SpIOMM (le spectromètre-imageur de l’observatoire du Mont-Mégantic), installé à l’observatoire du Mont-Mégantic depuis 2004, est un spectromètre-imageur à transformée de Fourier qui reste, à ce jour, le seul instrument au monde en mesure d’échantillonner un champ de 12 minutes d’arc en 1.4 millions de spectres dans les longueurs d’onde du visible. L’installation, en 2010, d’une seconde caméra, qui a ouvert la possibilité d’utiliser les données présentes sur le second port de sortie de l’interféromètre, d’une part, et la réalisation de SITELLE (le spectromètre-imageur pour l’étude en long et en large des raies d’émission), une version améliorée de SpIOMM pour le télescope Canada-France-Hawaï, d’autre part, ont rendu impératif le développement d’un logiciel de réduction capable de combiner les données issues des deux ports de sorties pour en tirer toute l’information disponible. L’essentiel de cette thèse porte sur l’élaboration de ORBS, un logiciel de réduction des données de SpIOMM et SITELLE entièrement automatique et conçu sur un modèle architectural ouvert et évolutif. Une étude de la nébuleuse Wolf-Rayet M1-67, réalisée à partir des données de SpIOMM réduites avec ORBS, qui démontre clairement, et pour la première fois, l’existence de deux régions de matériel fortement enrichi en azote, est également présentée à titre d’application. / SpIOMM (spectromètre-imageur de l’observatoire du Mont-Mégantic), attached to the telescope of the Observatoire du Mont-Mégantic, is an imaging Fourier transform spectrometer which is still the only instrument in the world capable of sampling a 12 arc-minute field of view into 1.4 million spectra in the visible band. Since the installation in 2010 of a second camera, which has given the possibility of using the data on the second port of the interferometer, on the one hand, and the development of SITELLE (spectromètre-imageur pour l’étude en long et en large des raies d’émission), an upgraded version of SpIOMM, for the Canada-France-Hawaii Telescope, on the other hand, the design of a data reduction software capable of combining the data of both ports, has become a necessity. The main part of this thesis concerns ORBS, a data reduction software for SpIOMM and SITELLE fully automated and based on an open and upgradable architecture. An application to the study of the Wolf-Rayet nebula M1-67, which, for the first time, clearly demonstrates the existence of two regions made of a material strongly enriched in nitrogen, is also presented.

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Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude d’une liaison tout-optique longue de 10 km dédiée à l’extension d’un observatoire câblé de fond de mer existant afin d’atteindre de nouvelles zones d’exploration. Les travaux de recherche qui y sont rapportés démontrent la faisabilité de cette liaison tout-optique entre un instrument déporté et une station terrestre avec une seule fibre optique longue de 10 km, qui transmet simultanément la puissance, nécessaire à l’alimentation de l’instrument (quelques centaines de milliwatts), et des données bidirectionnelles en temps réel.Le contexte de cette thèse est présenté au travers d’un état de l’art sur les observatoires câblés et sur la puissance sur fibre. Le choix de la fibre unique et la présence de fortes puissances optiques complexifient la mise en oeuvre de cette extension tout-optique, et sont à l’origine de l’apparition d'interactions entre l’énergie optique dédiée à l'alimentation (@1480 nm) et les données échangées (@1550 nm). Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus sont argumentés et les effets optiques non linéaires tels que les diffusions Raman, Brillouin, Rayleigh, l’Émission Spontanée Amplifiée (ASE) sont décrits, modélisés et analysés expérimentalement. L’extension tout-optique proposée a été caractérisée à la fois en régimes statique et dynamique par des mesures du bilan de liaison, du rapport signal à bruit (SNR) et du taux d’erreur binaire (BER). Les résultats obtenus montrent la possibilité de fournir 160 mW électrique à l’instrument déporté en utilisant une source optique continue de 33 dBm sans dégrader excessivement les données bidirectionnelles transmises simultanément (BER<10-7). / This thesis is devoted to the study of a 10 km long all-optical network dedicated to extend a current cabled seafloor observatory, in order to reach new exploration areas. The research work described in this thesis demonstrates the feasibility of this all-optical link between a remote instrument and a shore station with a single 10 km long optical fiber, which simultaneously transmits the energy required to supply the instrument (several hundred milliwatts) and bidirectional data in real time.The thesis context is presented trough an analysis of the cabled seafloor observatories and of the power-over-fiber. The choice of a single optical fiber and the presence of high optical power complicate the implementation of this all-optical extension, and they cause the appearance of interactions between the optical energy dedicated to the power supply (@1480 nm) and the exchanged data (@1550 nm). Throughout this document, the technological choices are explained and the optical nonlinear effects are described, simulated and analyzed experimentally, such as Raman, Brillouin, and Rayleigh scattering and Amplified Spontaneous Emission (ASE). The proposed all-optical extension has been characterized in static and dynamic regimes with measures of the optical link budget, the Signal-to-Noise Ratio (SNR), and the Bit Error Ratio (BER). The results show the possibility to power the remote instrument with 160 mW, when using a continuous high optical laser source of 33 dBm without huge degradation of the bidirectional data transmitted simultaneously (BER<10-7).

