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Le travail présenté ici se place dans le cadre de la mesure de la polarisation du rayonnement de fond cosmologique. Nous commençons par rappeler les fondements du modèle standard de la cosmologie, en insistant sur les intérêts de la polarisation du fond diffus pour la cosmologie. Nous décrivons ensuite les expériences Archeops et Planck et leurs détecteurs. L'étalonnage de l'instrument hautes fréquences de Planck nécessite un système optique pour lequel nous avons recherché une surface diffusante et un polariseur adaptés au rayonnement millimétrique. Nous avons ensuite étudié l'influence de différents paramètres instrumentaux sur la mesure de la polarisation, notamment les effets liés aux lobes. Nous montrons ainsi l'importance des constantes de temps et de la calibration relative. Enfin, nous terminons par l'analyse des données d'Archeops, et montrons la présence de nuages galactiques polarisés à 353 GHz à plus de 10%, grâce à une méthode originale d'intercalibration.

Le domaine de longueurs d'onde du spectre electromagnetique s'etendant de 30 a 300 GeV a ete ouvert recemment par les experiences CELESTE et STACEE, qui utilisent la reconversion de centrales solaires pour capter la lumiere Cherenkov emise par les cascades de particules que ces photons de haute energie provoquent dans l'atmosphere terrestre.<br> Ces photons sont emis au sein d'objets tels que les supernovae, les pulsars ou les noyaux de galaxie de type blazar, les plus extremes et les plus variables de ces derniers. L'observation des blazars permet d'etudier le comportement de la matiere dans des conditions physiques extremes et de sonder le passe lointain de l'univers. Un des themes principaux de ce travail de these a ete de developper les methodes d'analyse de donnees de CELESTE et de valider leur fonctionnement.<br> Un effort particulier a ete porte sur la recherche de criteres de rejectionhadronique efficaces, la sensibilite du detecteur y etant intimement liee. Une variable originale basee sur l'annalyse temporelle du front d'onde, a ete degagee dans ce but. Le fonctionnement du detecteur et de l'analyse de donneesa ete valide par l'observation de la nebuleuse du crabe, la chandelle standard de l'astronomie gamma. L'acceptance du detecteur a ete calculee a partir de simulations de type Monte-Carlo. Le seuil du detecteur, d'apres ces etudes, est de 30 GeV au niveau declenchement et de 60 GeV apres les coupures d'analyse. CELESTE fontionne de façon stable depuis Novembre 1999, avec 40 heliostats, et a accumule des donnees en quantite interessante sur 4 blazars.<br> Sur Mrk-421, plusieurs sursauts d'activite ont ete detectes et un flux moyen a pu etre calcule. Une correlatio a ete observee entre l'activite vue par CELESTE et celle vue au TeV et en X, confirmant les modeles de ce type d'objet. des limites superieures ont ete calculees sur Mrk501, 1ES0219+42.8 et 1ES2344+51.4. Il s'agit la des premieres observations de blazars entre 60 et 250 GeV.

Cette thèse présente le domaine de l'astronomie gamma et les principales sources de notre Galaxie (pulsars et SNRs) et celles situées à des distances cosmologiques (noyaux actifs de galaxie). La technique Cerenkov permet aux observatoires au sol de détecter des rayons gamma d'énergie du GeV absorbés dans l'atmosphère après avoir développé une cascade électromagnétique. Le projet CELESTE a atteint le but d'un seuil bas de 30 GeV, utilisant une grande surface de collection de l'ancienne centrale solaire de Thémis (Pyrénées Orientales). Une étude des principaux éléments du dispositif - un système de déclenchement mixte analogique-digital et un échantillonnage à haute fréquence du signal enregistré en plusieurs points du champ - représente la partie essentielle de cette thèse. Le code développé pour la simulation de la chaîne électronique de l'expérience a été vérifié profondément en faisant des comparaisonsavec les données réelles.<br> L'incertitude de la calibration en amplitude et de la mise-en-temps pour le déclenchement se traduit en erreurs sur la détermination du seuil en énergie et la surface effective. Les sources des biais éventuels sont étudiées (sur les différents points de la chaîne de simulation). Ces considérations sont appliquées aux observations de la Nébuleuse de Crabe, détectée par CELESTE déjà en 2000.

Cette thèse porte sur l'étude de divers modèles d'univers primordial et leur observabilité dans les anisotropies du rayonnement fossile. Dans la première partie sont exposées les équations d'évolution des perturbations cosmologiques. On y fait un rappel de la physique du rayonnement fossile, et l'influence des différents paramètres cosmologiques y est présentée. Les trois parties suivantes s'intéressent à différents scénarios d'univers primordial. La deuxième partie porte sur les scénarios à base de sources actives, dont font partie les défauts topologiques. Les différences majeures avec les scénarios inflationnaires y sont exposées. On y détaille notamment l'importance des effets non linéaires dans l'évolution des sources et de leurs interactions non gravitationnelles avec le reste de l'univers. La troisième partie porte sur les scénarios inflationnaires, et discute les hypothèses habituellement faites à propos de l'état des perturbations en fin d'inflation. L'accent est mis sur l'importance de la modélisation de ces conditions initiales pour pouvoir extraire des informations précises sur les paramètres cosmologiques à partir des observations des anisotropies du rayonnement fossile. Enfin, la quatrième partie traite des scénarios de quintessence, et notamment de l'influence de ce champ scalaire sur la dynamique des perturbations cosmologiques. Il est montré que ces modèles font des prédictions assez différentes des scénarios avec constante cosmologique.

