L'objectif de cette thèse est d'étendre une méthode d'estimation des paramètres d'une loi stable dans Rd aux lois à queue régulière dans un cône arbitraire. La méthode d'échantillonnage par paquets est modifiée afin d'optimiser la vitesse de convergence des estimateurs. Un nouvel estimateur de la masse totale de mesure spectrale est proposé. Des résultats sur les statistiques d'ordre des lois à queue régulière dans un cône et la loi des grands nombres pour le schéma triangulaire sont établis. La consistance et la normalité asymptotique des estimateurs sont démontrées. La performance des estimateurs est étudiée par simulation. On compare ces estimateurs avec quelques estimateurs connus. Les tableaux de performance sont fournis. La méthode de noyau est utilisée pour estimer la densité d'une mesure spectrale absolument continue d'une loi à queue régulière. On prouve la consistance de l'estimateur dans notre cas particulier. Pour augmenter le nombre de points utilisés dans l'échantillon, on propose une méthode d'estimation utilisant les permutations aléatoires de l'échantillon. La variation régulière a la propriété d'être préservée par plusieurs opérations et transformations. On considère trois sortes de transformations. Des conditions suffisantes pour cette préservation sont proposées et quelques contre-exemples sont présentés. Les modèles de lois stables et de lois à queue lourde sont très utilisés dans plusieurs domaines d'application. On considère deux jeux de données réelles : les cours des 30 valeurs de l'indice DJIA et les perturbations planétaires des comètes du nuage de Oort. En appliquant la méthode d'estimation présentée on obtient des descriptions statistiques de ces données.

Les études Galactiques nécessitent de grands échantillons d'étoiles dont la masse, l'âge, les abondances, la vitesse et la distance sont connues. Les observations spectroscopiques permettent de mesurer certains de ces paramètres et les autres sont soit déterminés par d'autres moyens, ou dérivés par le calcul. Le besoin d'échantillons statistiquement représentatifs a motivé la construction d'instruments, et la réalisation de grands relevés comme le SDSS, LAMOST et GAIA... Ces projets génèrent une énorme quantité de données que les méthodes d'analyse interactives traditionnelles ne peuvent pas gérer. Cela a motivé des efforts pour concevoir des méthodes automatiques. Mon travail a commencé dans ce contexte, et les objectifs étaient de développer et tester une méthode automatique, puis de l'appliquer à des spectres stellaires à moyenne résolution. La thèse comporte quatre sections : 1. Je présente le package informatique ULySS, et en particulier son application à la détermination des paramètres atmosphériques des étoiles. 2. Nous avons utilisé ULySS pour déterminer les paramètres atmosphériques des 1273 étoiles de la bibliothèque CFLIB. 3. Nous avons appliqué la même méthode sur des observations obtenus pendant la mise en service de LAMOST et nous avons préparé une base de données de spectres de références pour les relevés futurs avec cet instrument. 4. Nous avons cherché des étoiles présumées pauvres en métaux (MP) en se servant des données de vérification scientifique de LAMOST. Cette étude contribue à l'étude des étoiles MP dans la Voie Lactée et montre la faisabilité de ces recherches avec LAMOST et ULySS / Galactic studies require large samples of stars with known mass, age, abundance, spatial velocity and distance etc. Spectroscopic observations allow ones to measure some of these parameters and to derive the others. The need for statistically representative samples motivated the construction of instruments and the realization of large surveys like SDSS, LAMOST and GAIA... These projects bring an enormous quantity of data that the traditional interactive spectral analysis methods cannot handle. This triggered efforts to design automatic methods. My work started in this context, and the goals were to develop and test an automatic method and to apply it to medium resolution stellar spectra. The thesis contains four sections: 1. The ULySS package, and in particular its application to the determination of the atmospheric parameters of stars is presented. 2. We used ULySS to determine the atmospheric parameters of the 1273 stars of the CFLIB library. 3. We applied the same method on LAMOST commissioning observations and we prepared stellar spectral templates for the future surveys. 4. We searched new metal-poor (hearafter MP) stellar candidates from LAMOST commissioning observations. The result of these MP star candidates is a prelude to the feasibility of LAMOST's capability on searching and enlarging the sample of MP stars in the Milky Way

Afin de traiter la masse d'informations récoltée dans de nombreuses applications, il est nécessaire de proposer de nouvelles méthodes de traitement permettant d'exploiter le caractère « multi-capteur » des données observées. Le sujet de cette thèse consiste à étudier des algorithmes d'estimation dans un contexte multi-capteur où plusieurs signaux ou images issus d'une même application sont disponibles. Ce problème présente un grand intérêt puisqu'il permet d'améliorer les performances d'estimation par rapport à une analyse qui serait menée sur chaque signal indépendamment des autres. Nous avons développé dans ce contexte des méthodes d'inférence bayésienne hiérarchique afin de résoudre efficacement des problèmes de segmentation de signaux multiples et d'analyse d'images hyperspectrales. L'utilisation de méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov permet alors de surmonter les difficultés liées à la complexité calculatoire de ces méthodes d'inférence.