Les aérosols atmosphériques à l'Observatoire Pierre Auger : caractérisation et effet sur l'estimation de l'énergie des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie.L'Observatoire Pierre Auger, situé dans la province de Mendoza en Argentine, réalise actuellement de grandes avancées dans la connaissance de la nature et de l'origine des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie. Utilisant une technique de détection hybride, basée sur des détecteurs de surface et des télescopes de fluorescence, il fournit une large statistique, une bonne résolution en énergie, et un contrôle solide des incertitudes systématiques.L'un des principaux défis pour la technique de détection par fluorescence est la compréhension de l'atmosphère, utilisée comme un calorimètre géant. Afin de réduire autant que possible les incertitudes systématiques sur les mesures par fluorescence, la Collaboration Auger a développé un important programme de suivi de l'atmosphère. Le but de ce travail est d'améliorer notre compréhension sur les aérosols atmosphériques, ainsi que leur effet sur la propagation de la lumière de fluorescence.En utilisant un modèle de rétrotrajectographie des masses d'air, il a été montré que les nuits pauvres en aérosols ont des masses d'air provenant plus directement de l'Océan Pacifique. Pour la première fois, l'effet de la taille des aérosols sur la propagation de la lumière a été estimé. En effet, selon l'approche Ramsauer, les gros aérosols ont le plus grand effet sur la diffusion de la lumière. Ainsi, la dépendance en taille a été ajoutée aux paramétrisations décrivant la diffusion de la lumière et utilisée par la Collaboration Auger. Une surestimation systématique de l'énergie et du maximum de développement de la gerbe Xmax est observé.Enfin, une méthode basée sur les tirs laser très incliné produit par le laser central d'Auger a été développée pour estimer la taille des aérosols. Des tailles d'aérosols jusque là jamais détectées à l'Observatoire Pierre Auger peuvent à présent être contraintes. De premiers résultats montrent une population d'aérosols de grande taille en utilisant des tirs laser effectués dans le passé. / Atmospheric aerosols at the Pierre Auger Observatory: characterization and effect on the energy estimation for ultra-high energy cosmic rays.The Pierre Auger Observatory, located in the Province of Mendoza in Argentina, is making good progress in understanding the nature and origin of the ultra-high energy cosmic rays. Using a hybrid detection technique, based on surface detectors and fluorescence telescopes, it provides large statistics, good mass and energy resolution, and solid control of systematic uncertainties.One of the main challenges for the fluorescence detection technique is the understanding of the atmosphere, used as a giant calorimeter. To minimize as much as possible the systematic uncertainties in fluorescence measurements, the Auger Collaboration has developed an extensive atmospheric monitoring program. The purpose of this work is to improve our knowledge of the atmospheric aerosols, and their effect on fluorescence light propagation.Using a modelling program computing air mass displacements, it has been shown that nights with low aerosol concentrations have air masses coming much more directly from the Pacific Ocean. For the first time, the effect of the aerosol size on the light propagation has been estimated. Indeed, according to the Ramsauer approach, large aerosols have the largest effect on the light scattering. Thus, the dependence on the aerosol size has been added to the light scattering parameterizations used by the Auger Collaboration. A systematic overestimation of the energy and of the maximum air shower development Xmax is observed.Finally, a method based on the very inclined laser shots fired by the Auger central laser has been developed to estimate the aerosol size. Large aerosol sizes ever estimated at the Pierre Auger Observatory can now be probed. First preliminary results using laser-shot data collected in the past have identified a population of large aerosols.