Le paradigme cosmologique actuel s'appuie sur l'instabilite du modele de Friedman-Lemaitre vis-a-vis des inhomogeneites de densite d'energie, pour rendre compte de la formation des grandes structures de l'Univers, telles que nous les observons. Dans ce cadre, il a ete predit, puis observe, que ces necessaires inhomogeneites impriment sur un rayonnement fossile millimetrique (CMB), par ailleurs thermalise a 3K, homogene et isotrope, d'infimes variations de temperature. Par l'observation plus precise de telles anisotropies, de nombreuses expériences presentes ou a venir, telles ARCHEOPS, TopHat, ou PLANCK, esperent tester ce paradigme avec une precision sans precedent. Toutefois, les besoins inedits de ces experiences necessitent l'invention de nouvelles methodes d'analyse de donnees CMB. En reponse a certains de ces besoins, nous avons developpe au cours de notre these, une methode multi-grille originale de fabrication rapide de cartes de ces fluctuations de temperature a partir de donnees ordonnees en temps, une methode hierarchique de mesure du spectre de puissance angulaire de ces cartes, une modelisation analytique des effets de lobe instrumental, et un test original de detection d'une composante non-Gaussienne dans la distribution statistique de ces fluctuations. Par ailleurs, regardant ces inhomogeneites bien plus tardivement dans leur evolution, nous pouvons observer, entre autres grandes structures, des amas de galaxies. A ces objets, les plus massifs gravitationnellement lies aujourd'hui, nous nous sommes interesse dans un second temps. En particulier, nous avons construit un modele analytique permettant l'inclusion d'effets de chauffage non-gravitationnel, connus par leurs consequences observationnelles importantes. Enfin, nous avons presente une methode permettant une meilleure description du contenu baryonique de ces amas au moyen d'\emph(une analyse conjointe d'observations de distorsions gravitationnelles, de l'effet Sunyaev-Zel'dovich, et de l'emission X, ces deux derniers effets originant du gaz chaud contenu dans les amas.

La collaboration ANTARES se propose de construire un télescope sous-marin à neutrinos, par 2400 m de fond, à 40 km de Toulon. Ce détecteur sera constitué de 12 lignes comportant chacune 90 photo-multiplicateurs. Les neutrinos sont détectés via leur interaction par courant chargé dans le milieu en-tourant le détecteur (l'eau ou la roche) conduisant à la production d'un muon dans l'état final. Celui-ci émet de la lumière Tcherenkov lors de sa propagation dans l'eau. Cette lumière est repérée par un ré-seau tridimensionnel de photomultiplicateurs. Le flux diffus de neutrinos est constitué par l'addition de l'émission en neutrinos des différentes sour-ces. Seules les sources d'origine astrophysique ont été retenues. Les différents modèles théoriques pré-disant un tel flux ont été inventoriés et leurs prédictions ont été intégrées aux possibilités de simula-tion. La reconstruction en énergie des muons étant un paramètre crucial pour cette analyse, un nouvel estimateur d'énergie a été développé. Il permet d'aboutir à une résolution en énergie de l'ordre d'un facteur 3. Des variables discriminantes ont également été construites afin de rejeter le bruit de fond constitué par les muons atmosphériques. L'ensemble de ces travaux permet d'aboutir à une sensibilité de l'ordre de 8.10-8 GeV·cm-2·s-1·sr-1 au bout d'un an pour un flux en E-2 et un détecteur comportant 10 lignes.

