polarization, single signature of the paramount gravitational waves, currently is the object of an intensive experimental research by the means in particular of the instrument BICEP2 which would have detected its signature in 2014 in values of the tensor report on scalar R = 0.2. Project QUBIC makes party of these experiments intended to reveal the modes B of polarization thanks to its instrument based on the technique of the interferometers and the development of bolometers array, asking for a thorough field of investigation including, amongst other things, the solid state physics, the physics of the low temperatures and cosmology. The thesis presented here is within this framework, with for objective making of a bolometers array whose performance and optimization should make it possible to acquire the necessary sensitivity to the observation of the B-mode polarization. The various experimental techniques acquired with the CSNSM of Orsay indeed make it possible to consider the optimization of the key elements of the bolometers array while being pressed in particular on amorphous alloy of NbxSi1-x for making of an optimized thermal sensor, and on an innovative material, titanium-vanadium alloy, for the clarification of an effective superconducting absorber of radiation, whose low specific heat must make it possible to reach a response time of the detector about ten millisecond, value of the response time necessary to an effective reading of the signal of the Cosmic Microwave Background. The manuscript of thesis here present has as an ambition to develop the physical principles necessary to the field of investigation of work to be achieved. Thus, this study proposes to work out the various elements of a bolometer, joining together a thermal sensor optimized as well as an absorber of radiation of low specific heat, making it possible to consider the clarification of a bolometers array optimized within the framework of the project QUBIC whose observation campaign is envisaged during 2015 with the dome C of the south pole.

In this thesis I test the modified Newtonian dynamics as an alternative to the cold dark matter hypothesis. In the Milky Way, I show that the dynamics of the dwarf galaxies are well described by the paradigm and I confirm its distant low surface brightness globular clusters provide a strong test, for which I make predictions. Through analysis of a sample of 26 X-ray bright galaxy groups and clusters I demonstrate that the three active neutrinos and their anti-particles are insufficient to reconcile modified Newtonian dynamics with the observed temperatures of the X-ray emitting gas, nor with weak-lensing measurements, in particular for the bullet cluster. To this end, I propose an 11eV sterile neutrino to serendipitously resolve the residual mass problem in X-ray bright groups and clusters, as well as matching the angular power spectrum of the Cosmic Microwave Background. With this in mind, I show that the large collision velocity of the bullet cluster and the high number of colliding clusters is more naturally reproduced in MOND than in standard dynamics.

L’émergence des souches bactériennes résistantes aux antibiotiques est un phénomène inquiétant, qui se répand à travers le monde. Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa sont des bactéries pathogènes opportunistes multi résistantes qui peuvent causer plusieurs maladies. Cependant, ces bactéries deviennent difficiles à traiter avec des antibiotiques sans occasionner de toxicité. Alors pour trouver des solutions, c’est nécessaire de développer de nouvelles molécules afin de combattre les agents pathogènes résistants. Grâce à leur action pharmacologique, les fluorures exercent un certain effet antibactérien au niveau de l'émail des dents; donc, leur association aux antibiotiques pourrait bien a méliorer l’activité antimicrobienne. De ce fait, nous nous sommes proposés d’étudier les activités in vitro de la vancomycine (VAN), l’oxacilline (OXA), la ceftazidime (CFT) et la méropenème (MER) libre ou associée au fluorure de sodium (NaF) et fluorure de lithium (LiF) qui ont été évaluées sur des souches S.aureus et P.aeruginosa sensibles et résistantes, par la méthode de la microdilution en bouillon, déterminant leur concentration minimale inhibitrice (CMI), leur concentration minimale bactéricide (CMB), leur courbe cinétique (Time-Kill). Leur cytotoxicité sur les globules rouges humains, et leur stabilité à la température de 4°C et 22°C ont été étudiées. Les associations des antimicrobiens aux dérivés des fluorures ont montré une amélioration de l’effet des antibiotiques par la réduction des leurs concentrations et toxicité pour traiter correctement ces pathogènes résistants. Par conséquent, des antibiotiques associés aux dérivés de fluorure pourraient devenir une option de traitement contre des souches résistantes afin de diminuer la toxicité causée par de fortes doses des antibiotiques conventionnels. / The emergence of bacterial strains resistant to antibiotics is a worrying phenomenon, which has spread worldwide. Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa are multi-resistant opportunistic pathogenic bacteria that can cause many diseases. However, they have become difficult to treat with antibiotics without causing toxicity to humans. It is therefore necessary to develop new molecules against resistant pathogens to combat this problem. Due to their pharmacological action, fluorides have an antibacterial effect on tooth enamel which suggests that their combination with antibiotics could improve antimicrobial activity. Thus, we proposed to study in vitro activities of vancomycin (VAN), oxacillin (OXA), ceftazidime (CFT) and meropenem (MER) alone or combined with sodium fluoride (NaF) and lithium fluoride (LiF ) that were evaluated against resistant and susceptible strains of S. aureus and P. aeruginosa by antimicrobial susceptibility testing , in determining their minimum inhibitory concentration (MIC), minimum bactericidal concentration (MBC), and kinetics (Time-Kill). The evaluation of cytotoxicity on human red blood cells, and determination of stability at two different temperatures (4°C, 22°C) were also performed. Associations of antibiotics with fluoride derivatives showed an improvement by increasing the effect of antibiotics with minimal levels necessary to achieve the same result by reducing their toxicity and to properly kill these resistant pathogens. Therefore, antibiotics associated with fluoride derivatives could become a treatment option against resistant strains and at the same time reduce the toxicity caused by high doses of conventional antibiotics.