Le LAT est l'instrument principal du satellite Fermi et permet d'étudier le ciel en rayons gamma de 20 MeV à plus de 300 GeV. Sa sensibilité accrue a permis l'augmentation du nombre de sources détectées dans le domaine des hautes énergies. Une partie importante de celles-ci n'a pas de contrepartie connue et une étude multi-longueur d'onde est nécessaire afin de comprendre l'origine du signal observé. Dans un premier temps, cette thèse présente l'étude morphologique et spectrale détaillée de la source non-identifiée HESS J1745--303, qui a été découverte dans le domaine gamma par l'expérience H.E.S.S. en 2006 puis analysée spécifiquement dans un article de 2008, à l'aide des données du LAT. Deux sources ponctuelles situées à une localisation proche de HESS J1745-303 sont présentes dans le catalogue à deux ans de données de Fermi (2FGL) mais une analyse dédiée de cette région est néanmoins nécessaire vu sa complexité. Elle est en effet localisée à ~1° du Centre Galactique et à moins de 0.5° du pulsar de la Souris, les deux sources les plus brillantes en gamma dans cette région.Les différents processus d'émission de photons sont présentés dans un second temps. Leurs simulations permettent d'effectuer une étude approfondie de l'origine de l'émission détectée aux hautes et très hautes énergies par le LAT et par H.E.S.S. L'émission de cette source reste en effet encore énigmatique de nos jours et une étude multi-longueur d'onde est effectuée afin de contraindre les modèles d'émission. / The LAT is the main instrument onboard the Fermi space telescope and performs unprecedented observations of the gamma-ray sky between 20 MeV and more than 300 GeV. The number of gamma-ray sources detected has grown thanks to its high sensibility. A large part of these sources has no known counterpart and a multi-wavelength study is needed in order to understand the origin of the observed signal.This thesis presents a morphological and spectral detailed study of the unidentified source HESS J1745--303, which was discovered in gamma-rays in 2006 with the H.E.S.S. experiment, using the Fermi-LAT data. Two point-like sources, located near HESS J1745--303, are included in the Fermi Large Area Telescope Second Source Catalog (2FGL) but, due to the complexity of this region, a dedicated study of the LAT data is however needed. Indeed, its location is ~1° away from the Galactic Center source and less than 0.5° from the Mouse pulsar, the two brightest gamma-ray sources in this region.The astrophysical emission processes are then detailed. We develop an extensive code which allowed us to study the origin of the HE (High Energy) and VHE (Very-High Energy) gamma-ray emissions detected by the LAT and H.E.S.S. The emission of this source is indeed still enigmatic and we perform a mutli-wavelength study to try to constrain the emission modeling.

L'environnement côtier de l'île de Mayotte (nord du canal du Mozambique, océan Indien) se caractérise par l'existence d'un vaste complexe récifo-lagonaire au sein duquel se développe un littoral particulièrement diversifié et marqué par la présence de nombreuses mangroves. Plusieurs campagnes de mesures hydrodynamiques et d'observations morphologiques ont été effectuées afin d'apporter des éléments de compréhension sur l'évolution et le fonctionnement morphodynamique de ce type de littoral mixte à mangroves et récifs coralliens. Les observations de terrain conjuguées à une analyse diachronique de photographies aériennes ont permis de montrer le caractère très variable de la dynamique des mangroves avec une progression ou une stabilité au nord et à l'est de l'île, et inversement, une évolution nettement régressive au sud et à l'ouest. Les mesures hydrodynamiques ont donné lieu à une analyse des paramètres de houle et de courant en se focalisant sur leurs variabilités spatiales et temporelles. Les résultats obtenus montrent l'importance de l'architecture récifale sur les processus hydrosédimentaires et le développement des formes littorales. L'évolution et la dynamique des mangroves de Mayotte apparaissent ainsi fortement influencées par les caractéristiques morphologiques des structures récifales amont qui engendrent une plus forte vulnérabilité des mangroves du sud et de l'ouest face à une déstabilisation naturelle ou anthropique. La disparition des formations végétales des mangroves du sud et de l'ouest de l'île entraine une réorganisation des répartitions sédimentaires et la mise en place de nouveaux systèmes de fonctionnement morphodynamique. L'ampleur des phénomènes constatés a montré la nécessité de mettre en place un observatoire opérationnel de surveillance de la dynamique côtière. Cet outil, basé sur un réseau de mesures et d'observations de terrain et sur la réalisation d'un Système d'Information Géographique (SIG), a pour but de favoriser le suivi et l'évaluation de l'état du littoral. Dans un contexte local de fort développement et dans celui, plus global, de mutations environnementales, cet outil de surveillance et d'analyse permet une meilleure compréhension de la morphodynamique des côtes mahoraises et apporte une aide à la décision et à la gouvernance afin d'orienter les politiques de gestion de ce milieu fragile, à forts enjeux et en constante évolution.

