The viability of using a slicer based integral field spectrograph (IFS) for high contrast observations has been under scrutiny due to the belief that the one dimensional coherence that persists along the slice to the point of sampling at the detector will cause the creation of secondary speckles that will not have the same characteristics as normal speckles, thus stopping us from calibrating them out. It has also been previously assumed that a suitably low differential wavefront error when moving slice to slice was not guaranteed by design. It was for these reasons that slicer based IFSs were not selected for the current generation of planet finding instruments. As part of the EPICS (Exo Planet Imaging Camera and Spectrograph for the E-ELT) design study it was decided that slicers should be re-investigated due to results from on sky observations suggesting these limitations did not exist. The purpose of this thesis was to determine whether there was validity to the concerns mentioned above and therefore to answer the question; Would implementing a slicer based integral field spectrograph limit the achievable contrast of an instrument designed for the direct detection of exoplanets? Chapter 1 gives a brief introduction into the field of exoplanet research. Charpter 2 describes the noise limiting direct detection of exoplanets and the ways to get around it. Chapter 3 gives an overview of the two types of IFS under investigation by the EPICS consortium. Chapter 4 looks into details of the EPICS instrument and the IFS design study that came about. Chapter 5 shows simulations performed for the aim of achieving better contrasts via post processing methods and accurate data reduction as well as simulations of slicer based integral field spectrographs. Experimental tests using a slicer and a preoptics setup designed to simulate the limiting noise are described in Chapter 6. Chapter 7 looks at using SINFONI for high contrast observations and Chapter 8 details the conclusions drawn from the work presented in this thesis, as well as possible extensions to it. The work performed in this thesis dispels the concerns about the continued one dimensional coherence up to the detecter and suggests that slicer based integral field spectrographs do not inherently limit the contrast achievable; Results from experiments fit well with the requirements for EPICS to achieve its goals. Simulations also supported the idea that secondary speckle noise should not be an issue for the slicer based IFS. This means that a slicer based IFS is a viable option for the EPICS instrument.

Durant les deux dernières décennies, de nombreux efforts ont été apportés pour comprendre le processus de formation des structures de l'Univers jeune. Les avancées dans les technologies observationnelles atteintes aujourd'hui permettent d'observer des galaxies de plus en plus loin, y compris celles responsables de la réionisation cosmique qui a eu lors du premier milliard d'années de l'Univers. L'objectif principal de cette thèse a été de poser des contraintes sur la nature et l'abondance des sources responsables de la réionisation cosmique. Plus précisément, l'étude s'est portée sur les galaxies qui forment des étoiles et qui ont une émission Lyman-alpha (LAE) entre z ~ 3 et 6.7. Il est à noter que cette thèse a été réalisée au sein du consortium MUSE, tout nouvel instrument installé au VLT en janvier 2014 dont nous avons exploité les données du GTO. Ce travail de thèse a permis de confirmer la puissance inégalée de MUSE au niveau de la détection et de l'étude de sources extragalactiques faibles sans aucune présélection. Nous avons observé quatre amas-lentilles dont l'amplification de la lumière permet la détection de sources à faible luminosité, au prix d'une diminution du volume d'Univers observé. Nous nous sommes d'abord focalisés sur l'étude de l'amas de galaxies Abell 1689 afin de structurer une méthodologie applicable aux autres amas. En comparant la densité volumique des LAEs détectés aux différentes fonctions de luminosité (FdL) de la littérature, nous sommes arrivés à la conclusion suivante : la pente de la loi de puissance que décrit la fonction de Schechter pour la partie la plus faible est plus petite que alpha <= -1.5, ce qui signifie que le nombre de LAEs croît extrêment vite vers les faibles luminosités. Nous avons ensuite appliqué cette méthode aux autres amas de notre échantillon observés par MUSE. Les LAEs identifiés et mesurés dans ces amas sont typiquement dix fois plus faibles que ceux observés dans les champs vides (39 < log(Lya) < 42.5). Environ un tiers de ces LAEs n'a pas de contrepartie dans le continuum jusqu'à AB ~ 28 sur les images HST et n'aurait donc jamais été vu sur des relevés pointés. Le catalogue final contient plus de 150 LAEs, ce qui nous a permis d'étudier la contribution des objets les plus faibles, ainsi que l'évolution de la pente en fonction du redshift. Les résultats obtenus semblent confirmer que la pente alpha est proche de -2 pour l'ensemble des LAEs compris entre 2.9 < z < 6.7. On observe aussi une évolution de alpha, qui passe de -1.8 à -1.95 entre z ~ 3-4 et z ~ 5-7, un résultat original et non dépendant des données utilisées pour la partie brillante de la FdL. L'intégration de cette FdL permet ensuite de calculer la densité de photons ionisants émis par ces LAEs et de déterminer leur impact relatif sur la réionisation cosmique. A l'avenir, la profondeur de champ atteinte par les données du James Webb Space Telescope (JWST) va repousser la limite de détection de ces galaxies jusqu'à z ~ 8. L'utilisation de spectrographes dans le proche infrarouge comme MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT ou le tout récent EMIR/GTC permettent déjà de confirmer des candidats à z >= 7. Cette thèse a apporté des nouvelles contraintes sur la partie faible de la FdL des LAEs pour un redshift allant jusqu'à z ~ 6, un début donc de ce que l'on va pouvoir faire dans les années à venir pour des redshifts de l'ordre de z ~ 7-8. / Significant efforts have been put for the past two decades to understand the formation process of structure in the early Universe. The recent technological advances in the observational field allow for observing galaxies