La formation et l'évolution du disque épais de la Voie Lactée restent controversées. Nous avons utilisé un modèle de synthèse de la population de la Galaxie, le Modèle de la Galaxie de Besançon (Robin et al., 2003), qui peut être utilisé pour l'interprétation des données, étudier la structure galactique et tester différents scénarios de formation et évolution Galactique. Nous avons examiné ces questions en étudiant la forme et la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais en utilisant l'approche de synthèse de la population. Nous avons imposé sur des simulations les erreurs d'observation et les biais afin de les rendre directement comparables aux observations. Nous avons corrigé les magnitudes et les couleurs des étoiles de la simulation, en utilisant un modèle d'extinction. Les modèles d'extinction disponibles ne reproduisent pas toujours la quantité exacte d'extinction le long de la ligne de visée. Un programme a été développé pour corriger la distribution de l'extinction en fonction de la distance le long de ces lignes. Les extinctions correctes ont ensuite été appliquées sur les simulations du modèle. Nous avons étudié la forme du disque mince en utilisant des données photométriques aux basses latitudes du sondage SDSS-SEGUE. Nous avons comparé qualitativement et quantitativement les observations et les simulations et nous avons essayé de contraindre la fonction de masse initiale. En utilisant la spectroscopie du relevé SEGUE, nous avons sélectionné les étoiles du turn-off de la séquence principale (MSTO) (Cheng et al 2012) et des géantes K pour étudier la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais. Nous avons calculé une estimation de distance pour chaque étoile à partir de la relation entre les températures effectives et magnitudes absolues pour les catalogues observés et simulés. Ces deux catalogues ont les mêmes biais sur les distances, elles sont donc comparables. Nous avons développé un outil basé sur une méthode MCMC-ABC pour déterminer la distribution de la métallicité et étudier les corrélations entre les paramètres ajustés. Nous avons confirmé la présence d'un gradient de métallicité radiale de -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 pour le disque mince. Nous avons obtenu une métallicité du disque épais au voisinage solaire de -0.47 ± 0.03 dex, compatible avec les résultats obtenus par les études précédentes. De plus, le disque épais ne montre pas de gradient, mais les données sont compatibles avec un gradient positif intérieur suivi d'un négatif extérieur. Nous avons ensuite appliqué les outils développés au relevé spectroscopique Gaia-ESO et calculé la distribution de métallicité des étoiles F/G/K dans le disque mince et épais en supposant une formation en deux époques du disque épais de la Voie Lactée. Nous avons obtenu une métallicité locale dans le disque épais de -0.23 ± 0.04 dex légèrement plus élevée que celle obtenue avec SEGUE mais en accord avec Adibekyan et al. (2013) et un gradient de métallicité radiale du disque épais en accord avec notre analyse précédente des données de SEGUE et la littérature. La métallicité locale est en accord avec la littérature au niveau de 3σ mais parce que les données GES sont préliminaires, une analyse plus approfondie avec plus de données et de meilleurs calibrations doit être faite. L'existence d'un gradient plat dans le disque épais peut être une conséquence d'une formation à partir d’un gaz turbulent et bien homogène, ou bien un fort mélange radial a brassé après coup les étoiles. / The formation and evolution of the thick disc of the Milky Way remain controversial. We made use of a population synthesis model of the Galaxy, the Besançon Galaxy Model (Robin et al. 2003), which can be used for data interpretation, study the Galactic structure and test different scenarios of Galaxy formation and evolution. We examined these questions by studying the shape and the metallicity distribution of the thin and thick disc using the population synthesis approach. We imposed on simulations observational errors and biases to make them directly comparable to observations. We corrected magnitudes and colors of stars, from the simulation, using an extinction model. The available extinction models do not always reproduce the exact quantity of extinction along the line of sight. A code to correct the distribution of extinction in distance along these lines have been developed and the corrected extinctions have been applied on model simulations. We studied the shape of the thin disc using photometric data at low latitudes from the SDSS-SEGUE survey. We compared qualitatively and quantitatively observations