Cette thèse s'attache à l'étude du milieu interstellaire (MIS) des galaxies proches afin de mieux comprendre les processus physiques de ses composantes de gaz et de poussière. Nous nous sommes principalement concentrés sur les galaxies de faible métallicité pour étudier l'influence de l'enrichissement en métaux sur les propriétés du MIS. Les études précédentes ont montré que les densités spectrales d'énergie (SED) des galaxies à faible métallicité présentaient des différences notables avec celles des galaxies plus massives. Le rapport en masse poussière sur gaz (D/G) semble d'ailleurs dépendre de la métallicité. L'observation de ces galaxies conduit souvent à la détection d'un excès submm qui n'est pas pris en compte dans la modélisation actuelle des SEDs. Des études complémentaires sont donc nécessaires pour comprendre les phénomènes physiques liés aux différentes populations de grains de poussière responsables de l'émission IR/submm et d'en sonder les composantes froides. Nous avons adopté une approche multi-longueur d'onde pour modéliser les SEDs de 4 galaxies à faible métallicité observées avec LABOCA (870 μm). La fraction de poussière froide de ces galaxies semble être importante au regard de leur masse totale. Certains D/Gs ne correspondent pas aux prédictions des modèles d'évolution chimique et suggérent la présence de réservoirs de gaz moléculaire non détecté par les observations actuelles en HI et CO. Nous avons élargi cet échantillon à un intervalle plus varié de métallicité et montré que les contraintes submm affectent significativement la masse de poussière totale. La modélisation des galaxies riches en poussière dont les SEDs piquent généralement à grande longueur d'onde nécessite des contraintes submm pour échantillonner à la fois le pic et la pente submm de leur SED. Les galaxies à faible métallicité, quant à elles, peuvent présenter un excès en submm. Cet excès a des conséquences importantes sur la quantification de la masse de poussière et sur la caractérisation de cette poussière froide. Il nous fallait maintenant faire l'inventaire complet de cette population froide de grains et résoudre les principaux acteurs de l'émission IR et submm dans les régions massives de formation d'étoiles et dans les nuages moléculaires. Nous avons obtenu des observations LABOCA du complexe N158/N159/N160, une région intense de formation d'étoiles dans le Grand Nuage de Magellan, située au sud de 30 Doradus. La proximité du nuage de Magellan nous permet de résoudre des structures de quelques parsecs à 870 μm avec LABOCA. Cela permet d'effectuer une étude spatiale de l'évolution des SEDs à travers le complexe afin d'étudier la distribution de température des grains. Je compare également la distribution IR et submm avec les observations déjà disponibles en HI, CO et Hα afin notamment de réaliser une étude spatiale du D/G. Je présente enfin les premières images Herschel des galaxies NGC 6822 et NGC 1705 observées lors de la phase SD du télescope lancé en mai 2009. Pour NGC 6822, nous avons modélisé les SEDs de régions HII ainsi que de régions moins actives. Les SEDs des régions HII présentent des intervalles de températures plus chauds. Nous obtenons des masses de poussières importantes lorsque les graphites sont utilisés pour décrire la poussière carbonnée. L'utilisation de grains de carbone amorphe diminue ces masses de poussière. Cela semble indiquer que les modèles de SED incluant des données Herschel nécessitent l'utilisation des propriétés différentes des poussière.