further and further, even the ones responsible for the cosmic reionization which occurred during the first billion years of the Universe. The main goal of this thesis was to impose constraints on the nature and the abundance of the sources responsible of the cosmic reionization. More specifically, the study was focused on the star-forming galaxies that have a Lyman-alpha emission (LAE) between z ~ 3 and 6.7. This thesis has been conducted within the framework of the MUSE consortium, a brand new instrument installed on the VLT in January 2014, as part of the exploitation of the Guaranteed Time (GTO). This thesis work has enabled us to confirm the unrivalled power of MUSE concerning the detection and the study of weak extragalactic sources without any preselection. We have observed four lensing clusters which magnify the incident light and make it possible to detect faint sources, at the expense of a decrease of the volume of the observed Universe. At first we started with the study of the galaxy cluster Abell 1689 in order to build up a methodology we intend to apply on other galaxy clusters. By comparing the volume density of the detected LAEs to the luminosity functions (LF) coming from the literature, we have reached the following conclusion : the slope of the power law from the Schechter function is smaller than alpha <= -1.5, which means that the number of LAEs increases drastically towards the faint luminoities. Then we have applied the new-build method to the other galaxy clusters of our sample observed with MUSE. The LAEs we have detected and measured in this sample are roughly ten times fainter than the ones observed in blank fields thanks to the lensing effect (39 < log(Lya) < 42.5). About one third of them lacks a counterpart in the continuum up to AB ~ 28 on the HST images and couldn't have been seen on targeted surveys. The final catalog includes more than 150 LAEs, this amount has enabled us to study the contribution of the faintest ones and also the evolution of the slope according to the redshift. The results of this work seem to confirm that the slope alpha is close to -2 for all the 2.9 < z < 6.7 LAEs. Furthermore, one can notice the evolution of alpha from -1.8 to -1.95 between z ~ 3-4 and z ~ 5-7, an original result and irrespective of the data set used to complement the present sample towards the bright region of the LF. The integral of the LF allows for working out the ionizing photons density emitted by these LAEs and for determining their relative impact on the cosmic reionization. In the future, the depth of the James Webb Space Telescope (JWST) observations will improve the limits of galaxy detection, certainly up to z ~ 8. The use of near-IR spectrographs such as MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT or the very recent EMIR/GTC already provides the confirmation of z >= 7 candidates. This thesis brought new constraints on the faint-end part of the LF of LAEs for a redshift up to z ~ 6, which represents a beginning with respect to all we can do in the coming years for redshifts up to z ~ 7-8.

Il y a près d’une décennie, l'utilisation des supernovae de type Ia comme indicateurs de distances a permis de découvrir l'expansion accélérée de l'univers. Les expériences de seconde génération ont augmenté de manière significative la taille et la qualité des échantillons à grand décalage vers le rouge. Cependant, l'échantillon de référence des supernovae à faible décalage vers le rouge, nécessaire à la cosmologie restait très restreint. The Nearby Supernova Factory a mesuré, à l'aide d'un instrument spectro-photométrique dédié (the Supernova Integral Field Sepctrograph), près de 200 nouvelles supernovae de type Ia. Ma thèse de doctorat a été effectuée à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon et au Lawrence Berkeley National Laboratory dans le cadre du projet international the Nearby Supernova Factory et a pour but l'étalonnage spectro-photométrique du spectrographe à champ intégral. Afin d'atteindre la précision souhaitée, une attention particulière a été apportée à plusieurs aspects majeurs de la procédure d'étalonnage, incluant: la détermination de la réponse impulsionnelle de l'instrument en vue de l'extraction 3D de sources ponctuelles, l'estimation de la qualité photométrique d'une nuit, l'obtention de l'extinction atmosphérique par nuit sur un domaine de longueur d'onde étendu, sa modélisation en terme de composantes physiques et sa variabilité au cours d'une nuit donnée. Une chaîne d'étalonnage multi-standard a été mis en \oe{}uvre utilisant approximativement 4000 observations spectro-photométriques d'étoiles standards. J'exposerai également à la fin de ce manuscrit les résultats scientifiques préliminaires de la collaboration SNfactory. / Ten years ago, type Ia supernovae used as distances indicators led to the discovery of the accelerating expansion of the universe. Today, a second generation of surveys has significantly increased the high-redshift type Ia supernovae sample. The low-redshift sample was however still limiting the cosmological analysis using SNe. In this framework, the Nearby Supernova Factory has followed 200 nearby type Ia supernovae using the dedicated Supernovae Integral Field Spectrograph with spectro-photometric capacities. My PhD thesis has been carried out at the Institut de Physique Nucléaire de Lyon and at the Lawrence Berkeley National Laboratoryin the framework of the international cosmological project SNfactory. In order to reach the design spectrophotometric accuracy, attention has been focused on several key aspects of the calibration procedure, including: determination of a dedicated point spread function for 3D point source extraction, estimating the nightly photometric quality, derivation of the nightly sky extinction over the extended optical domain, its modeling in terms of physical components and its variability within a given night. A full multi-standards calibration pipeline has been implemented using approximately 4000 observations of spectrophotometric standard stars taken throughout the night over nearly 500 individual nights. Preliminary scientific results of the whole SNfactory collaboration will be presented at the end of this thesis.