and simulations and try to constrain the Initial Mass Function. Using the spectroscopic survey SEGUE we selected Main Sequence Turnoff (MSTO) stars (Cheng et al 2012) and K giants to study the metallicity distribution of the thin and thick discs. We computed a distance for each star from the relation between effective temperatures and absolute magnitudes for the observed and simulated catalogs. These two catalogues have the same biases in distances, therefore are comparable. We developed a tool based on a MCMC-ABC method to determine the metallicity distribution and study the correlations between the fitted parameters. We confirmed a radial metallicity gradient of -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 for the thin disc. We obtained a solar neighborhood metallicity of the thick disc of -0.47 ± 0.03 dex similar to previous studies and the thick disc shows no gradient but the data are compatible with an inner positive gradient followed by a outer negative one. Furthermore, we have applied the developed tools to the Gaia-ESO spectroscopic survey and computed the metallicity distribution of F/G/K stars in the thin and thick disc assuming a two epoch formation for the thick disc of the Milky Way. We obtained a local metallicity in the thick disc of -0.23 ± 0.04 dex slightly higher than the one obtained with SEGUE but in agreement with Adibekyan et al. (2013) and a radial metallicity gradient for the thick disc in agreement with our previous analysis of SEGUE data and the literature. The local metallicity is in fair agreement with literature at the 3σ level but because the GES data is an internal release under testing further analysis with more data and better calibrations have to be done. The existence of a flat gradient in the thick disc can be a consequence of an early formation from a highly turbulent homogeneous well mixed gas, unless it has suffered heavy radial mixing later on.

Les masses de données scientifiques générées par les moyens d'observation modernes, dont l’observation spatiale, soulèvent des problèmes de performances récurrents, et ce malgré les avancées des systèmes distribués de gestion de données. Ceci est souvent lié à la complexité des systèmes et des paramètres qui impactent les performances et la difficulté d’adapter les méthodes d’accès au flot de données et de traitement.Cette thèse propose de nouvelles techniques d'optimisations logiques et physiques pour optimiser les plans d'exécution des requêtes astronomiques en utilisant des règles d'optimisation. Ces méthodes sont intégrées dans ASTROIDE, un système distribué pour le traitement de données astronomiques à grande échelle.ASTROIDE allie la scalabilité et l’efficacité en combinant les avantages du traitement distribué en utilisant Spark avec la pertinence d’un optimiseur de requêtes astronomiques.Il permet l'accès aux données à l'aide du langage de requêtes ADQL, couramment utilisé.Il implémente des algorithmes de requêtes astronomiques (cone search, kNN search, cross-match, et kNN join) en exploitant l'organisation physique des données proposée.En effet, ASTROIDE propose une méthode de partitionnement des données permettant un traitement efficace de ces requêtes grâce à l'équilibrage de la répartition des données et à l'élimination des partitions non pertinentes. Ce partitionnement utilise une technique d’indexation adaptée aux données astronomiques, afin de réduire le temps de traitement des requêtes. / The big scientific data generated by modern observation telescopes, raises recurring problems of performances, in spite of the advances in distributed data management systems. The main reasons are the complexity of the systems and the difficulty to adapt the access methods to the data. This thesis proposes new physical and logical optimizations to optimize execution plans of astronomical queries using transformation rules. These methods are integrated in ASTROIDE, a distributed system for large-scale astronomical data processing.ASTROIDE achieves scalability and efficiency by combining the benefits of distributed processing using Spark with the relevance of an astronomical query optimizer.It supports the data access using the query language ADQL that is commonly used.It implements astronomical query algorithms (cone search, kNN search, cross-match, and kNN join) tailored to the proposed physical data organization.Indeed, ASTROIDE offers a data partitioning technique that allows efficient processing of these queries by ensuring load balancing and eliminating irrelevant partitions. This partitioning uses an indexing technique adapted to astronomical data, in order to reduce query processing time.

