Avec la découverte étonnante que l'univers se trouve à présent dans une phase d'expansion accélérée, il y a dix ans, la cosmologie entra dans ce que l'on peut nommer l'ère de la cosmologie à haute précision. Les contraintes actuelles indiquent un modèle cosmologique à géométrie plate, où la plus grande partie du contenu en masse-énergie de l'univers est contribuée par une composante inconnue, souvent appelée l'`énergie noire', qui contribue environ soixante-dix pour cent à la densité totale de l'univers. Dans ce modèle, la matière baryonique ordinaire et la radiation ne contribuent qu'environ cinq pour cent, et la matière noire contribue vingt-cinq pour cent. Les propriétés mesurées de l'énergie noire étant consistant avec celles d'une Constante Cosmologique, $Lambda$, ce modèle standard cosmologique est connu sous le nom du modèle `$Lambda$-Cold-Dark-Matter' (`$Lambda$CDM'). Malgré son succes, ce modèle souffre de plusieurs problèmes. L'existence d'une Constante Cosmologique soulève des problèmes fondamentaux concernant sa nature physique, et beaucoup d'auteurs traitent le `problème de coîncidence'. Des essais de la décrire comme la contribution du vide quantique faillissent quantitativement. En conséquent, un grand nombre de modèles alternatifs a été développé, qui tentent décrire la composante d'énergie noire: des loi modifiés de la gravitation, de dimensions supplémentaires, les modèles de Quintessence. Aussi, des effets astrophysiques qui miment une expansion accélérée ont été considérés. Dans ce manuscrit, on expose les bases théoriques et observationneles du modèle $Lambda$CDM et les divers approches théoriques à expliquer l'énergie noire. Un autre problème du modèle standard provient de la dépéndance des résultats de l'analyse des données sur des hypothèses qui sont présentes dans les analyses pour l'extraction des paramètres. Il s'agit des hypothèses sur la physique, mais aussi des dépéndances des paramétrages notamment des propriétés de l'énergie noire. Aujourd'hui, des analyses combinées de divers sondes cosmologiques sont effectuées afin d'extraire les paramètres du modèle, dont le nombre peut s'élever jusqu'à vingt, dépendant des suppositions de modèle. De différentes hypothèses (géométrie plate, équation d'état de l'énergie noire constante, hypothèses sur la physique du CMB comme la vitesse du son ou le spectre de puissance initial,...) sont appliquées, qui peuvent dangereusement biaiser les résultat de l'analyse. La présence d'une mauvaise hypothèse, où une application d'un paramétrage non-approprié de la physique, pourra entraîner qu'on mesure à haute précision quelque chose qui n'est pas là. Nous montrons que, dû à la haute précision des mesures cosmologiques modernes, des approches purement cinématiques à la cosmologie ne permettent plus d'extraire des résultats fiables sur l'expansion de l'univers. Dans l'analyse des données cosmologiques on doit par conséquent se servir de la relation (exacte) intégrale pour les distances cosmologiques. Nous discutons le problème de dégénéréscence analytique entre les paramètres cosmologiques qu'introduit l'utilisation de cette relation. Puis, les résultats principaux de ce travail sont présentés. Ils concernent notamment la validité du paramétrage de l'équation d'état de l'énergie noire de Chevallier, Polarski, et Linder, et les éffets d'une évolution en redshift des magnitudes apparentes des Supernovae du type Ia.

