L'étude des rayons cosmiques de ultra haute énergie, particules dont la nature et l'origine reste encore aujourd'hui inconnue, s'effectue par la mesure de cascade de particule appelée gerbes cosmiques créées lors de leur interaction avec l'atmosphère terrestre. Deux techniques permettent de détecter et de caractériser ces gerbes : la détection au sol par réseaux de détecteurs de particules et la détection de la lumière de fluorescence émise par la gerbe. Idée datant des années 1960, la radiodétection de gerbes cosmiques par la mesure du champ électrique induit par les particules chargées de la cascade fut à l'époque abandonnée à cause de difficultés techniques. Créée en 2002, l'expérience CODALEMA a dans sa première configuration permis de prouver la faisabilité et l'intérêt de la radiodétection pour l'étude des rayons cosmiques. L'expérience a depuis subi une évolution majeure en remplaçant les antennes logpériodiques par des dipôles actifs dédiés à la radiodétection et en installant un trigger réalisé par un réseau de 17 scintillateurs capables de fournir une estimation de l'énergie des particules primaires. L'objectif de CODALEMA est de caractériser le signal électrique induit par une gerbe cosmique en fonction des paramètres physiques de la gerbe. Cette thèse présente, entre autre, les distributions angulaires des directions d'arrivées des gerbes mesurées par CODALEMA. Elles permettent pour la première fois de prouver l'origine géomagnétique du champ électrique induit par une gerbe. Les distributions latérales de champ électrique induit, ainsi que la corrélation entre l'énergie du primaire et l'amplitude du signal électrique sont également présentées.

Cette thèse s'intéresse à divers aspects de l'univers de Dirac-Milne, un modèle cosmologique dans lequel matière et antimatière sont présentes en quantités égales et où l'on suppose, comme pourrait le suggérer la relativité générale à travers les propriétés des solutions de Kerr-Newman, que l'antimatière possède une masse gravitationnelle active négative. Ces hypothèses permettent de s'affranchir de la nécessité d'introduire Inflation, Énergie Noire et Matière Noire, dont les mises en évidences expérimentales et les motivations théoriques font parfois défaut. La présence en quantités égales de matière de masse positive et d'antimatière de masse négative impose une évolution du facteur d'expansion linéaire par rapport au temps. Après avoir rappelé les concepts basiques de la cosmologie, certaines implications de cette évolution linéaire sont étudiées. L'étude complète de la nucléosynthèse primordiale dans le cadre de ce modèle alternatif permet de montrer qu'une production primordiale de deutérium est rendue possible par la présence d'annihilations résiduelles entre matière et antimatière à des époques précédant la recombinaison. Toutefois, ce mécanisme de production secondaire conduit à une surproduction d'hélium-3, potentiellement incompatible avec les observations. Bien que l'univers de Dirac-Milne ne présente pas d'accélération de l'expansion aux époques récentes, il est montré que ce modèle satisfait raisonnablement bien au test cosmologique des supernovae de type Ia. De même, l'échelle angulaire du premier pic acoustique des fluctuations de température du fond diffus cosmologique apparaît naturellement à l'échelle du degré. Même si l'étude complète du spectre de ces fluctuations et de la cohérence de la notion de masse négative reste encore à approfondir, ce travail pose les bases d'un modèle cosmologique original et potentiellement capable de donner une autre description de notre Univers.

Bien que nous ayons accès à des catalogues de galaxies très détaillés, notre compréhension de la distribution spatiale de la matière noire reste encore limitée. D'importantes informations à son sujet sont cachées dans les vitesses propres des galaxies, qui reflètent la dynamique de la matière noire à différentes échelles. Malheureusement, ces vitesses sont très difficiles à observer. Nous présentons ici une approche différente pour "mesurer" ces vitesses par l'intermédiaire de méthodes de reconstruction des champs de vitesse. Nous utilisons en particulier la reconstruction dîte de Monge-Ampère-Kantorovitch (MAK). Nous testons cette méthode sur des simulations à N-corps ainsi que sur des catalogues virtuels de galaxies. Nous vérifions sa fiabilité par la comparaison des vitesses reconstruites aux vitesses simulées et aussi à travers la mesure de la densité moyenne de matière de ces univers.<br /><br />Après avoir testé cette méthode, nous l'utilisons sur un vrai catalogue de galaxie: le 2MASS Redshift survey. Après l'avoir corrigé des effets observationnels connus, nous étudions l'origine de la vitesse du Groupe Local par rapport au fond diffus cosmologique. Nous montrons que plus de la moitié de notre vitesse est due à des structures situées à plus de 40 Mpc/h. Une fois étudié le mouvement d'ensemble des structures locales, nous comparons directement les vitesses reconstruites et les distances observées dans notre voisinage de 30 Mpc/h. Nous proposons une estimation indépendante du paramètre de densité. Cette estimation peut être utilisée afin de réduire les dégénérescences dans l'espace des paramètres du modèle d'univers à base de matière noire froide.