Le télescope spatial GLAST dont le décollage est prévu pour 2006 est destiné à l'astronomie gamma de haute énergie (de 30 MeV à 300 GeV). Il améliore d'un facteur 20 la sensibilité de son prédécesseur EGRET, et couvre un domaine d'énergie plus large. Le nombre de sources attendues pourrait s'élever jusqu'à dix mille.<br> L'utilisation d'un calorimètre segmenté longitudinalement et transversalement permet de mesurer l'énergie et la position des gerbes avec une bonne précision, malgré sa faible épaisseur. A partir de simulations et de tests sur faisceau, nous avons mis au point des méthodes de reconstruction adaptées aux divers domaines d'énergie et d'angle d'incidence : correction des pertes dans la matière passive du trajectographe, correction de fuites longitudinale, et ajustement de profil de gerbe. Les performances obtenues sont détaillées. Nous détaillons aussi la mesure de position dans un calorimètre segmenté et mettons en évidence un certain nombre de biais de mesure.<br> D'autre part, la forte augmentation du nombre de sources attendues et la possibilité d'observer des objets étendus motivent la mise au point de méthodes d'analyse plus efficaces que celles à base de maximum de vraisemblance utilisées actuellement. Nous proposons une méthode fondée sur l'analyse en ondelettes adaptée à la recherche de source sur un fond brillant et hautement structuré. La statistique des tranformées en ondelettes du fond est détaillée. La méthode a été testée sur les données d'EGRET et nous discutons son application à GLAST.<br> Enfin, nous proposons et discutons l'utilisation de GLAST comme télescope à électrons cosmiques de très haute énergie (de quelques centaines de GeV à quelques TeV). Nous discutons en particulier les implications d'une telle mesure vis-à-vis de la production d'électrons dans les restes de supernovae proches et de leur propagation dans le milieu interstellaire. Plusieurs modèles d'accélérations ont été envisagés au sein des restes connus au voisinage du Soleil.

L'existence des neutrinos a été postulée dans les années trente par Pauli. Ces particules de spin 1/2 et de masse nulle ont permis de résoudre les problèmes de la désintégration beta. Leur étude expérimentale a commencé dans les années cinquante et se poursuit encore de nos jours. Cette longévité en physique des particules expérimentale est liée à leur détection difficile et aux énigmes qu'ils présentent. En particulier il est systématiquement détecté moins de neutrinos que ce qui est prédit pour les neutrinos solaires et pour les neutrinos atmosphériques, ce qu'on peut expliquer par un phénomène d'oscillation de neutrinos massifs. <br> Le projet OPERA se propose de prouver directement cette oscillation. Pour cela un faisceau de nu_mu sera produit au CERN et dirigé vers le Gran Sasso en Italie à 732 km de distance. Le détecteur a été optimisé pour mettre en évidence l'apparition du neutrino tau, produit de l'oscillation nu_mu --> nu_tau. Ce détecteur de 30 mètres de long et de 2 000 tonnes de cible sera composé de plus de 200 000 briques de plomb et d'émulsions photographiques. Les leptons taus seront mis en évidence après scanning des émulsions. Pour cela les briques devront être localisées dans le détecteur, et cette localisation sera réalisée par un trajectographe placé derrière chaque mur de briques. <br> Cette thèse avait pour but de déterminer le meilleur trajectographe pour OPERA. Trois options ont été étudiées et un trajectographe constitué de barreaux de scintillateur plastique a été choisi. Il permet d'avoir une efficacité de localisation du mur du vertex d'environ 80% et une efficacité de localisation de la brique à l'intérieur du mur d'environ 80%. Dans ce contexte d'utilisation de scintillateurs, nous avons testé des photo détecteurs de type HPD avec une électronique auto déclenchable. Ces HPD ont montré une très bonne résolution, une diaphonie inférieure à 2% et une uniformité supérieure à 98%. Une acquisition basée sur Ethernet a été proposée et acceptée par la collaboration. Chaque photo détecteur constituera directement un noeud du réseau. Un modèle complet de trajectographe constitué de barreaux de scintillateur lus par une HPD et une électronique auto déclenchable avec une acquisition par Ethernet a été validé pendant des tests sur faisceau.

Ma thèse porte sur l'étude des anisotropies du fond diffus cosmologique dans le cadre de l'expérience Archeops. Archeops est une expérience dédiée à la mesure de ces anisotropies sur une large région d'échelle angulaire et embarquée sous un ballon stratosphérique. Cette expérience est préliminaire à la mission satellite Planck. Après avoir décrit le mode de formation des anistropies du fond diffus cosmologique et les connaissances sur notre Univers que l'on peut extraire de leurs propriétés, je décris l'expérience Archeops : ses instruments, ses capacités, ses objectifs scientifiques. Mon travail au sein de la collaboration Archeops est centré sur la soustraction des effets synchrones avec la rotation de la nacelle pour obtenir un étalonnage des détecteurs sur le dipôle cosmologique et sur la reconstruction du spectre de puissance. Tout d'abord je passe en revue les différentes sources de signaux synchrones avec la rotation de la nacelle en me concentrant sur l'émission atmosphérique, puis décris les méthodes que j'ai développées pour soustraire ces contributions. Deux de ces méthodes sont ensuite appliquées sur les données et permettent d'obtenir un étalonnage des détecteurs. La seconde partie de ma thèse montre comment on peut reconstruire le spectre de puissance des anisotropies. La validité du calcul du spectre de puissance est ensuite testée sur les données. Pour extraire le spectre de puissance des anisotropies à partir du signal je présente une métode que j'ai développée pour évaluer la contribution du bruit au spectre, et une autre pour supprimer la contamination galactique. En conclusion la chaîne de calcul est testée complètement sur des simulations qui reproduisent les propriétés des données de manière très précise.