L'étude des exoplanètes et de leur atmosphère a connu une croissance fulgurante dans les deux dernières décennies. Les observations spectrophotométriques à partir d'observatoires spatiaux comme Hubble ont permis d'apporter certaines contraintes sur les phénomènes physiques et la composition de leur atmosphère, notamment grâce à la spectroscopie d'éclipse. Ces découvertes concernent généralement les planètes les plus favorables à cette technique, dont font partie les Jupiter chaudes. Cependant, les conclusions tirées à partir telles observations comportent leur lot de dégénérescences, causées par leur faible résolution spectrale, leur couverture restreinte en longueurs d'onde et leur précision photométrique limitée. Ces lacunes peuvent être corrigées en partie grâce à la complémentarité des spectrographes à haute résolution basés au sol ainsi qu'à l'aide du nouveau télescope spatial James Webb (JWST). Cette thèse présente, en premier lieu, une des premières analyses combinées d'observations spectrophotométriques prises avec l'instrument Wide Field Camera 3 de Hubble et d'observations à haute résolution avec l'instrument SPIRou (SpectroPolarimètre InfraRouge) du télescope Canada-France-Hawaï. Cette analyse avait pour cible le côté jour de la Jupiter ultra chaude WASP-33b, la deuxième exoplanète la plus chaude connue à ce jour. Aux températures se retrouvant dans l'atmosphère de WASP-33b, avoisinant les 3000 K, des molécules comme l'eau ne peuvent demeurer stables. Cependant, le CO, beaucoup plus résistant à la dissociation thermique, reste observable. Les données de SPIRou ont donc permis de confirmer la détection des raies d'émission du CO, en accord avec deux précédentes études. La combinaison avec les données de Hubble a aussi mené à l'obtention d'un premier estimé de son abondance avec un rapport de mélange volumique de logCO = -4.07 (-0.60) (+1.51). De plus, cette analyse a pu améliorer les contraintes sur la structure verticale en température et confirmer la présence d'une stratosphère. Des limites supérieures sur d'autres molécules comme l'eau, le TiO et le VO ont aussi pu être établies. En second lieu, un algorithme d'extraction spectrale intitulé ATOCA (Algorithme de Traitement d'Ordres ContAminés) est présenté. Celui-ci est dédié au mode d'observation SOSS (Single Object Slitless Spectroscopy) de l'instrument NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), la contribution canadienne à JWST. Ce mode d'observation couvre une plage de longueurs d'onde allant de 0,6 à 2,8 um simultanément grâce à la présence des deux premiers ordres de diffraction sur le détecteur. La nécessité d'un nouvel algorithme provient du fait que ces deux ordres générés par le « grisme » du mode SOSS se chevauchent sur une petite portion du détecteur. En conséquence, la région de l'ordre 1 couvrant les plus grandes longueurs d'onde (1,6–2,8 um) est contaminée par l'ordre 2 couvrant l'intervalle entre 0,85 et 1,4 um. ATOCA permet donc de décontaminer chacun des ordres en construisant d'abord un modèle linéaire de chaque pixel individuel du détecteur, en fonction du flux incident. Ce flux peut ensuite être extrait simultanément pour les deux ordres en comparant le modèle aux observations et en solutionnant le système selon un principe de moindres carrés. Ces travaux ont pu montrer qu'il est possible de décontaminer en dessous de 10 ppm pour chaque spectre individuel. / In the last decades, the research on exoplanets and their atmosphere has grown phenomenally. Space based observatories with spectrophotometric capabilities like Hubble allowed to put some constraints on the physical processes occuring in exoplanets’ atmosphere and their chemical composition. These discoveries concern mainly the hotter and larger planets, such as Hot Jupiters, which are the most favorable for atmospheric characterization. However, due to their low spectral resolution and their limited wavelength range and photometric accuracy, the scientific conclusions based on these observations can be degenerate. Some of these degeneracies can be lifted with the use of ground-based high-resolution spectrographs or the new James Webb Space Telescope (JWST). On the one hand, this thesis present one of the first analysis combining Hubble’s spectrosphometric data and high-resolution observations obtained with SPirou (SpectroPolarimètre InfraRouge) at the Canada-France-Hawai telescope. This analysis targeted the dayside of the Ultra Hot Jupiter WASP-33 b, the second-hottest exoplanet known to date. WASP-33 b atmosphere can reach temperatures high enough (≥ 3000 K) to dissociate