Les Objets Transneptuniens (OTN) et les comètes à courte période sont considérés comme les vestiges directs de la nébuleuse primitive qui a donné naissance à notre système solaire. L'histoire dynamique et collisionnelle de ces objets pourrait laisser penser qu'ils ont été différenciés physico-chimiquement. L'objet du travail présenté ici est de déterminer si la matière dite ``primordiale'', incorporée dans les OTN, a perdu, d'une certaine manière, la mémoire de ses origines, en subissant des transformations physico-chimiques profondes lors de collisions successives.<br /><br />Nous analysons dans une première étape les conditions de formation et la structure des glaces incorporées dans les planétésimaux. <br />Nous montrons que la composition chimique initiale de la phase gazeuse du disque protoplanétaire a une incidence non négligeable sur la composition des planétésimaux formés de diverses glaces cristallines, et sur l'évolution thermique de l'ensemble des objets formés (planètes extrasolaires de faible masse et glacées, planètes géantes, satellites, comètes, ...) dans la région externe des disques protoplanétaires. Ainsi, les planètes extrasolaires de faible masse formées à l'origine dans un environnement froid peuvent être du type planètes ``océan'' ou ``carbonées''. <br />Nous réalisons ensuite un modèle numérique de planétésimal, à la composition physico-chimique simplifiée, qui assure la conservation des quantités physiques (masse et énergie), et permet l'étude à long terme des planétésimaux dans la région transneptunienne. Ce modèle représente une matrice poreuse composée d'éléments réfractaires et d'un mélange de différentes glaces. L'ensemble des processus physiques tels que les changements de phase (sublimation/condensation, cristallisation) et la modélisation des transferts thermiques et de masse y sont pris en compte. <br /><br />Le choix de la méthode d'intégration numérique et du cadre mathématique de résolution des équations de conservation (masse et énergie) est ensuite discuté. Le problème de la conservation des quantités physiques (masse et énergie) est abordé et l'erreur sur la conservation de la masse obtenue avec notre modèle est comparée à celle obtenue avec des modèles antérieurs. Nous montrons que l'erreur sur le bilan de masse obtenu par la méthode des volumes finis, utilisée dans ce modèle, permet de gagner au moins un ordre de grandeur sur celui des modèles antérieurs.<br />Les améliorations apportées au modèle de planétésimal permettent d'obtenir une représentation de sa différenciation physico-chimique plus fiable sur le long terme et permettent l'étude de l'influence de collisions successives. <br />Grâce à cela, nous pouvons analyser l'influence de la composition physico-chimique et celle de l'ensemble des paramètres physiques sur l'évolution thermique et physico-chimique de planétésimaux situés dans la région transneptunienne.<br /><br />Enfin, nous déterminons les laps de temps nécessaires entre deux collisions pour engendrer une évolution physico-chimique des objets cibles, à partir d'une composition originelle imposée. Nos résultats infirment l'hypothèse selon laquelle les Objets Transneptuniens pourraient être significativement affectés par le processus collisionnel.