Nous présentons dans ce travail un couplage cohérent des distributions spectrales d'énergies de galaxies évoluées aux longueurs d'onde X et optiques. Les nouveaux télescopes spatiaux en orbite (XMM et CHANDRA) ainsi que les grands télescopes au sol (VLT) permettent aujourd'hui d'observer avec une grande précision les galaxies proches comme les plus lointaines. L'étude des sources de rayons X dans les galaxies met en évidence le rôle particulier des étoiles en fin de vie. Parmi celles-ci, les restes de supernovae, les binaires X de faible masse et les binaires X de grande masse sont des sources particulièrement brillantes. Du gaz chaud est également présent dans les régions de formation d'étoiles et dans les galaxies elliptiques. Enfin, l'absorption des photons X par le gaz froid du milieu interstellaire est souvent très grande aux énergies inférieures à 1 keV. L'association de la modélisation des spectres de ces sources avec un code de synthèse spectrale évolutive nous permet de prédire les spectres X de galaxies dont les histoires de formation d'étoiles peuvent être très diverses. Nous étendons ainsi la couverture spectrale des spectres synthétiques calculés jusqu'à présent dans les domaines ultraviolet, visible, et infrarouge proche. La force du modèle d'évolution est de pouvoir prédire de façon cohérente la formation d'étoiles (qui se manifeste principalement dans l'optique), et la mort de ces étoiles (dont les restes sont souvent des objets compacts émetteurs de rayons X). De plus, les métallicités du milieu interstellaire et des étoiles, qui évoluent au fur et à mesure que les étoiles meurent, ont des signatures particulières dans tous ces domaines de longueur d'onde. Nous présentons les résultats de spectres et de couleurs X obtenus pour tous les types spectraux de galaxies. Nous expliquons les corrélation observées entre le taux de formation d'étoiles, les luminosités en bande B et les luminosités aux longueurs d'onde X. Nous appliquons ensuite nos modèles à la prédiction des fonctions de luminosité X des galaxies normales, puis nous estimons la fraction du fond diffus X qui peut être attribuée à ces galaxies. L'étude de la formation d'étoiles et de l'évolution de la métallicité est faite conjointement dans le visible. Nous construisons un code de synthèse spectrale automatique et nous l'appliquons à l'analyse de galaxies elliptiques proches. Nous présentons également une extension de ce code, permettant d'estimer des décalages spectraux photométriques, et nous l'utilisons pour analyser des galaxies lointaines. Enfin, nous proposons une étude des raies en stellaires en absorption dans la lumière visible des galaxies, en associant le code d'évolution PÉGASE à une bibliothèque stellaire à haute résolution spectrale. Nous définissons alors deux nouveaux indices qui caractérisent bien l'âge et la métallicité d'une population stellaire.

Les propriétés du milieu interstellaire (MIS) influencent fortement l’environnement et les processus menant à la formation d’étoiles qui, à son tour, dicte l’évolution d’une galaxie. Les galaxies naines du Groupe Local sont de parfaits laboratoires pour comprendre comment le contenu en métaux (ou métallicité) du MIS affecte l’interaction entre le gaz, la poussière et les étoiles. Mon travail de thèse porte sur les propriétés physiques des régions HII et du gaz diffus ionisé de la galaxie naine IC10, de métallicité 1/3 solaire. La proximité de cette galaxie (d=700kpc) permet l’analyse du MIS à différentes échelles spatiales: des nuages brillants compacts (25pc) au corps entier de la galaxie formant des étoiles (650pc). Afin de mesurer les propriétés physiques du MIS, j’ai modélisé les raies d’émission en infrarouge observées avec Spitzer et Herschel grâce à des modèles de photoionisation et de photodissociation. Je présente une exploration complète de plusieurs méthodes pour déterminer, de manière la plus fiable et selon les contraintes disponibles, les propriétés du MIS à diverses échelles. J’ai contraint les propriétés des nuages compacts les plus brillants dans IC10 et montré que l’émission à plus grande échelle (300pc) est dominée par celle de ces nuages. Enfin, je démontre le besoin d’un modèle à plusieurs composantes pour reproduire les observations dans leur ensemble. / The properties of the Interstellar Medium (ISM) strongly influence the environment and processes that lead to star-formation, which in turn, drives the evolution of a galaxy. Dwarf galaxies in the Local Group are perfect laboratories to investigate how the metal-poor ISM affects the interplay between gas, dust and stars. In this thesis, I investigate the properties of the HII regions and the diffuse ionized gas of the nearby dwarf galaxy IC10, which has a metallicity of 1/3 solar. Its proximity (d=700 kpc) enables the analysis on different spatial scales: from the compact clumps (~25 pc) to the whole star-forming body of the galaxy (~650pc). In order to measure the physical properties of the ISM, I model the infrared emission lines observed with Spitzer and Herschel with photoionization and photodissociation models. I present an extensive exploration of different methods to determine the most reliable ISM properties, based on the available constraints. I determined the properties of the brightest star-forming clumps within the galaxy and show that the emission at large scales (~300 pc) is dominated by that of the compact, bright clumps that lie within the region. I further demonstrate the need for a multi-component model to fully reproduce the observations.

