Les disques de débris orbitant dans l'environnement des étoiles proches constituent un indicateur très important des propriétés des systèmes planétaires extra-solaires. Depuis l'espace et au sol, les moyens observationnels actuels permettent de déterminer dans divers domaines de longueurs d'ondes les propriétés spatiales de ces disques et celles des grains de poussières circumstellaires. Cette thèse aborde le sujet de la modélisation des disques de débris, à partir de données fournies par de multiples instruments, en premier lieu les télescopes spatiaux Hubble et Herschel, et les interféromètres infrarouges du VLTI, CHARA, et KIN. Mes premiers projets ont pris place dans le cadre de deux programmes-clés de l'Observatoire Spatial Herschel dédiés à l'étude des disques circumstellaires autour des étoiles proches. Au sein du projet GASPS, j'ai obtenu des observations spectro-photométriques de HD 181327, une jeune étoile (12+8-4 millions d'années, Ma) de type solaire entourée d'un anneau de débris massif de 90 unités astronomique (UA) de rayon vu aussi en lumière diffusée par le télescope spatial Hubble. La bonne détermination de la géométrie de l'anneau permet de se concentrer sur la modélisation de la distribution spectrale d'énergie, afin de mieux caractériser les propriétés des poussières. J'ai utilisé le code de transfert radiatif GRaTer et démontré que le système héberge une population de planétésimaux glacés, qui pourrait représenter une source d'eau et de volatils susceptible d'être libérée sur des planètes telluriques encore en formation. Je discute quelques résultats additionnels obtenus avec Herschel à propos de disques de débris jeunes, notamment HD 32297, et d'analogues faibles de la Ceinture de Kuiper. Les disques exo-zodiacaux (exozodis), analogues du nuage Zodiacal du Système Solaire, représentent une contrepartie chaude (ou tiède) aux disques de débris, résidant proche de la zone habitable (moins de quelques unités astronomiques) et encore mal connue. Ils sont révélés par leur émission proche et moyen infrarouge et peuvent être étudiés avec la précision et la résolution requises grace à l'interférométrie optique. Dans le cas de l'étoile Beta Pictoris (12+8-4 Ma), dont le disque est vu par la tranche, une fraction significative du disque externe diffuse de la lumière vers le champ de vue des interféromètres ; une composante interne chaude doit tout de même être invoquée pour justifier de l'excès mesuré dans l'infrarouge proche. En m'appuyant sur l'exemple de l'étoile Véga (440±40 Ma), je présente la méthodologie employée et démontre que les exozodis chauds se caractérisent par une abondance de poussières sub-microniques, près de la distance de sublimation de l'étoile. D'un point de vue théorique, le mécanisme de production de ces petits grains non-liés est encore incompris. J'aborde plus en détails le cas du disque exozodiacal à deux composantes (chaude et tiède) de Fomalhaut (440±40 Ma). Je développe une nouvelle méthode de calcul des distances de sublimation et recense les processus variés qui peuvent affecter un grain de poussière afin de fournir un cadre pour l'interprétation : l'exozodi chaud à ~0.1 - 0.2 UA serait la signature indirecte d'une ceinture d'astéroïdes située à 2 UA à l'activité dynamique particulièrement intense. Finalement, je dresse un bilan des propriétés des disques de débris et de ce qu'ils peuvent nous apprendre quand on les compare au Système Solaire, et propose de futures directions de recherche pour explorer davantage les systèmes planétaires et leur dynamique. / Debris disks orbiting in the environment of nearby stars are a very important indicator of extrasolar planetary systems properties. From space and from the ground, current observational facilities enable a multi-wavelength determination of the disks structures and of the dust properties. This thesis addresses the topic of debris disks modelling, based on data from multiple instruments including first of all the Herschel and Hubble space telescopes, and the VLTI, CHARA and KIN infrared interferometers. My first research pro jects took place in the framework of two key programs from the Herschel Space Observatory dedicated to the study of circumstellar disks around nearby stars. As part of the GASPS pro ject, I obtained Herschel far-infrared spectro-photometric observations of HD 181327, a young (12+8−4 Myr) Sun-like star surrounded by a massive, 90 AU-wide debris belt, also imaged in scattered light by the Hubble Space Telescope. Proper determination of the belt geometry allows one to focus on modelling the dust properties. I used the GRaTer radiative transfer code to demonstrate that the system hosts a population of icy planetesimals that may be a source for the future delivery of water and volatiles onto forming terrestrial planets. I discuss additional results obtained with Herschel related to young debris disks, in particular HD 32297, and to faint Kuiper-Belt analogues. Exo-zodiacal disks (exozodis), those analogues to the Solar System Zodiacal cloud, represent a little known hot (or warm) counterpart of debris disks located close the habitable zone (inside of a few AUs). They are revealed by their near- to mid-infrared emission and can be assessed with the required accuracy and resolution with optical interferometers. In the case of the near edge-on star β Pictoris (12+8−4 Myr), I show that a significant fraction of the outer disk scatters light towards the small field-of-view of the interferometers; an inner hot component must nonetheless be invoked to explain the measured near-infrared excess. Based on the example of the star Vega (440 ± 40 Myr), I introduce a methodology to study inner dust disks and I show that hot exozodis are characterized by an abundance of submicron-sized grains, close to the star sublimation distance. From a theoretical point-of-view, the production mechanism for these small, unbound grains is not understood. I go into more details on the case of the Fomalhaut (440 ± 40 Ma) double-component (warm and hot) exozodiacal disk. I develop a new model for the calculation of the dust sublimation distances, and I address the various processes that can affect a dust grain in order to provide a framework for interpreting the exozodi: the hot exozodiacal disk may be the indirect signature of an asteroid belt with a particularly high dynamical activity. Lastly I draw up a summary of the properties of dusty debris disks and of what they can teach us when compared to the Solar System. I propose possible future research directions for further investigations of planetary systems and their dynamics.

Les vingt-cinq dernières années ont connu une véritable révolution dans notre connaissance des systèmes planétaires avec plus de 1800 planètes extrasolaires connues à ce jour. L'étude observationnelle des disques de débris constitue l'approche proposée dans ce travail de thèse pour éclairer les processus de formation et d'évolution des systèmes planétaires. Ces disques circumstellaires sont constitués de particules de poussière générées par des collisions de petits corps appelés planétésimaux, en orbite autour d'une étoile de la séquence principale. La lumière stellaire qu'elles diffusent représente une observable particulièrement riche en informations sur l'architecture du système, mais difficile d'accès en raison du contraste élevé et de la faible séparation angulaire avec leur étoile. Le développement récent de nouveaux instruments à haut contraste équipés d'optique adaptative extrême représente un formidable potentiel pour l'étude de ces systèmes. Cette thèse se place dans le cadre de ces nouveaux développements et porte sur la caractérisation des disques de débris grâce à deux instruments qui équipent le VLT (Very Large Telescope) : NaCo et SPHERE (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch). NaCo est en opération depuis plus de 10 ans et a connu plusieurs améliorations successives. SPHERE a été conçu et développé dans la même période, testé intensivement en laboratoire en 2013 et est actuellement en cours de vérification opérationnelle sur le télescope. Le caractère novateur de ce travail consiste à associer à l'étude des propriétés physiques des disques de débris, une expertise instrumentale poussée pour tirer le meilleur profit des observations. La première partie vise à développer et caractériser des méthodes de réduction de données innovantes adaptées aux observations de disques en lumière diffusée et au comportement de l'instrument. En particulier les atouts, performances et biais des techniques d'imagerie différentielle angulaire, polarimétrique et de soustraction de référence sont quantifiés. Ces méthodes sont appliquées, dans une seconde partie, à l'étude et la caractérisation de deux prototypes de disques de débris entourant les étoiles beta Pictoris et HR 4796A. Elles permettent une analyse poussée de la morphologie de ces disques et révèlent de nouvelles asymétries, interprétées en terme de perturbateurs gravitationnels ou de propriétés de diffusion de la lumière par la poussière. Enfin une évaluation prospective des performances attendues et observées avec l'instrument SPHERE est détaillée dans la dernière section, basée sur des simulations et des mesures en laboratoire ou sur le ciel. Une comparaison avec NaCo révèle les points forts de SPHERE avant de conclure sur les questions scientifiques auxquelles les observations de disques de débris avec SPHERE pourront apporter des réponses. / Over the last two and a half decades, the discovery of more than 1800 exoplanets has been a major breakthrough in our understanding of planetary systems. To shed light on the formation and evolution processes of such systems, I have chosen an observational approach based on the study of debris discs. These circumstellar discs are composed of dust particles constantly generated by collisions of small rocky bodies called planetesimals, orbiting a main-sequence star. The stellar