molecules such as water. However, CO, which is much more resistant to thermal dissociation, remains observable. SPIRou’s observations allowed us to confirm the presence of CO emission lines in WASP-33 b emission spectrum, in agreement with two previous studies. With the addition of published Hubble data, we were able to push further and provide the first estimate CO abundance, with a volume mixing ratio of log10 CO = ≠4.07+1.51 ≠0.60. On the other hand, this thesis propose a new spectral extraction algorithm called ATOCA (Algorithm to Treat Order ContAmination) specifically designed for the SOSS (Single Object Slitless Spectroscopy) mode of the NIRISS instrument (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), the Canadian contribution to JWST. This observing mode covers the wavelength range spaning from 0.6 to 2.8 µm simultaneously, due to the presence of the two first diraction orders on NIRISS detector. The need for a new algorithm arises from the fact that these orders, originating from SOSS “grism”, overlap on a small portion of the detector. Consequently, the region of order 1 covering the longest wavelengths (1.6–2.8 µm) is contaminated by the signal from order 2 between 0.85 and 1.4 µm. Hence, ATOCA allows to decontaminate both orders by first building a linear model of each individual pixel of the detector, with the incident flux as an independant variable. This flux is then extracted simultaneously for the two orders by comparing the model to the detector image and by solving the system for the best least square fit. This work has shown that ATOCA can reduce the contamination level below 10 ppm for each individual spectrum.

La découverte d’exoplanètes a connu une croissance quasi exponentielle au cours des trois dernières décennies. Nous savons désormais que les systèmes d’exoplanètes sont la norme dans la galaxie et qu’il existe une variété d’archétypes de planètes qui ne correspondent pas à notre propre système solaire. Ces progrès rapides sont dus en grande partie aux missions spatiales qui utilisent la méthode des transits pour trouver et caractériser de nouvelles exoplanètes. Kepler et, plus récemment, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ont contribué à la majorité des exoplanètes confirmées ou candidates connues à ce jour. Les exoplanètes découvertes par TESS sont particulièrement prometteuses, car TESS a délibérément ciblé des étoiles hôtes brillantes pour faciliter l’analyse spectroscopique détaillée de l’atmosphère de leurs planètes. Bien que TESS soit très efficace pour identifier de nouveaux signaux de transit, un effort de suivi substantiel est nécessaire pour valider chaque nouvelle candidate et le succès global de la mission TESS dépend fortement de l’obtention de ce suivi de la part d’observatoires externes. Une attention particulière est souvent requise pour les planètes à longue période qui souffrent fortement des biais impliqués dans les recherches de transit. Si l’on peut surmonter les défis observationnels supplémentaires, ces planètes constituent des bancs d’essai rares et précieux pour étudier la physique et la chimie des atmosphères plus froides. Dans cette thèse, j’ai collaboré avec la communauté de suivi des exoplanètes TESS sur plusieurs fronts en apportant des instruments précédemment inutilisés, en contribuant à l’effort général de vérification des candidates, ainsi qu’en menant des études de validation et de confirmation de cibles difficiles à longue période. Nous avons adapté le réseau de téléobjectifs Dragonfly (alias "Dragonfly"), conçu pour les cibles de faible luminosité de surface, à l’observation des transits d’exoplanètes. J’ai développé un nouveau mode d’observation adapté aux transits et créé des pipelines de planification, de traitement des données et d’analyse. Nous avons atteint une précision photométrique d’environ 0,5 ppt dans des intervalles de 4 à 5 minutes sur la plage 9 < mV < 13, compétitive avec d’autres observatoires au sol de classe 1–2 m. Nous avons également développé un vaste programme d’observation avec le satellite de surveillance des objets proches de la Terre (NEOSSat) couvrant 3 ans et 6 cycles d’observation pour observer les transits d’exoplanètes de longue durée, qui représentent un défi majeur à capturer avec des observatoires au sol. En utilisant ces deux instruments, nous avons fourni des observations pour le programme d’observation de suivi des exoplanètes TESS (ExoFOP). Grâce à mon travail dans ExoFOP, j’ai dirigé une publication de validation pour TOI-1221 b, une planète sub-neptunienne de 2,9 rayons terrestres sur une orbite