La grande précision des mesures du fond diffus cosmologique nécessitent de comprendre avec finesse la physique sous-jacente afin d'en tirer des conclusions pertinentes sur la phase primordiale de l'univers. Dans cette thèse nous étudions la théorie des perturbations non-linéaires dans le cadre de la relativité générale. Notre but est de déterminer le transfert des perturbations de la métrique ainsi que des perturbations du contenu matériel,<br />entre la phase primordiale de l'univers et les observations réalisées<br />aujourd'hui. Nous nous plaçons tout d'abord dans l'approximation fluide afin d'appréhender les comportements généraux attendus. Ensuite nous étudions la théorie cinétique au second ordre, nécessaire pour obtenir le transfert radiatif non-linéaire, dans le but de déterminer la non-gaussianité dans le<br />fond diffus cosmologique. <br />Nous étudions également la théorie des perturbations linéaires<br />autour d'espaces anisotropes. Nous élaborons la théorie des perturbations invariantes de jauge autour d'un espace de Bianchi I, puis nous étudions les signatures observationnelles d'une phase primordiale d'inflation possédant cette symétrie.

L'interférométrie en frange noire est une technique coronographique utilisée en astronomie et qui est au coeur de la mission spatiale Darwin de l'ESA pour la détection de planètes dans des systèmes extra-solaires. Cette technique requiert une grande stabilité du système optique pour la recombinaison de plus de deux faisceaux. De plus, les objectifs scientifiques<br />à atteindre nécessitent également l'utilisation d'un filtrage<br />modal des faisceaux incidents. Ce travail de thèse est axé sur le<br />développement de l'optique intégrée pour la bande 4 - 20 microns<br />pouvant regrouper les fonctions de recombinaison et de filtrage. Le contexte initial est celui de l'extension de l'optique guidée monomode de l'infrarouge proche vers l'infrarouge moyen qui constitue un domaine d'intérêt important pour la recherche de planètes. Après une présentation des enjeux de l'interférométrie en frange noire, j'introduis les notions fondamentales de l'optique<br />guidée monomode utilisés pour l'étude des solutions guides<br />diélectriques et guides creux métalliques. La problématique du<br />couplage du signal dans le guide est également abordée. Leur<br />caractérisation en laboratoire à 10 mircons a requis le développement de bancs optiques et de méthodes spécifiques qui ont permis la mise en évidence du caractère monomode de premières structures synthétisées suivant un procédé technologique précis. Les premières mesures de taux d'extinction montrent également l'intérêt de poursuivre ce type de développement en vue du filtrage modal.<br />L'optique intégrée dans l'infrarouge moyen a atteint une nouvelle<br />et importante étape et pourra répondre, à moyen terme, à la<br />problématique posée par l'interférométrie en frange noire.

Le but de l'expérience virgo est la detection des ondes gravitationnelles<br />avec un interferomètre de michelson ayant des bras de trois kilomètres de long.<br />L'objet de cette thèse est le banc de detection, c'est-à-dire l'ensemble des<br />éléments nécessaires à la détection du signal en sortie de l'interferomètre.<br />La première fonction du banc de détection consiste à filtrer le faisceau issu<br />de l'interferomètre afin d'en améliorer le contraste et donc d'augmenter la<br />sensibilité de la mesure. L'élément permettant de réaliser ce filtrage est une<br />cavité optique résonnante accordée sur le mode fondamental du laser grâce à un<br />contrôle actif de sa longueur. L'étude, la conception de cette cavité et la<br />validation de la technique d'asservissement testée sur un prototype sont exposées<br />dans cette thèse. La seconde fonction du banc de détection est de collecter la<br />lumière issue de l'interferomètre. Différents photodétecteurs ont été testés afin<br />de sélectionner une photodiode repondant aux critères de l'expérience. Ces tests<br />ont abouti au choix d'une photodiode ingaas ayant un diamètre de trois millimètres<br />capable de répondre linéairement à une puissance lumineuse incidente de cent<br />milliwatts et ayant une haute efficacite quantique (86%). La dernière fonction<br />essentielle qui est l'alignement et l'adaptation du faisceau incident sur le banc<br />de détection a elle aussi été etudiée. L'ensemble de ce travail a permis de definir<br />la configuration générale du banc de détection.