light they scatter can be studied from the Earth and reveal a wealth of information on the architecture of the system. These observations are challenging because of the high contrast and the small angular separation between the disc and the star. The recent developments of new high-contrast instruments with extreme adaptive optic systems are therefore bringing new expectations for the study of these systems and set the framework of this PhD thesis. My work aims at characterising debris discs thanks to two instruments installed on the Very Large Telescope: NaCo and SPHERE (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch). NaCo has been in operation for more than a decade and has undergone many improvements. SPHERE has been designed and assembled in the same period, was intensively tested in laboratory in 2013, and is currently being commissioned on the telescope. The innovative approach of this PhD work is to combine the study of debris discs with strong instrumental expertise to get the best science results from the observations. The first part of the study aims at developing innovative data reduction techniques adapted to the observations of discs in scattered light and to the behaviour of the instrument. I quantify in particular the performances, advantages, and biases of the angular, polarimetric and reference-star differential imaging technique. In a next step, I apply those techniques to characterise two prototypes of debris discs, around the stars beta Pictoris and HR 4796A. A detailed analysis of the morphology is carried out, which reveals new asymmetries interpreted in terms of gravitational perturbers or of dust scattering properties. Lastly, I detail the expected and measured performances of SPHERE, from simulations, laboratory and on-sky measurements. A comparison with NaCo reveals the assets of SPHERE and I conclude with the scientific questions SPHERE will be able to answer with new debris disc observations.

Ce manuscrit présente des travaux originaux sur la théorie de la formation des planètes.Le but fondamental est de connecter la composition chimique des planètes géantes etdes petits corps avec les processus physiques et chimiques prenant lieu dans le disqueprotoplanétaire.1. Dans le chapitre 1 j'introduis les propriétés fondamentales des disques protoplané-taires ainsi que les bases de la théorie de formation des planètes.2. Dans le chapitre 2 j'attaque le problème du rapport C/O supersolaire mesurérécemment dans WASP 12b. J'élabore un modèle qui suit la distribution et transportde l'eau et du CO gazeux et solides à travers leurs di_usion, condensation,coagulation, gaz drag et sublimation afin de quantifer la variation du rapport C/Odans le disque en fonction du temps et de la distance. Mon modèle montre que,au fur et à mesure du temps, les vapeurs vont être enlever de l'intérieur de leurlignes de glaces respectives, avec le vapeur CO enlevé beaucoup plus lentement quela vapeur d'eau. Cette effet va augmenter le rapport C/O à l'intérieur de la lignede glace de l'eau d'une valeur initiale solaire (0.55) vers une valeur au voisinagede l'unité, permettant de former des planètes géantes avec des rapports C/O _ 1,comme WASP 12b. Je fnis ce chapitre en discutant les preuves observationnellesde cette enlèvement des vapeurs à l'intérieur des lignes de glaces.3. Dans le chapitre 3 j'utilise le même modèle pour interpréter la composition chimiqued'Uranus et Neptune. Je montre comment la formation de ces deux planètessur la sur-densité de glaces prédite par mon modèle sur la ligne de glace de CO peutexpliquer pourquoi ces planètes sont à la fois riches en carbone, pauvres en azote etavec des valeurs D/H sous-cométaires.4. Dans le chapitre 4 je change de sujet vers les propriétés chimiques des météoriteschondritiques, surtout leurs rapports D/H. J'utilise un modèle de disques à 2 couches(actif et morte) avec une code d'évolution D/H pour vérifier si les profiles thermiquesnon monotone trouvés dans ces disques peuvent expliquer la large gamme des valeursD/H trouvé entre les différents familles chondritiques. Je finis ce chapitre en discutantles implications de ce modèle des disques contenant des zones mortes sur laformation de Jupiter.5. Finalement je résume nos résultats dans Conclusions & perspectives, et finis enposant des questions que j'espère voir résolus prochainement. / In this manuscript I present multiple original works on planets formation theory. Themain goal is to connect the chemical composition of giant planets and small bodies to thephysical and chemical processes taking place in the protoplanetary disk.1. In chapter 1 I introduce the fundamental properties of disks and the basics ofplanets formation theory.2. In chapter 2 I tackle the supersolar C/O and subsolar C/H ratios measured recentlyin WASP 12b. I elaborate a model that tracks water and CO vapors and icesevolution through di_usion, condensation, coagulation, gas drag and sublimation inorder to quantify the