L'inflation est responsable des fluctuations de densité primordiales qui sont à l'origine de la formation des grandes structures et qui sont reliées aux fluctuations de température du Fond Diffus Cosmologique (CMB en anglais). Dans cette thèse, nous nous intéressons à un modèle particulier d'inflation, de la classe des modèles avec terme cinétique modifié, l'inflation de Dirac-Born-Infeld (DBI) inspirée de la théorie des cordes. Dans ce scénario, l'inflation est générée par le mouvement d'une brane-test et des particules peuvent être créées pendant l'inflation si des branes piégées sont présentes le long de la vallée inflationnaire. On montrera qu'un tel couplage entre l'inflaton et les champs de matière peut conduire à des spécificités du spectre de puissance primordial, similaires à celles obtenues dans des modèles à la Starobinsky où le potentiel présente des discontinuités ou celles obtenues dans des théories scalaire-tenseur où la fonction de couplage inflaton-matière varie brusquement dans le temps. On insistera sur les conséquences observationnelles de telles théories.

L’émergence des souches bactériennes résistantes aux antibiotiques est un phénomène inquiétant, qui se répand à travers le monde. Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa sont des bactéries pathogènes opportunistes multi résistantes qui peuvent causer plusieurs maladies. Cependant, ces bactéries deviennent difficiles à traiter avec des antibiotiques sans occasionner de toxicité. Alors pour trouver des solutions, c’est nécessaire de développer de nouvelles molécules afin de combattre les agents pathogènes résistants. Grâce à leur action pharmacologique, les fluorures exercent un certain effet antibactérien au niveau de l'émail des dents; donc, leur association aux antibiotiques pourrait bien a méliorer l’activité antimicrobienne. De ce fait, nous nous sommes proposés d’étudier les activités in vitro de la vancomycine (VAN), l’oxacilline (OXA), la ceftazidime (CFT) et la méropenème (MER) libre ou associée au fluorure de sodium (NaF) et fluorure de lithium (LiF) qui ont été évaluées sur des souches S.aureus et P.aeruginosa sensibles et résistantes, par la méthode de la microdilution en bouillon, déterminant leur concentration minimale inhibitrice (CMI), leur concentration minimale bactéricide (CMB), leur courbe cinétique (Time-Kill). Leur cytotoxicité sur les globules rouges humains, et leur stabilité à la température de 4°C et 22°C ont été étudiées. Les associations des antimicrobiens aux dérivés des fluorures ont montré une amélioration de l’effet des antibiotiques par la réduction des leurs concentrations et toxicité pour traiter correctement ces pathogènes résistants. Par conséquent, des antibiotiques associés aux dérivés de fluorure pourraient devenir une option de traitement contre des souches résistantes afin de diminuer la toxicité causée par de fortes doses des antibiotiques conventionnels. / The emergence of bacterial strains resistant to antibiotics is a worrying phenomenon, which has spread worldwide. Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa are multi-resistant opportunistic pathogenic bacteria that can cause many diseases. However, they have become difficult to treat with antibiotics without causing toxicity to humans. It is therefore necessary to develop new molecules against resistant pathogens to combat this problem. Due to their pharmacological action, fluorides have an antibacterial effect on tooth enamel which suggests that their combination with antibiotics could improve antimicrobial activity. Thus, we proposed to study in vitro activities of vancomycin (VAN), oxacillin (OXA), ceftazidime (CFT) and meropenem (MER) alone or combined with sodium fluoride (NaF) and lithium fluoride (LiF ) that were evaluated against resistant and susceptible strains of S. aureus and P. aeruginosa by antimicrobial susceptibility testing , in determining their minimum inhibitory concentration (MIC), minimum bactericidal concentration (MBC), and kinetics (Time-Kill). The evaluation of cytotoxicity on human red blood cells, and determination of stability at two different temperatures (4°C, 22°C) were also performed. Associations of antibiotics with fluoride derivatives showed an improvement by increasing the effect of antibiotics with minimal levels necessary to achieve the same result by reducing their toxicity and to properly kill these resistant pathogens. Therefore, antibiotics associated with fluoride derivatives could become a treatment option against resistant strains and at the same time reduce the toxicity caused by high doses of conventional antibiotics.