L'étude de la formation et de l'évolution des galaxies est une thématique en pleine effeversence. Deux grands relevés (2dFGRS, SDSS), portant sur plusieurs millions de galaxies proches, ont permis récemment des avancées importantes dans la compréhension des propriétés physiques des galaxies. D'autre part l'arrivée des télescopes de 8-10m de diamètre, équipés de spectroscopes multi-objets (VLT/VIMOS, Keick/DEIMOS, Gemini/GMOS, ...), a permis la mise en place de plusieurs nouveaux grands relevés portant cette fois sur les galaxies lointaines (VVDS, DEEP2, GDDS, zCOSMOS, ...), donc situées dans un univers plus jeune.<br /><br />Ce travail de thèse porte préférentiellement sur l'étude des relations masse-métallicité ou luminosité-métallicité qui permettent d'établir un lien entre les deux processus majeurs responsables de l'évolution des galaxies: l'assemblage de la masse stellaire (formation d'étoiles ou fusion de galaxies) et l'enrichissement chimique du milieu interstellaire par les générations d'étoiles successives. Nous montrons que la forme de cette relation est un très bon test des modèles de formation et d'évolution des galaxies. Nous étudions ensuite la relation luminosité-métallicité de référence obtenue à partir du relevé 2dFGRS dans l'Univers local. Puis nous étudions l'évolution en fonction de l'âge de l'univers de la relation luminosité-métallicité à l'aide d'un petit échantillon (LCL05), puis de la relation masse-métallicité à l'aide du grand relevé VVDS. Plusieurs résultats obtenus avec ces différents échantillons sont des indices en faveur du modèle hiérarchique: les galaxies les plus massives se formeraient par fusion progressive de galaxies plus petites.<br /><br />Les propriétés physiques d'un grand nombre de galaxies sont estimées à l'aide d'outils d'analyse automatiques spécifiquement développés, ou adaptés à nos besoins, durant cette thèse. Comme résultats annexes, de nouvelles calibrations de la classification spectrale ou du taux de formation d'étoiles des galaxies sont obtenues à partir des grands relevés de l'univers local (respectivement 2dFGRS et SDSS). Ce travail offre de nombreuses perspectives de par le nombre et la diversité des données disponibles.

Si dans la Voie Lactée les populations d'étoiles B et Be sont relativement bien connues, il n'en est pas de même pour celles des Nuages de Magellan. Les Grand et Petit Nuages de Magellan sont des galaxies satellites de notre Galaxie et sont connus pour être déficientes en métaux. Nous avons alors observé de grands échantillons d'étoiles chaudes des Nuages de Magellan avec le spectrographe multi-objets GIRAFFE du VLT afin d'étudier les effets de la sous-abondance en métaux sur ce type d'étoile. Nous retraçons dans cette thèse la création des catalogues astrométriques et photométriques et les processus de sélection des étoiles B et Be. Puis nous traitons de la détermination de leurs paramètres fondamentaux et nous examinons les conséquences de la métallicité sur les vitesses de rotation. Nous montrons les premières déterminations des distributions des vitesses sur la ZAMS des étoiles Be et leurs implications sur les proportions et le comportement de ces étoiles. Puis, nous comparons les statuts évolutifs des étoiles Be des Nuages de Magellan et de la Voie Lactée et nous donnons des éléments de réponses aux différences constatées. Enfin, nous donnons une estimation des abondances en surface du carbone et montrons que celles-ci diffèrent que les étoiles soient des rotateurs lents (étoiles B) ou des rotateurs rapides (étoiles Be).<br />Dans la seconde partie de cette thèse, nous exposons diverses études complémentaires telles que la cartographie d'objets à émission dans les Nuages de Magellan avec la caméra grand champ de l'ESO en mode spectroscopique ou encore l'étude d'étoiles chaudes de jeunes amas ouverts de la Voie Lactée. La découverte de variabilité photométrique à court-terme dans les étoiles Be et de binaires dans les Nuages de Magellan ainsi qu'une étude des raies nébulaires sont aussi présentées dans cette partie.