variation of the C/O ratio as a function of distance and time.My model shows that, over time, vapors will get permanently depleted inside oftheir respective snowlines with CO getting depleted much slower than water. Thiswill increase the C/O ratio inside of the water snowline from the solar value of 0.55to near unity, allowing the formation of giant planets with C/O _ 1, such as WASP12b. I end this chapter by discussing the observational proofs for the existence ofsuch vapor depletions inside the icelines3. In chapter 3 I use the same model to interpret the chemical composition of Uranusand Neptune. I show how the formation of both planets on the CO snowline's icesoverdensity predicted by this model can explain why both planets are rich in carbon,poor in nitrogen and have subcometary D/H ratios.4. In chapter 4 I shift the discussion to the chemical properties of chondritic meteorites,mainly their D/H ratios. I use a snapshot from a layered (active + dead)zones disk model with a D/H ratio evolution code to check if the non monotonicthermal pro_les in these disks can explain the wide range of D/H ratios measuredin the di_erent chondritic families. I end this chapter by discussing the implicationsof the dead zone disk models for the formation of Jupiter.5. I _nally summarize my results in Conclusions & perspectives, and _nish bypointing out several relevant open questions to be hopefully resolved soon.

L'objectif principal de cette thèse est de proposer de nouveaux mécanismes de transport de solides dans les disques protoplanétaires afin de résoudre le problème de la dérive radiale des solides causée par la friction du gaz. En effet, malgré d'importants efforts théoriques et expérimentaux, il reste difficile à expliquer comment de petites particules de poussière submillimétriques forment des blocs kilométriques dans les conditions qui règnent au sein des disques protoplanétaires. Je montre que les mécanismes de transport proposés dans cette thèse sont en mesure de résoudre ce problème de dérive et j'étudie leurs effets sur la formation des premiers solides. Dans un premier temps, je considère les effets de la photophorèse et des jets magnétiques sur le mouvement radial des grains dans les disques protoplanétaires. Le premier est dû aux effets thermiques du rayonnement stellaire sur la surface des grains, tandis que le deuxième est provoqué par les lignes de champ magnétique stellaire qui traversent le disque. Les résultats sont obtenus en résolvant les équations du mouvement des particules de façon numérique. Le transport induit par ces mécanismes a d'importantes conséquences pour la composition des météorites qui sont discutées dans le contexte de la nébuleuse solaire. Dans un deuxième temps, j'étudie la formation de pièges à particules causés par la présence de plusieurs planètes dans le disque grâce à des simulations hydrodynamiques. Ces résultats incluent la croissance des grains et sont directement comparés aux travaux similaires considérant une seule planète dans le disque. Le cas de l'étoile HD 100546, pour lequel les observations récentes suggèrent la présence de deux planètes dans le disque, est examiné en détail. L'évolution du disque en considérant différentes tailles de grain est étudiée au moyen de simulations hydrodynamiques SPH. Les distributions de la poussière et du gaz dans le disque sont particulièrement révélatrices car elles permettent de mettre à l'épreuve les différents scenarios proposés par les observations. L'étude de ces mécanismes montre que, selon leur taille et leur composition, les grains s'accumulent à différentes distances radiales dans le disque. Ces processus empêchent donc l'accrétion des solides par l'étoile et résolvent ainsi le problème de la barrière de dérive radiale. Les futures observations avec des instruments tels que ALMA, SPHERE et MATISSE permettront de mieux contraindre l'efficacité de ces mécanismes dans les disques protoplanétaires / The main goal of this work is to study new transport mechanisms of solids in protoplanetary disks and its implications for the composition of the first solids. The motion of solids inside the disk leads to the so-called radial-drift barrier caused by the gas aerodynamic drag, which is a severe problem for planet formation theory. In this context, it is hard to explain how sub-mm grains reach planetesimal sizes during the disk lifespan. First of all, I study the effects of photophoresis on the dust grains illuminated by the stellar radiation and quantify the efficiency of radial transport as a function of the particle properties. Then, I study the ejection of particles from the inner regions of the disk via the so-called stellar fountain model. Due to the stellar magnetic field which threads the disk, solid particles enter a jet that sends them outwards up to a few astronomical units. Both processes, photophoresis and jets, have important implications for the composition of meteorites which are discussed within the Solar Nebula