Les étoiles se forment lors de l'effondrement de nuages de gaz et de poussière. Dans l'environnement proche de l'étoile naissante la matière se concentre dans un plan équatorial que l'on appelle disque protoplanétaire. Les astronomes pensent que les planètes se forment au sein de cette masse de gaz et de poussière orbitant autour de l'étoile. Pour sonder ces disques à des échelles correspondant aux orbites des futures planètes, il convient d'observer dans l'infrarouge à très haute résolution spatiale. L'interférométrie infrarouge est donc un outil idéal pour étudier les conditions physiques des disques protoplanétaires. Dans ce mémoire, je décris les premiers pas de l'interférométrie infrarouge, depuis la mise au point des petits interféromètres PTI et IOTA jusqu'à la construction de l'instrument AMBER au foyer de l'interféromètre du VLT. Je décris aussi les résultats d'une piste de recherche technologique particulièrement attrayante dans le cas de l'interférométrie infrarouge et issue des technologies des autoroutes de l'information: l'optique intégrée appliquée à la combinaison de plusieurs faisceaux en astronomie. Je montre ensuite comment à partir des observations obtenues à partir de ces instruments, il est possible de contraindre la physique des disques autour des étoiles jeunes. Grâce à la résolution spectrale nouvellement disponible sur ces instruments, pour la première fois nous pouvons séparer des phénomènes physiques aussi différents que l'accrétion de matière sur l'étoile et l'éjection de particules par des vents dont l'origine précise est encore mal connue. Les résultats présentés dans ce mémoire ont été obtenus principalement à partir d'observations sur les systèmes jeunes FU Ori et MWC 297 effectuées par AMBER sur le VLTI, mais aussi par les petits interféromètres infrarouges PTI et IOTA. Je développe aussi les travaux de modélisation de la structure verticale des disques associés afin de montrer la richesse des renseignements obtenus. Finalement je trace les contours d'un programme de recherche qui permettra tout d'abord de maximiser le retour astrophysique sur un instrument comme le VLTI, puis d'obtenir de premières images interférométriques de ces environnements circumstellaires. Je propose aussi la réalisation d'un instrument de seconde génération qui permettra de fournir des images interférométriques détaillées de ces sources compactes par synthèse d'ouverture.

La turbulence atmosphérique est la principale limitation à la haute<br />résolution angulaire pratiquée en astronomie. Elle se traduit par des<br />variations de la phase du champ rayonné par l'astre observé. En<br />interférométrie, ce problème a été résolu par l'utilisation de fibres<br />optiques monomodes qui filtrent le front d'onde de manière à rendre<br />le rayonnement parfaitement cohérent. Cette technique, appliquée sur<br />l'interféromètre IOTA, nous a permis de mesurer avec une grande<br />précision les fréquences spatiales de sept étoiles évoluées. A partir<br />d'une technique de déconvolution en aveugle, nous avons imagé la<br />surface de ces sept objets. Bételgeuse et Mu Cep, deux<br />supergéantes rouges, ainsi que R leo, Mira et Chi Cyg, trois étoiles<br />variables de type Mira, mais également l'étoile symbiotique CH Cyg ont montré<br />des structures très diverses, avec des photosphères d'apparence<br />fortement dissymétriques. Seule la géante rouge Arcturus n'a pas<br />présenté ces caractéristiques. Nous avons, notamment, pu estimer la<br />masse de Chi Cyg à 0,88 +/- 0,04 Msol à partir de la trajectoire<br />balistique de la haute atmosphère de l'étoile.<br /><br />Au vu de ces résultats, nous proposons d'utiliser les techniques de<br />filtrage spatial interférométrique pour corriger l'effet de la<br />turbulence au sein de la pupille d'un télescope. Cette technique, le<br />réarrangement de pupille, a requis le développement d'un algorithme<br />spécifique de réduction des données. Nous montrons qu'il permet de<br />reconstruire des images affranchies de l'influence de la turbulence<br />atmosphérique et limitées uniquement par le bruit de photon dans le<br />domaine visible. Nos simulations montrent qu'un tel système peut<br />fournir des images à la limite de diffraction des grands télescopes<br />avec des dynamiques d'au moins le million. Cette technique est<br />en cours de validation expérimentale par la construction d'un<br />démonstrateur en laboratoire.