de 92 jours. Non seulement nous avons écarté les scénarios de faux positifs pour cette planète tempérée à longue période, mais grâce à notre analyse détaillée de 6 transits TESS et 2 détections au sol, nous avons trouvé des preuves de variations de synchronisation de transit qui pourraient indiquer une autre planète cachée dans le système. Nous avons également utilisé NEOSSat pour rechercher un deuxième transit de TOI-2010 b, qui n’en montrait qu’un seul dans les données TESS. En surveillant l’étoile hôte sur une fenêtre d’incertitude de 7 jours, nous avons capturé le transit et amélioré considérablement notre connaissance de l’éphéméride de la planète. J’ai dirigé l’article de confirmation sur cette planète semblable à Jupiter avec une orbite de 142 jours, ajoutant une cible de faible insolation à la petite collection d’exoplanètes connues avec des périodes supérieures à 100 jours et des étoiles hôtes suffisamment brillantes pour un suivi spectroscopique. En plus de diriger ces deux projets spécifiques, mes observations avec Dragonfly et NEOSSat ont jusqu’à présent contribué à 10 autres publications dont je suis co-auteur. / Exoplanet discovery has undergone near-exponential growth over the last three decades. We now know exoplanet systems are the norm in the Galaxy and that a variety of planet archetypes exist that do not necessarily match our own Solar System. This rapid advancement is due in large part to space-based discovery missions utilizing the transit method to find and characterize new exoplanets. Kepler, and more recently, the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) have contributed the majority of confirmed or candidate exoplanets known today. The exoplanets discovered by TESS show particular promise, as TESS has deliberately targeted bright host stars to facilitate detailed spectroscopic analysis of their planets’ atmospheres. While TESS is highly efficient at identifying new transit signals, substantial follow-up effort is required to validate each new candidate and the overall success of the TESS mission heavily depends on attaining this follow-up from external observatories. Special attention is often required for long-period planets that suffer heavily from the biases involved in transit searches. If one can overcome the added observational challenges, these planets provide rare and valuable testbeds to investigate cool-atmosphere physics and chemistry. Through this thesis, I engaged with the TESS exoplanet follow-up community on several fronts by bringing previously unused instrument options to the endeavour, contributing to the general effort of candidate verification, as well as leading validation and confirmation studies of challenging long-period targets. We adapted the Dragonfly Telephoto Array (a.k.a. “Dragonfly”), designed for low-surface brightness targets, to the observation of exoplanet transits. I developed a new transient-appropriate observing mode and created scheduling, data processing, and analysis pipelines. We achieve a photometric precision floor of 0.5 ppt in 4–5-minute bins over the range 9 < mV < 13, competitive other 1–2 m class ground-based observatories. We also developed an extensive observing program with the Near-Earth Object Surveillance Satellite (NEOSSat) spanning 3 years and 6 observing cycles to observe long-duration exoplanet transits that provide a major challenge to capture with ground-based observatories. Using these two instruments, we provided follow-up observations for the TESS Exoplanet Follow-up Observing Program (ExoFOP). Through my work with ExoFOP, I led a validation publication for TOI-1221 b, a 2.9 Earth-radii sub-Neptune planet on a 92-day orbit. Not only do we rule out the false-positive scenarios for this long-period temperate planet, but through our detailed analysis of 6 TESS transits and 2 ground-based detections, we find evidence of transit timing variations that may indicate an additional hidden planet in the system. We also used NEOSSat to hunt for an elusive second transit of TOI-2010 b. By monitoring the host star over a 7-day uncertainty window, we caught the transit and vastly improved our knowledge of the planet’s ephemeris. I led the confirmation paper on this temperate Jupiter-like planet with a 142-day orbit, adding a low-insolation target to the small collection of known exoplanets with periods above 100 days and host stars bright enough for spectroscopic follow-up. Beyond leading these two specific projects, my observations with Dragonfly and NEOSSat have thus far contributed to 10 other publications for which I am co-author.