scenario. In the last chapter, I study dust dynamics in multi-planetary systems through SPH simulations. The formation of particle traps in a disk with two planets is treated in detail and compared to previous work considering a single planet. Then I consider the case of HD 100546, a star with a disk which might harbor two planets according to recent observations, and study the disk evolution in different scenarios. By considering different grains sizes it is then possible to establish a link with interferometric observations of the system. We consider models with different planetary masses and radial distances in order to better constrain these quantities. The study of these mechanisms reveals that, according to particle size and composition, grains can pile up at different radial distances in the disk. This prevents the accretion by the central star by stopping the radial drift of solids, which shows that these mechanisms are good candidates to solve the radial-drift barrier. Future observations using ALMA, SPHERE and MATISSE will provide insights into the efficiency of these transport processes in protoplanetary disks

Ce travail se situe dans le cadre des recherches du laboratoire sur un procédé d’extraction et desextraction, qui implique trois phases liquides, deux phases aqueuses et une phase organique. La faisabilité d’un tel procédé passe par le choix de la phase organique et par l’étude des équilibres mis en jeu lors du processus d’extraction.Le principal objectif concerne : la récupération et la concentration de phénol contenu dans une solution aqueuse, en utilisant un pertracteur à disques tournants alternatifs en régime batch, semi-batch et continu. Par un mécanisme du transfert de matière entre les phases, le phénol passe de la phase aqueuse d’alimentation vers la phase organique puis de la phase organique vers la phase aqueuse réceptrice.La faisabilité de la méthode est testée en mode fermé. Nous étudions l’influence de certains paramètres : tels que la concentration du phénol, la variation de pH de la phase d’alimentation, la vitesse de rotation des disques et le volume de la phase organique, sur l’évolution du transfert du phénol entre les phases. Une solution aqueuse à pH 2, ayant une concentration en phénol égale à 50, 100 ou 300 mg.L-1, est mise en contact avec de l’huile de colza, qui est elle-même en contact avec une solution aqueuse à pH 13. Les résultats montrent qu’au bout de six heures de fonctionnement, 70% à 99% du phénol contenu initialement dans la solution aqueuse à pH 2, se trouve dans la phase aqueuse à pH 13.Afin de récupérer et de concentrer le phénol dans la phase réceptrice, nous avons réalisé des expériences dans le pertracteur fonctionnant en mode semi-ouvert et en mode ouvert.En système semi-ouvert, l’influence de trois paramètres est étudiée : la concentration initiale de phénol, la vitesse de rotation des disques et le débit de la phase d’alimentation. En système ouvert, seul l’influence du débit à la phase aqueuse est analysée. Enfin, grâce à la modélisation basée sur la théorie du double film, nous avons estimé l’ordre de grandeur des coefficients de transferts de matière partiels pour différentes vitesses de rotation en système fermé. / This work is focused on a pertraction process, coupling extraction and stripping steps in the same apparatus and involving three liquid phases, two aqueous phases and one organic phase. The process feasibility requires the choice of a appropriate organic phase (membrane) and a phase equilibria studies.The main objective was recovery and concentration of phenol contained in dilute aqueous solutions using a rotating discs pertractor in batch, semi-batch and continuous mode. The phenol is transferred from the feed phase (aqueous phase) through the membrane (organic phase) in the receiving phase (aqueous phase).The feasibility of the method is tested in a batch system. We studied the influence of some parameters such as the phenol concentration, the feed pH, the discs rotational speed and the volume of the organic phase. An aqueous solution at pH 2 (feed) with a phenol concentration equal to 50, 100 and 300 mg.L-1, is placed in contact with rapeseed oil (liquid membrane), that is itself in contact with an aqueous solution at pH 13 (receiving phase). The obtained results show that after 6 hours, 70% to 99% of phenol initially contained in the aqueous solution at pH 2, is transferred in the aqueous phase at pH 13.To concentrate phenol in the receiving phase, we performed experiments in semi-batch and continuous mode.In semi-batch system, the influence of three parameters is studied: the feed concentration, the discs rotation speed and the feed flowrate. In open system, (continuous mode), only the influence of the aqueous phases flowrates is analyzed.Finally, using mass transfer model based on a double film theory, we estimate the partial mass transfer coefficients for three phases at different rotation speeds in batch system.