Nous présentons des synthèses de populations<br />permettant de retrouver les propriétés statistiques de la population<br />réelle des pulsars radio galactiques à partir de l'échantillon<br />observé biaisé par des effets de sélection. Nous confirmons que<br />les étoiles à neutrons ne naissent pas en majorité comme des<br />rotateurs rapides et que le champ magnétique ne subit pas de dissipation<br />notable pendant la phase pulsar. La connaissance de la population totale<br />nous permet d'une part d'étudier la sous-population des magnétars et<br />d'autre part de modéliser la contribution des pulsars à<br />l'émission gravitationnelle (galactique et extra-galactique) et d'en<br />déduire sa détectabilité par les antennes<br />interférométriques comme VIRGO. La connaissance des<br />propriétés statistiques de la population détectable par VIRGO<br />nous permet d'optimiser la recherche individuelle dans l'espace des<br />paramètres (fréquences et directions du ciel). Quant au fond de<br />rayonnement gravitationnel stochastique d'origine astrophysique, nous<br />montrons qu'il pourrait être détecté dès la deuxième<br />génération d'interféromètres en corrélant entre eux deux<br />détecteurs.

L'avènement des techniques de haute resolution angulaire revolutionne notre connaissance des objets stellaires. En particulier, les diagnostiques de polarisation couples l'interferometrie ouvrent de nouvelles perspectives, en resolvant les structures polarises generalement moyennees sur la surface et donc perdues en spectro-polarimetrie classique. Apres avoir rappele les enjeux de l'observation des etoiles chimiquement particulieres (Ap), je developpe un outil de simulation numerique, avec lequel je montre que l'introduction des mesures interferometriques marginalement rsolues ameliore la reconstruction des cartes d'abondance et de topologie magnetique. Des observations au GI2T valident ce mode spectro-polarimtrique sur un interferometre. Neanmoins, des problemes techniques m'ont empeche d'obtenir des donnees de qualite suffisante pour une exploitation sur les etoiles Ap.<br /><br />L'imagerie par synthese d'ouverture est le prolongement naturel de ces methodes differentielles. Cependant son application aux toiles Ap necessite simultanment une forte couverture du plan (u,v), une haute resolution spectrale et eventuellement une analyse de la polarisation. Dans ce contexte d'un interferometre spectro-imageur a grand nombre de telescopes (proposition VITRUV), je confirme l'interet de l'optique planaire par des observations au VLTI. J'etudie differents concepts de recombinaison et compare leurs performances. Enfin, j'ebauche l'analyse de la polarisation instrumentale et en deduit les specifications pour un mode polarimetrique au VLTI.

Les instabilités inertielles sont des instabilités fluides excitées au sein de modèles physiques simplifiés de planètes ou d'étoiles. Elles peuvent générer un champ magnétique dynamo. Ce sont donc des alternatives aux écoulements forcés par la convection thermo-chimique pour générer les champs magnétiques dans les noyaux liquides des planètes et les enveloppes fluides des étoiles. Cependant, ces modèles simplifiés questionnent la pertinence des résultats, qui sont ensuite extrapolés aux contextes géo- et astrophysique. D'un point de vue fondamental, de récentes études numériques et expérimentales, réalisées à grande ellipticité pour compenser l'importance des effets visqueux dans les modèles, semblent en désaccord avec les prédictions théoriques (valides dans la limite asymptotique d'une diffusion négligeable et à faible déformation). De plus, de nombreux effets physiques sont négligés dans les modèles. Par exemple, seules les orbites circulaires ont été considérées. Bien que généralement de faible amplitude, l'excentricité induit une dépendance temporelle dans le forçage orbital, ce qui pourrait générer de nouveaux phénomènes. Enfin, l'existence des instabilités inertielles dans les enveloppes fluides stablement stratifiées en densité, comme les zones radiatives des étoiles chaudes de masse intermédiaire (dont la masse est comprise entre