LE BUT DE L'EXPERIENCE FRANCO-ITALIENNE VIRGO, EST LA DETECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES AVEC UN INTERFEROMETRE DE MICHELSON-MORLEY, AYANT DES BRAS DE 3 KM DE LONG. CETTE ETUDE EST FOCALISEE SUR LE BANC DE DETECTION DE VIRGO, DONT LES FONCTIONS PRINCIPALES SONT DE FOURNIR LE SIGNAL D'ONDE GRAVITATIONNELLE ET D'AMELIORER SON RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT EN UTILISANT UNE CAVITE OPTIQUE RESONNANTE. C'EST UN ENSEMBLE FORME DE COMPOSANTS OPTIQUES (UN CAVITE OPTIQUE FABRY-PEROT), MECANIQUES (MOTEURS SOUS VIDE), ELECTRONIQUES (PHOTODIODES, AMPLIFICATEURS) ET INFORMATIQUES (LECTURE, CONTROLE). PLACE DANS UNE ENCEINTE A VIDE POUR L'ISOLER DU BRUIT ACOUSTIQUE, IL EST AUSSI ACCROCHE A UNE SUSPENSION QUI L'ISOLE DU BRUIT SISMIQUE. L'OBJET DE CETTE THESE, EST L'ETUDE, LA REALISATION ET LE TEST DES SYSTEMES DE CONTROLE AUTOMATIQUE DE POSITION DU BANC : LE SYSTEME DE POSITIONNEMENT LOCAL CONTROLE PAR UNE CAMERA CCD ET LE SYSTEME GLOBAL, COMPRENANT UNE OPTIQUE D'ADAPTATION (TELESCOPE), DES CAPTEURS DE POSITION INSTALLES SUR LE BANC, AINSI QUE L'ELECTRONIQUE ET L'INFORMATIQUE ASSOCIEES. LE BRUIT RESIDUEL DU SYSTEME LOCAL, QUI CONTROLE LES SIX DEGRES DE LIBERTE DU BANC, EST DE 5RAD#R#M#S EN ANGLE ET DE 4M#R#M#S EN POSITION. LE SYSTEME GLOBAL QUI SUIT UN DES DEUX FAISCEAUX DE SORTIE DE L'INTERFEROMETRE, REDUIT LE BRUIT ANGULAIRE D'UN ORDRE DE GRANDEUR, CE QUI EST SUFFISANT POUR L'ALIGNEMENT CORRECT DE LA CAVITE RESONNANTE. L'ENSEMBLE DU SYSTEME DE POSITIONNEMENT DU BANC DE DETECTION PRESENTE DANS CE MEMOIRE SERA INSTALLE SUR LE SITE AU DEBUT DE L'ANNEE 1999 EN MEME TEMPS QUE LE RESTE DE LA PARTIE CENTRALE DE L'EXPERIENCE VIRGO.

Le but de l'expérience VIRGO est la détection des ondes gravitationnelles avec un interféromètre de Michelson ayant des bras de 3 km de long. Avant que l'instrument complet ne soit disponible, la technologie développée pour VIRGO a été testée sur un interféromètre de taille réduite (interféromètre central ou CITF). Celui-ci a permis de recueillir les premières données techniques de l'expérience. L'objet de cette thèse est la calibration des données du CITF. Ce travail inclut des opérations â un niveau local comme l'étalonnage de l'électronique du système de détection et â un niveau global avec la mesure et la caractérisation de la fonction de réponse du détecteur. Celle-ci est ensuite exploitée pour déconvoluer les données recueillies des effets instrumentaux et évaluer ainsi la sensibilité du détecteur. Une procédure de suivi de l'évolution de cette fonction de réponse au cours du temps a été mise en place afin de produire une série temporelle de données reconstruites, c'est â dire affranchies des distorsions expérimentales. La prochaine mise en oeuvre de VIRGO verra l'utilisation d'un système optique de calibration utilisant la pression de radiation d'un faisceau laser pour agir sur les miroirs de l'interféromètre et caractériser la réponse de ce dernier. Un tel système a été conçu et assemblé, et ses performances ont été testées en laboratoire. L'analyse physique succédant â l'étape d'étalonnage a été abordée au travers d'un algorithme de recherche de signaux produits par une coalescence d'étoiles binaires. Celui-ci a été mis â l'épreuve sur des données simulées puis sur les données du CITF, permettant ainsi, d'une part, d'évaluer le niveau de bruit du détecteur et, d'autre part, de vérifier les conséquences de la procédure de reconstruction appliquée aux données.

NIL