Le développement de biofilms est étudié sur de longues périodes (de deux à sept mois) dans des réacteurs à disque tournant (RBC) et à lit fixe alimentés par des eaux résiduaires domestiques ou des substrats synthétiques en continu à l’échelle du laboratoire. Deux réacteurs ont été spécialement conçus pour des expériences. Les biofilms ont été soumis à des stress physiques (forces hydrodynamiques) ou chimiques (antibiotique). L’activité biologique des réacteurs a été suivie au cours du temps (dégradation de la pollution carbonée et azotée). Les phénomènes de détachement et de redéveloppement des biofilms ont été caractérisés sur des surfaces lisses ou structurées par des techniques d’analyse d’images non destructives. La quantité globale de biomasse présente est évaluée par l’opacité du biofilm et cette méthode d’évaluation a été validée par comparaison avec des méthodes classiques destructives (coloration au Cristal Violet, matières sèches). La macrostructure du biofilm, liées aux phénomènes de croissance, détachement et recroissance, a été évaluée à l’aide de deux méthodes de caractérisation de la texture visuelle : la méthode de cooccurrence de niveaux de gris (SGLDM) et la longueur des segments (GLRLM). Le travail montre l’efficacité de l’analyse d’images comme une méthode rapide et peu onéreuse dans l’étude des biofilms sur le long terme. / The development of biofilm has been studied over long periods of time (two to seven months) in laboratory-scale rotating biological contactors and fixed bed reactors continuously fed with municipal wastewater or synthetic growth media. Two reactors have been specifically designed for this purpose. The biofilms have been subject to hydrodynamic and chemical (antibiotics) stresses. The overall biological activity of the reactors have been monitored, in terms of carbon and nitrogen removal. The phenomena of sloughing and re-growth have been characterized on smooth and rough surfaces using image analysis non-destructive techniques. The amount of biomass present on the substratum has been evaluated by the biofilm opacity and this monitoring method has been validated by comparison with destructive methods such as crystal violet staining and dry weight. The biofilm macrostructure, related to growth, sloughing and re-growth phenomena, has been evaluated through visual texture characterization of the scanning gray level co-occurrence matrix (SGLDM) and the gray level run length method (GLRLM). The results shows the efficiency of image analysis as a rapid and cheap method to monitor biofilm development on the long term.

Cette thèse s'inscrit dans la thématique de l'étude de la formation et de l'évolution des systèmes planétaire grâce à la méthode de l'imagerie à haut contraste, aussi appelée imagerie directe, par comparaison aux méthodes de détection dites "indirectes". Le travail que je présente dans ce manuscrit s'articule en deux parties bien distinctes. La première partie concerne la composante observationnel de ma thèse, à l'aide de l'instrument SPHERE installé au Very Large Telescope, au sein du consortium du même nom. L'instrument SPHERE a pour objectif la détection et la caractérisation de jeunes et massives exoplanètes mais également de disques circumstellaires allant des très jeune disques protoplanétaires aux disques de débris, plus âgés. Ainsi, je présente dans ce manuscrit ma contribution au programme SHINE, un grand relevé de 200 nuits dont le but est la détection de nouvelles exoplanètes ainsi que la caractérisation spectrale et orbitale des quelques compagnons déjà connus. J'y présente également les deux études de disques circumstellaires que j'ai réalisées, autour des étoiles HD 141569 et HIP 86598. La première étude ayant permis la découverte d'anneaux concentriques à quelques dizaine d'UA de l'étoile ainsi que de asymétrie dans le flux du disque inhabituelle. La seconde étude porte sur la découverte d'un disque de débris présentant également une asymétrie en flux inhabituelle. La deuxième partie concerne la composante instrumentale de mon travail de thèse, au sein du consortium MICADO, en charge de la conception de la caméra du même nom qui sera l'un des instruments de première lumière de l'Extremely Large Telescope Européen (ELT). Dans ce manuscrit, je présente l'étude que j'ai menée afin de définir le design de certain composant du mode coronographique de MICADO tout en tenant compte des contraintes de l'instrument qui n'est pas dédié à l'imagerie haut contraste, contrairement à SPHERE. / This thesis is performed in the context of the study of the formation and evolution of planetary systems using high contrast imaging, also known