une et huit masses solaires), reste incertaine. La génération de champs magnétiques dynamos dans ces enveloppes stratifiées permettrait de réconcilier les modèles avec les observations astronomiques. Lors de cette thèse, nous nous sommes attachés à rapprocher les modèles (théoriques, numériques ou expérimentaux) des contextes géo et astrophysique. Nous avons combiné les approches théoriques (analyses de stabilité locale et globale) et numériques (simulations non linéaires) afin d'étudier les effets des forc cages mécaniques de rotation dans un ellipsoïde fluide. Nous montrons que la dissipation en volume n'est en fait pas négligeable dans les expériences de laboratoire et les simulations numériques, contrairement aux régimes planétaires et stellaires. Nous montrons aussi que l’excentricité orbitale peut, via la variation temporelle des axes de l’ellipsoïde, générer des instabilités fluides pour dans une gamme de paramètres où elles n’étaient pas attendues. Enfin nous avons étudié la capacité dynamo de l'instabilité de marée, dans les enveloppes stablement stratifiées en densité des étoiles chaudes de masse intermédiaire. Environ 10~% de ces étoiles ont un champ magnétique de surface, dont l’origine reste énigmatique. Nous montrons que l’instabilité de marée peut générer des dynamos de grande échelle dans les enveloppes fluides stablement stratifiées. En particulier, ce mécanisme serait susceptible d’expliquer le champ magnétique de faible intensité des étoiles en rotation rapide similaires à Vega et déformées par un compagnon orbital. / Inertial instabilities are fluid instabilities excited by mechanical forcings (e.g. tides, precession) in fluid bodies (e.g. planetary liquid cores or stellar envelopes) orbited by celestial companions. The nonlinear outcome of these instabilities can drive self-sustained, dynamo magnetic fields. Thus they could be an alternative to thermo-chemical convection to generate magnetic fields in geophysics and astrophysics. These instabilities have only been studied in idealised models, which challenges the extrapolation towards the relevant regimes in geophysics and astrophysics. Recent laboratory and numerical studies, performed in the achievable range of parameters (i.e. large deformations and overestimated diffusive effects), seem apparently not in agreement with theoretical predictions representative of celestial fluid bodies (i.e. extremely small deformations and vanishing diffusive effects). Several physical ingredients have been also neglected, such as the orbital eccentricity. This could drive additional tidal effects, as a result of the time-dependent forcing. Similarly, density variations have been largely neglected in these models. However, rotationally powered magnetic fields in stably stratified stellar envelopes could reconcile astronomical observations with dynamo models. In this thesis we have adopted more realistic models, by combining theoretical tools (linear stability analyses in unbounded and bounded fluids enclosed in ellipsoids) and numerical ones (direct numerical simulations) to study rotationally driven inertial instabilities. We show, with a linear stability analysis in bounded ellipsoidal geometry, that bulk diffusion cannot be neglected emph{a priori} compared to the boundary layer diffusion in laboratory experiments and simulations. This phenomena is not expected in celestial fluid bodies. We also show that an orbital eccentricity could generate additional instabilities in deformed bodies, for orbital configurations which were believed to be linearly stable. Finally, we have studied the dynamo capability of tidal flows in stably stratified fluid envelopes. These are idealised models of hot, intermediate-mass stars (i.e. with a mass ranging from one to eight solar masses). Approximatively 10~% of hot stars exhibit observable magnetic fields. We show that the tidal instability can drive dynamo magnetic fields of large wavelength in stably stratified fluids. Predictions obtained with this tidal model seem consistent with the ultra-weak magnetism of rapidly rotating, tidally deformed Vega-like stars.