Le gaz neutre dans les galaxies commence seulement à révéler ses secrets. FUSE permet depuis peu de sonder la phase atomique diffuse vers les régions Hii extragalactiques, sièges d'une intense formation d'étoiles. La méthode fait appel à l'analyse du profil des raies d'absorption d'espèces métalliques, telles que Ni, Oi, Si ii, Pii, Ar i ou encore Fe ii, afin de calculer leurs quantités, et d'estimer les abondances des éléments (c'est-à-dire rapportées à la quantité d'hydrogène). Les objets parmi les plus intéressants sont les galaxies bleues compactes. Peu évoluées chimiquement, elles offrent l'opportunité de comprendre l'interaction entre les flambées d'étoiles y prenant place et le milieu interstellaire environnant. Un des enjeux majeurs consiste à éprouver les modèles d'évolution chimique des galaxies en comparant les mesures d'abondances chimiques dans le gaz neutre aux habituelles estimations dans le gaz ionisé de leurs régions Hii. Ce travail de thèse comporte une étude de la galaxie bleue compacte IZw36, qui s'inscrit dans l'échantillon grandissant des galaxies dont le gaz neutre a été étudié avec FUSE, dont IZw18. Le résultat montre que le gaz neutre a déjà été enrichi en métaux, et n'est donc pas de composition chimique primordiale. D'autre part, les métaux semblent sous-abondants dans la phase neutre par rapport à la phase ionisée. Dans notre démarche pour confirmer ces résultats et approfondir la méthode utilisée, une nouvelle approche a consisté à observer les régions Hii géantes dans les galaxies spirales. NGC604, dans M33, est la première région de ce type a être étudiée avec FUSE. L'influence de l'étendue de la source sur les profils des raies d'absorption, le continu stellaire, l'ionisation, sont autant de paramètres qu'il a été possible d'analyser. Finalement, il apparaît que l'azote, l'oxygène et l'argon sont déficients dans le gaz neutre de NGC604, tandis que le fer est similaire dans les phases neutre et ionisée. À ce point, plusieurs raisons physiques peuvent être invoquées pour expliquer ces résultats, mais de futurs travaux seront nécessaires, notamment pour étudier l'influence de composantes saturées non résolues.

Alors que les galaxies évoluent, leur milieu interstellaire (MIS) s’enrichit continuellement en métaux, et cet enrichissement influence la formation d’étoiles. Les galaxies naines de faible métallicité de l’Univers Local sont les candidates idéales pour étudier l’influence de cet enrichissement en métaux sur les propriétés du MIS des galaxies et nous donne un aperçu des processus d’enrichissement et de formation stellaire dans des conditions proches de celles trouvées dans les systèmes pauvres en métaux de l’Univers primordial. Des études précédentes ont montré que le MIS des galaxies naines pose un certain nombre d’énigmes en terme d’abondance des grains, de composition de la poussière et même des processus d’émission en infrarouge lointain (FIR). Cependant, ces études étaient limitées à la poussière chaude émettant à des longueurs d’onde plus courtes que 200 micromètres et étaient effectuées sur un petit nombre de galaxies. Grâce à une sensibilité et une résolution améliorées dans les domaines FIR et submillimétriques (submm), Herschel nous donne une vue nouvelle sur les propriétés de la poussière froide dans les galaxies et nous permet d’étudier les galaxies les plus pauvres en métaux de manière systématique. Dans ce travail, je mène une étude des propriétés des poussières dans les galaxies naines et compare avec des environnements plus riches en métaux, pour aborder la question de l’impact de la métallicité sur les propriétés de la poussière. La nouveauté de ce travail réside dans le fait que les galaxies naines sont étudiées de manière systématique, nous permettant d’accéder aux, et de quantifier les propriétés générales représentatives de ces systèmes. Cette étude est conduite sur toute la gamme de longueurs d’onde infrarouge (IR)-submm, avec les nouvelles observations en FIR/submm d’Herschel, ainsi que des données Spitzer, WISE, IRAS, et 2MASS. Nous complétons ces données avec des mesures en domaine submm de télescopes au sol comme APEX ou le JCMT, pour étudier la présence