as direct imaging in contrast to so-called "indirect" detection methods. The work I present in this manuscript is divided into two distinct parts.The first part concerns the observational component of my thesis, using the SPHERE instrument installed at Very LargeTelescope. This work was done as part of the consortium of the same name. The purpose of the SPHERE instrument is to detect and characterize young and massive exoplanets, but also circumstellar disks ranging from very young protoplanetary disks to older debris disks. In this manuscript, I present my contribution to the program SHINE, a large survey with an integration time of 200 nights' worth of observation, the goal of which is the detection of new exoplanets and the spectral and orbital characterization of some previously-known companions. I also present the two studies of circumstellar disks that I made, around the stars HD 141569 and HIP 86598. The first study allowed the discovery of concentric rings at about ten AU of the star along with an unusual flux asymmetry in the disk. The second study is about the discovery of a debris disk that also has an unusual flux asymmetry. The second part concerns the instrumental component of my thesis work done within the MICADO consortium, in charge of the design of the camera of the same name which will be one of the first light instruments of the European Extremely Large Telescope (ELT). In this manuscript, I present the study in which I define the design of some components of the coronagraphic mode of MICADO while taking into account the constraints of the instrument - which is not dedicated to high contrast imaging, unlike SPHERE.

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The existence of other habitable worlds and the possible development of life elsewhere in the Universe have been among mankinds fundamental questions for thousands of years. These interrogations about our origins and place in the Universe are today at the dawn of being answered in scientific terms. The key year was 1995 with the discovery of the first extrasolar planet orbiting around a solar-type star. About 400 extrasolar planets are known today and the possibility to identify habitable worlds and even life among them largely contributes to the growing interest about their nature and properties. However, characterizing planetary systems is a very difficult task due to both the huge contrast and the small angular separation between the host stars and their environment. New techniques have emerged during the past decades with the purpose of tackling these fantastic observational challenges. In that context, infrared interferometry is a very promising technique, since it provides the required angular resolution to separate the emission of the star from that of its environment. This dissertation is devoted to the characterization of extrasolar planetary systems using the high angular resolution and dynamic range capabilities of infrared interferometric techniques. The first part of the present work is devoted to the detection with current interferometric facilities of warm dust within the first few astronomical units of massive debris discs around nearby stars. In order to extend the imaging of planetary systems to fainter discs and to extrasolar planets, we investigate in a second step the performance of future space-based nulling interferometers and make a comparison with ground-based projects. Finally, the third part of this work is dedicated to the impact of exozodiacal discs on the performance of future life-searching space missions, the goal being to characterize extrasolar planets with sizes down to that of the Earth.

Cette thèse est consacrée à l'histoire des solides du système solaire primitif. Nous étudions la dynamique des composants chondritiques et trouvons que leur préservation pendant plusieurs Ma dans le disque protoplanétaire nécessite une zone morte. Cette dynamique est essentiellement gouvernée par un paramètre de découplage gaz-solide S que nous conjecturons avoir été <1 et >1 lors de l'accrétion des chondrites carbonées et non carbonées, respectivement. Nous étudions aussi des modèles réduits pour l'interaction entre la turbulence magnétohydrodynamique et la sédimentation de la poussière ainsi que l'instabilité d'écoulement linéaire. Nous mesurons la concentration d'éléments en trace dans les phases des chondres dans Vigarano, Renazzo, Acfer 187, Bishunpur et Sahara 97096. L'olivine dans les chondres de type I semble résulter d'une cristallisation à l'équilibre tandis que le pyroxène enregistre des taux de refroidissement rapides et est compatible avec une interaction gaz-liquide.