Cette thèse présente l'étude la plus récente du refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense contenu dans le MIS des noyaux de galaxies proches (D<10Mpc) via l'étude des raies en émission du carbone atomique et des raies en émission du monoxide de carbone. Ce travail, outre la présentation d'observations effectuées au Caltech Submillimeter Observatory à º =806 GHz et º =809 GHz jusqu'à présent peu, voire jamais obtenues sur des sources extragalactiques, permet aussi, à partir des modèles les plus perfectionnés à ce jour pour représenter les caractéristiques du MIS (modèles PDRs et LVGs), de déterminer les propriétés physiques et chimiques du gaz interstellaire, informations indispensables pour mieux comprendre la formation des étoiles. Cette étude met en évidence le rôle essentiel dans le refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense, des raies à haut-J du CO (de 12CO(3- 2) à 12CO(7-6) émettant respectivement à des fréquences de 345 GHz et 806 GHz) et de la raie [CI](3P2-3P1) (émettant à une fréquence de 809 GHz). Ces raies sont indispensables pour diagnostiquer le refroidissement des galaxies plus lointaines souvent plus difficilement observables. L'étude du gaz moléculaire, à basse et haute résolution (observations effectuées avec l'interféromètre de l'IRAM-Plateau de Bure) permettant l'accès à la structure à grande et à petite échelle du gaz dans les noyaux de galaxies proches, révèle également de très bonnes corrélations avec les émissions en IR moyen et lointain dues aux poussières et aux grains. Les comparaisons établies entre les émissions IR et les émissions millimétriques et submillimétriques accroissent ainsi encore notre connaissance des processus physiques et chimiques intervenant dans la formation des étoiles. Ces analyses, l'ouverture à d'autres domaines de longueurs d'onde et l'augmentation d'observations millimétriques et submillimétriques à des fréquences et des résolutions spatiales de plus en plus élevées doivent être poursuivies grâce aux nouveaux instruments disponibles dans un futur plus ou moins proche (ALMA, Herschel, ...).

À travers mon travail de thèse sur les noyaux actifs de galaxie, dans le proche IR, avec un grand télescope (8-10m) muni d'une optique adaptative, j'ai été amené à faire intervenir des disciplines d'horizons très différents. <br /><br />Plus précisément, il s'agissait d'obtenir des données sur des noyaux actifs de galaxie avec NaCo, de créer et/ou d'adapter de nouvelles techniques de traitement pour les observations avec une optique adaptative, pour enfin interpréter les données ainsi traitées, notamment en les comparant à des modèles numériques. L'acquisition de cette double compétence a été particulièrement favorisée par le statut de ma thèse qui avait pour cadre une collaboration entre l'ONERA et le LESIA.<br /><br />Le problème astrophysique auquel je me suis attaqué est celui de la structuration de l'environnement immédiat des Noyaux Actifs de Galaxie (NAGs) et en particulier du test de l'hypothèse d'un tore de gaz moléculaire et de poussières ainsi que de son interaction avec un jet issu du NAG. Les échelles de ces structures (dizaine de pc) impliquent une résolution angulaire très élevée et la variété des phénomènes en jeu induit des morphologies parfois complexes qu'il est impératif de distinguer d'artefacts instrumentaux subtils.<br />Trois techniques de renforcement de la résolution angulaire et du contraste ont été développées ou améliorées dans ce travail :<br />- Le recentrage d'image sub-pixelique, grâce à un algorithme de type<br /> maximum de vraisemblance<br />- La déconvolution d'image sous contraintes<br />- La reconstruction de la fonction d'étalement de point de l'instrument<br /> avec les données d'analyse de front d'onde<br /><br />Dans chaque cas, la méthode a été appliquée à des données réelles et a permis effectivement un gain important sur la finesse angulaire et donc, au final, sur le retour astrophysique, avec plusieurs résultats originaux en particulier concernant NGC1068 le plus étudié des noyaux de Seyfert de type 2 :<br />- Dans le cas d'Arp 220, prototype des noyaux de galaxie ultra-lumineuses, deux composantes nucléaires ont pu être clairement identifiées, pour la première fois à 3.8µm dans la partie Est du coeur d'Arp 220, permettant d'établir un lien direct entre le proche et le moyen IR. De plus, un double bras d'émission, probablement la zone d'interaction des deux galaxies en fusion, est clairement mis en évidence, entre la source Ouest et les deux sources Est du coeur.<br />- Dans le cas de NGC 1068, de nouvelles structures à la morphologie très particulière (vagues quasi-périodiques), encadrant le jet radio, ont été mises en évidence en bande L' et M d'une part et en bande Ks d'autre part grâce aux premières observations coronographiques jamais réalisées dans le domaine extragalactique. Ces structures dont la formation n'est pas encore expliquée, témoignent d'une interaction forte du jet avec la Narrow Line Region. Une étude photométrique précise dans ces 3 bandes m'a aussi permis de conclure que la poussière dans ces structures était majoritairement composée de nano-grains, peut-être des nano-diamants. En plus d'avoir montré que le cœur était résolu, des observations spectroscopiques de la source la plus centrale m'ont enfin permis d'apporter un certain nombre d'éléments en faveur du modèle unifié des NAG, notamment la présence d'une cavité de sublimation des grains et la présence de gaz moléculaire non dissocié à petite distance du NAG. Le modèle de transfert radiatif dans le tore, développé dans le cadre de ma thèse, a permis de montrer la cohérence de l'ensemble des données.<br />- Dans le cas de NGC 7469, une structure micro-spirale a été mise en évidence grâce à la déconvolution dans les 2" centrales de cette galaxie de Seyfert de type I. De plus des observations spectroscopiques montrent des raies en émissions de l'hydrogène moléculaire sur la ligne de visée de la source la plus centrale, argument fort en faveur du modèle unifié des NAG.<br />- J'ai également contribué à la réduction de données des mesures faites sur le trou noir supermassif du Centre Galactique de 3 à 5 µm qui ont montré la fréquence importante des flares et leur localisation dans un volume de quelques rayons de Schwarzschild. <br /><br />Un certain nombre d'autres observations ont été réalisées durant cette thèse et sont en cours d'exploitation : on citera notamment les premières observations polarimétriques à haute résolution du jet de M87 dans l'IR proche.