et les caractéristiques de l’excès submm dans mon échantillon de galaxies. Je collecte aussi les données HI et CO pour accéder aux propriétés du gaz dans ces galaxies et étudier l’évolution du rapport en masse gaz-sur-poussière (G/D) avec la métallicité. Notre étude révèle des propriétés de poussière différentes dans les environnements de faible métallicité que celles observées dans des systèmes plus riches en métaux (par exemple, une poussière globalement plus chaude). Une émission en excès par rapport aux modèles utilisés, apparait souvent aux alentours de 500 micromètres, menant à d’importantes incertitudes sur les propriétés de la poussière, notamment sur la masse de poussière. Les excès les moins importants peuvent cependant être expliqués en utilisant une autre composition pour la poussière, avec des grains plus émissifs. Traceur idéal de l’état d’évolution chimique d’une galaxie, le G/D est en fait bien plus grand que ce que l’on pourrait attendre si l’on considère un modèle simple d’évolution chimique. Interprétée avec des modèles d’évolution chimique plus complexes, incorporant des processus de croissance des grains et/ou une formation d’étoiles épisodique, la relation entre le G/D et la métallicité, ainsi que sa dispersion, peuvent être expliquées par la grande variété d’environnements que nous considérons dans notre étude. / As galaxies evolve, their Interstellar Medium (ISM) becomes continually enriched with metals, and this metal enrichment influences the subsequent star formation. Low metallicity dwarf galaxies of the local Universe are ideal candidates to study the influence of metal enrichment on the ISM properties of galaxies and gives us insight into the enrichment process and star formation under ISM conditions that may provide clues to conditions in early universe metal-poor systems. Previous studies have shown that the ISM of dwarf galaxies poses a number of interesting puzzles in terms of the abundance of dust grains, the dust composition and even the FIR emission processes. However these studies were limited to the warmer dust emitting at wavelengths shorter than 200 microns and were done only on a small number of dwarf galaxies. Thanks to its increased sensitivity and resolution in FIR and submillimeter (submm) wavelengths, Herschel gives us a new view on the cold dust properties in galaxies and enables us to study the lowest metallicity galaxies in a systematic way. In this work, I carry out a study of the dust properties in dwarf galaxies and compare with more metal rich environments, in order to address the question of the impact of metallicity on the dust properties. The novelty of this work lays in the fact that dwarf galaxies are studied here in a systematic way, enabling us to derive and quantify the general properties that are representative of these systems. This study is conducted over the full IR-to-submm range, using new FIR/submm Herschel observations, Spitzer, WISE, IRAS and 2MASS data. We complete this set of data with longer submm measurements from ground-based facilities such as APEX and JCMT to study the presence and characteristics of the submm excess in my sample of galaxies. I also collect Hi and CO data to access the gas properties of the galaxies and study the evolution of the G/D with metallicity. Our study reveal different dust properties in low-metallicity environments than that observed in more metal-richs systems (e.g., an overall warmer dust component). An excess submm emission is often apparent near and/or beyond 500 microns rendering large uncertainties in the dust properties, even for something as fundamental as dust masses. Some of the smallest excesses can be explained by using another dust composition with more emissive grains. Ideal tracer of the chemical evolutionary stage of a galaxy, the gas-to-dust mass ratios (G/D) is found to be much higher than what is expected by simple chemical evolution models. Interpreted with more sophisticated chemical evolution models, including dust growth in the ISM and/or episodic star formation, the relation of the G/D with metallicity and its scatter can be explained by the wide variety of environments we are considering.