Le moment cinétique d’une étoile, comme sa masse ou sa composition chimique, est l’une de ses propriétés fondamentales, l’un de celles qui varient à cours du temps et influent sur la structure de l’étoile. Celui-ci peut être global, on l’observe alors à travers la vitesse de rotation de surface d’une étoile, ou local, auquel cas il nous faut sonder l’intérieur stellaire et étudier les processus de redistribution au sein des régions internes du moment cinétique. Au cours de cette thèse dans le cadre du projet ToUpiES, nous nous sommes intéressés en particulier à l’évolution du moment cinétique des étoiles de faible masse au cours de leur jeunesse, qui est une période critique de leur vie en ce qui concerne l’impact et l’évolution du moment cinétique. Nous avons d’abord inclus au sein du code d’évolution STAREVOL les prescriptions les plus à jour pour l’extraction du moment cinétique par les vents magnétisés. L’étude systématique des combinaisons de ce freinage avec différentes prescriptions existantes pour le traitement de la turbulence horizontale et verticale dans la zone radiative des étoiles, nous a permis de sélectionner un jeu de prescriptions capable de reproduire, les périodes de rotation dans les amas ouverts pour une étoile de type solaire. Nous comparons ensuite l’application de ces processus de transport et d’extraction du moment cinétique à un modèle de 1, 2 masse solaire, aux autres processus jugés potentiellement efficaces pour transport le moment cinétique à ce jour (ondes internes de gravités, instabilité MHD de Tayler-Spruit, modes de gravités). Cela nous a permis de présenter dans chacun des cas les spécificités du profil de rotation prédit par ces différents modes de transport. Puis, nous avons mis en place un modèle rotationnel fonctionnel adapté à l’ensemble des étoiles de faible masse, permettant entre autre de reproduire les périodes de rotation observées dans les amas jeunes pour les étoiles de faible masse (avec une masse comprise entre 0, 2 et 1, 1 M⊙). Ceci a donné lieu à une grille de modèle d’évolution unique à ce jour. Enfin, cette grille a été utilisée dans le cadre de travaux dans différents domaines, tels que l’impact de l’évolution stellaire sur l’habitabilité d’un système, la caractérisation d’étoiles-hôte ou encore l’étude de l’évolution de la topologie magnétique au cours des phases jeunes. / The angular momentum content of a star, as its mass or its chemical composition is one of the fundamental properties of a star, one of those that evolves with time and modify the stellar structure. The angular momentum can be studied as a global property, we can then observe it through the surface rotation velocity, or a local property that vary inside the star, we therefore have to probe the stellar radiation zone and study the secular angular momentum redistribution processes that happen in this region. During this PhD, in the frame of the ToUpiES project, we have been especially interested in the evolution of the young low-mass stars angular momentum, since this phase of evolution is critical regarding the evolution of extraction and redistribution angular momentum processes. First, we included in the STAREVOL evolution code the most up-to-date prescription for the wind-driven angular momentum extraction. We led a systematic study of the various combination of this braking with the different existing prescriptions for the treatment of horizontal and vertical turbulent motions in stellar radiative zones. This allows us to select a set of prescription able to reproduce the observed rotation periods in young open clusters for a broad mass-range. Next, we analysed how these prescriptions for extraction and transport of angular momentum behave when applied to a 1.2M⊙ model. We compared the result to what is obtained with other processes estimated as potentially very efficient to redistribute angular momentum (internal gravity waves, MHD Tayler-Spruit instability, gravity modes). This allows us to derive in each case, the specificity of the rotation profiles predicted by the different transport processes. Then, we set up a functional rotational model adapted to almost the entire range low-mass stars, allowing to reproduce the observed low-mass stars rotation periods in young open clusters (with 0, 2M⊙ ≤M≤ 1, 1M⊙). This models can also predict the rotational evolution at different metallicities. Eventually, these models have been used in the frame of various works in different domains such as the characterisation of planet host-stars, the evolution of the magnetic topology during the young stellar phases or even the impact of stellar evolution on the habitability of a planetary system.