L’objectif principal de cette thèse est de caractériser l’atmosphère de Jupiters chaudes par spectroscopie de transmission à haute résolution, dans l’infrarouge proche, avec l’instrument SPIRou. L’historique de formation, d’évolution et de migration des planètes est empreint dans leur composition chimique, et de retrouver cette composition permet d’en élucider le mystère. La spectroscopie de transit et d’émission a prouvé être fortement efficace à cette tâche, autant pour la détermination de la composition que pour la détermination d’autres caractéristiques atmosphériques comme le profil de température et la dynamique, accessibles à haute résolution. Les Jupiter Chaudes, planètes géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile, offrent des conditions d’observations très favorables pour ce type d’étude. Encore beaucoup d’éléments nous échappent quant aux processus physiques, chimiques et dynamiques qui gouvernent l’atmosphère de ces objets astronomiques. Des études détaillées de ceux-ci, telles que celles présentées dans cette thèse, sont nécessaires pour mieux comprendre ces mécanismes. Dans un premier temps, nous avons fait l’étude de deux transits de HD 189733 b, une des exoplanètes les plus étudiées. Cela nous a permis de valider nos méthodes d’analyse avec des données provenant du spectropolarimètre infrarouge à haute résolution SPIRou, installé au télescope Canada-France-Hawaii, représentant d’ailleurs la première caractérisation d’une atmosphère en spectroscopie de transit pour le SPIRou Legacy Survey. Nous avons confirmé la présence d’un signal d’eau à un niveau de signification de plus de 5σ, basé sur les résultats de test-t. Nous présentons la première analyse de spectroscopie de transit haute résolution faite par méthode de récupération, basée sur l’inférence bayésienne et appliquée à une grille de modèles SCARLET interpolée. Celle-ci a permis d’inférer une abondance de log_10[H2O] ≃ −4.4. Les résultats obtenus sont cohérents avec la littérature et indiquent que l’atmosphère de HD 189733 b est relativement claire (sans nuages) et possède un C/O super-solaire (correspondant à une formation au-delà de la ligne de glace de l’eau). Un fort décalage vers le bleu de l’absorption par l’eau a été observé, indiquant la présence de forts vents allant du côté jour vers le côté nuit ou un signal dominé par le côté soir du terminateur (limbe arrière), ou une combinaison des deux. Dans un second temps, nous présentons la première analyse à haute résolution dans l’infrarouge proche de trois transits de la très peu dense sous-Saturne WASP-127 b. Une étude récente à basse résolution a montré un spectre de transmission riche et une abondance super-solaire de CO2 dans son atmosphère. La contribution de CO et de CO2 n’a cependant pu être démêlée étant donné la couverture spectrale et la résolution limitée des données HST et de Spitzer utilisées, menant à des scénarios équiprobables de faible et fort C/O. La couverture de la bande de CO à 2.3 μm par SPIRou a permis de faire cette différenciation, et nos résultats ont exclu la présence de CO en abondance supérieure à log_10[CO] = −4.3, impliquant que le signal détecté à 4.5μm dans les données Spitzer provient majoritairement du CO2. De plus, un calcul de test-t sur les données SPIRou a confirmé la détection de H2O à un niveau ajusté de 4.9σ, mais également une détection potentielle de OH, à 2.4σ. Cette présence extrêmement inattendue de OH pourrait potentiellement être expliquée si la température du côté jour est assez grande, aidée par l’irradiation amplifiée de l’étoile qui quitte la séquence principale, ou encore par du mélange vertical. Nous présentons également la première méthode de récupération complète appliquée à la spectroscopie de transit à haute résolution, en utilisant la suite de modèles petitRADTRANS, et sur trois ensembles de données différents : les données SPIRou, les données HST et Spitzer de l’étude initiale, et les deux ensembles de données combinés. Une comparaison des différents résultats obtenus confirme que l’analyse conjointe permet d’avoir de meilleures contraintes sur les paramètres atmosphériques. Alors que l’étude initiale favorisait un fort C/O, nos résultats pointent vers un C/O très sous-solaire, produit par un C/H sous-solaire et un O/H plutôt stellaire. Les scénarios de formation qui supportent une telle composition sont ceux au-delà des lignes de glace de H2O et de CO2 (∼ 10ua), avec une accrétion supplémentaire de matériel riche en O via la migration et le croisement des lignes de glaces. L’accrétion du matériel est soit dominée par le gaz et tardive (après 5 à 7 millions d’années), ou encore, mixte (de gaz et de glaces) et plus précoce, avec un mélange cœur-enveloppe substantiel. Bien qu’il en reste beaucoup à faire, ces travaux de recherche ont démontré que la spectroscopie de transit à haute résolution dans l’infrarouge proche est utile pour