Les étoiles de petite masse (naines M) forment la composante stellaire dominante de notre galaxie et contribuent à la majeure partie de la matière baryonique dans la galaxie. Notre compréhension de la galaxie repose donc sur la connaissance de cette composante peu lumineuse. Par ailleurs, un nombre grandissant d’exoplanètes sont découverte autour de naines M, y compris des super-terres. L’étude des naines M a ainsi des implications importantes sur la physique stellaire, permettant de comprendre les processus en jeu dans ces atmosphères froides. Ces astres restent cependant peu connus du fait de leur faible luminosité intrinsèque. La description de ces étoiles nécessite une validation empirique fort, notamment en ce qui concerne les effets de l’abondance chimique sur la physique des atmosphères froides.Le but de cette thèse est de déterminer les paramètres fondamentaux des naines M et de tester les modèles d’atmosphères d’étoiles froides.Dans la première partie nous comparons des spectres calibrés dans le visible et l’infrarouge des composantes de système triple LHS 1070 avec des spectres synthétiques. Cette étude permet d’améliorer notre compréhension de la formation de la poussière dans les atmosphères très froides. Ce travail est étendu à un échantillon de naines M et permet de déterminer l’échelle de température des naines M. La seconde partie présente l’analyse des spectres à haute résolution de 21 naines M de faible métallicité (sous naines). Nous analysons en détail les signature moléculaires et atomiques dans le spectre. La comparaison avec des spectres synthétiques permet de mesurer les paramètres stellaires des étoiles et de déterminer avec précision leur métallicité. Ce travail doit initier des recherches futures. En particulier nous voulons étendre cette étude dans le domaine proche-infrarouge pour s’assurer que les résultats obtenus sont cohérents du domaine optique jusqu’à l’infrarouge proche. / Very Low-Mass stars (M dwarfs) are an important source of information for probing the lowmass end of the main sequence, down to the hydrogen burning limit. They are the dominantstellar component of the Galaxy and make up the majority of baryonic matter in the Galaxy.Moreover, an increasing number of M dwarfs are now known to host exoplanets, includingsuper-Earth exoplanets. The determination of accurate fundamental parameters for M dwarfshas therefore relevant implications for both stellar and Galactic astronomy as well as planetology.Despite their large number in the Galaxy, M dwarfs remain elusive objects and themodelling of their photosphere has long remained a challenge (molecular opacities, dust cloudformation). The description of these stars therefore need a strong empirical basis, or validation.In particular, the effect of metallicity on the physics of cool atmospheres are still poorly known,even for early-type M-dwarfs.[...]

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La formation des étoiles massives reste, à ce jour, encore mal connue à cause de l’extrême quantité d’énergie que ces étoiles dégagent, limitant en conséquence leurs masses théoriques et contredisant les observations de ce type d’étoile. Les observatoires du futur (en particulier l’observatoire spatial Herschel) vont tenter de répondre à cette problématique grâce notamment aux émissions moléculaires de l’eau. L’analyse précise et correcte de ces données, dans l’avenir, nécessite donc dès aujourd’hui un travail associant des observations et des modélisations des objets concernés. C’est dans ce but que cette thèse a consisté en l’élaboration d’une méthode de modélisation dite « globale » d’objets protostellaires massifs (proto-amas ou cœurs denses massifs). Celle-ci a permis une description physique et une étude chimique des multiples cœurs denses massifs étudiées, et a ouvert de nombreuses voies vers des aspects évolutifs. Elle a également donné des indices pour a?ner le programme d’observation en temps garanti WISH des raies moléculaires de l’eau et con?rmé le rôle clef de cette molécule pour la compréhension de la formation des étoiles massives. / Today the formation of massive stars is still not well understood due to the huge interac- tion of these objects with their environment, leading to a theoretical limit in the ?nal mass that observations contradict. The future observatories, like the Herschel Space Observatory, will try to answer some of the questions linked to this topic, particularly through the water line emissions. The correct and precise analysis of the future data is then necessary and needs a full work linking the observations and the modelling of the objects that will be studied. Hence the main goal of this PhD Thesis was to elaborate a robust and global modeling method of the massive dense cores in which high-mass stars are forming. The method leaded to a physical description and a chemical study of multiple massive dense cores, opening new views on evolution aspects. In addition it gave some tweaks on the guaranteed-time key program WISH for the water line emissions and con?rmed the key role of this molecule for a better understanding of the high-mass star formation.