explorer les conditions atmosphériques des Jupiter et sous-Saturne chaudes, et plus spécifiquement, avec l’instrument SPIRou. La combinaison de données à faible et à haute résolution s’avère un outil très puissant pour l’étude des atmosphères, et le sera encore plus avec les capacités révolutionnaires de JWST. / The main objective of this thesis is to characterize the atmosphere of hot Jupiters with high resolution transmission spectroscopy in the near-infrared with the SPIRou instrument. The formation, evolution and migration history of exoplanets is imprinted in their chemical composition, and finding this composition makes it possible to trace back this history. Transit and emission spectroscopy have proven to be highly effective for this task, in the determination of the composition, but also of other atmospheric characteristics such as the temperature profile and the dynamics, accessible at high resolution. Hot Jupiters -- gas giant planets orbiting very close to their star -- offer highly favourable observation conditions for this type of study. Many pieces of the puzzle are still missing regarding the physical, chemical and dynamical processes that govern the atmospheres of these astronomical objects, and detailed studies, such as the ones presented in this thesis, are necessary to better understand those mechanisms. First, we present the results of our analysis of two HD189733b transits, one of the most studied exoplanets to date. This study allowed to validate our analysis method with SPIRou data, a high-resolution near-infrared spectro-polarimeter installed at the Canada-France-Hawaii Telescope. It also represents the first characterization of an atmosphere with transit spectroscopy as part of the SPIRou Legacy Survey. Our results confirmed the H2O detection in the planet's atmosphere at a 5 sigma level, based on a $t$-test. We present the first analysis of a Bayesian retrieval framework applied to high-resolution transmission spectroscopy, using a grid of SCARLET models. We constrained the H2O abundance to log_10[H2O] ~ -4.4$. The results are consistent with the literature and agree on the atmosphere of HD189733b being relatively clear (without clouds) and having a super-solar C/O (corresponding to a formation beyond the H2O ice line). A strong blue shift of the water absorption signal was observed, indicative of strong day-to-night winds or a signal dominated by the terminator's evening side (trailing limb), or a combination of both. Second, we present the first high-resolution analysis in the near-infrared of three transits of the super low-density sub-Saturn WASP-127b. A recent low-resolution study showed a rich transmission spectrum and super-solar abundance of CO2 in its atmosphere. However, the contribution of CO and CO2 could not be disentangled given the limited spectral coverage and resolution of the HST and Spitzer data, leading to equiprobable low and high C/O scenarios. The coverage of the CO band at 2.3um by SPIRou made it possible to differentiate between the two cases, and our results excluded CO abundances greater than 10^(-4.3), implying that the signal at 4.5um seen in the Spitzer data mostly comes from CO2. Moreover, a t-test analysis on the SPIRou data confirmed the detection of H2O at an adjusted level of 4.9 sigma, but also a tentative detection of OH, at 2.4 sigma. The presence of OH, although extremely unexpected, could potentially be explained from a high enough dayside temperature, increased by the amplified irradiation of the star leaving the main sequence, or from vertical mixing. We also present the first full-retrieval framework applied to transmission spectroscopy at high resolution, using the petitRADTRANS model suite on three different datasets: on the SPIRou data, on the HST and Spitzer data from the original study, and on both datasets combined. A comparison of the different results obtained confirms that the joint analysis provides better constraints on the atmospheric parameters. While the initial study favored a high C/O, our results point toward a highly subsolar C/O, produced by a sub-stellar C/H and a roughly stellar O/H. Formation scenarios that support such a composition are those beyond the H2O and CO2 ice lines (~ 10ua), with further accretion of O-rich material via migration and ice lines crossing. The primordial/bulk accretion was either gas-dominated and late (after 5-7 Myr), or earlier and mixed (with gas and ice), with substantial core-enveloppe mixing. Although much remains to be done, this research work has demonstrated that high-resolution near-infrared transit spectroscopy is useful for exploring the atmospheric conditions of hot Jupiters and sub-Saturns, and more specifically, with the SPIRou instrument. The combination of low and high resolution data has shown to be a very powerful tool for such studies, and will be even more so with the revolutionary capabilities of JWST.