Le spectre des rayons cosmiques semble se prolonger au-delà de la coupure GZK ; leur mode de production à ces énergies et leur propagation à travers l'espace ne sont pas bien compris. Malgré des flux extrêmement faibles, ces particules ultra énergétiques sont détectées sur Terre par des gerbes atmosphériques qui arrivent jusqu'au sol. Des simulations tentent de reproduire leur comportement en extrapolant les sections efficaces. L'Observatoire Pierre Auger détecte ces gerbes grâce à des télescopes de fluorescence et un réseau de cuves Cerenkov, qui couvriront finalement 3000 km2, nécessaires pour accumuler suffisamment de statistiques. Le système d'acquisition développé au LPNHE assure la communication avec le réseau et l'enregistrement des données. Un logiciel développé pendant la thèse permet la visualisation et la reconstruction des événements candidats. Les erreurs systématiques et aléatoires ont été identifiées et réduites dans tous les ajustements, afin que la détermination de la direction et de l'énergie du rayon cosmique primaire soit juste et précise. L'identification de la nature du primaire par l'âge de la gerbe améliore ces résultats.

L'Observatoire Pierre Auger a été spécialement conçu pour acquérir une statistique importante de rayons cosmiques d'ultra haute énergie (supérieure à 1019 eV) afin d'en comprendre l'origine. Il associe deux techniques de détection des gerbes atmosphériques, produit de l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère : des télescopes à fluorescence mesurent le profil longitudinal de la gerbe et un réseau de détecteurs au sol échantillonne le profil latéral. Après une présentation sur les rayons cosmiques, la détection des gerbes atmosphériques par l'Observatoire Pierre Auger est exposée. Le troisième chapitre est consacré à la description d'outils qui ont été réalisés dans le cadre de la mise en place de la base de données de l'expérience au Centre de Calcul de l'IN2P3 à Lyon. Nous abordons ensuite les analyses que nous avons pu mener grâce à la mise en place du réseau prototype sur le site sud de l'Observatoire. Dans un premier temps, les événements enregistrés ont permis d'étudier différentes constantes de calibration des détecteurs de surface. Nous nous sommes ensuite consacrés à la reconstruction des événements, 11 mois de prise de données ont été analysés. Enfin, une analyse Monte Carlo a été menée pour déterminer la nature de ces rayons cosmiques. Trois paramètres des gerbes atmosphériques, mesurables par le détecteur de surface et permettant de discriminer entre les différents types de particules primaires, ont été extraits et comparés avec les données du réseau prototype.

L'observatoire Pierre Auger se propose de recueillir une statistique sans précédent concernant le spectre des rayons cosmiques d'ultra haute énergie. Les quelques données actuelles suggèrent une absence de coupure GZK, coupure liée à la distance d'atténuation des protons dans un milieu de propagation tel que le rayonnement fossile à 3K.<br> Après avoir étudié l'effet des champs magnétiques extragalactiques sur la propagation des rayons cosmiques et l'influence sur le spectre, une grande partie du chapitre consacré à la description de l'expérience Auger sera laissée au système d'acquisition des données.<br> L'étude des gerbes atmosphériques initiées dans la haute atmosphère sous incidence rasante est riche d'enseignements concernant la possibilité de détection de neutrinos. Une procédure de reconstruction de l'énergie des gerbes rasantes hadroniques est formalisée et appliquée aux événements du prototype dans le chapitre 4, et le calcul de la sensibilité aux neutrinos du détecteur complet est donné dans le chapitre 5.<br> Enfin, l'analyse des données de l'année 2002 du réseau prototype de l'expérience Auger est l'objet du chapitre 6.

L'origine des rayons cosmiques d'ultra haute énergie reste une énigme de<br />la physique contemporaine, que l'Observatoire Pierre Auger, détecteur<br />hybride d'une taille inégalée, va tenter de résoudre. L'observation<br />directe des sources de ces particules, ou de structures à grande échelle<br />sur le ciel associées à ces sources, est un des premiers objectifs de<br />cet observatoire. De telles observations permettront aussi de contraindre la<br />propagation des rayons cosmiques, qui, entre leurs sources et la Terre,<br />subissent d'une part des interactions sur des fonds de photons de basse<br />énergie, et d'autre part des déflections dans des champs magnétiques<br />astrophysiques.<br />Cette thèse comprend deux volets, afin d'observer les sources des rayons<br />cosmiques avec l'Observatoire Auger et de les modéliser.<br /><br />Nous commençons par décrire en détail l'Observatoire Pierre Auger,<br />et nous intéressons ensuite à l'acceptance de son détecteur de surface<br />afin de pouvoir construire des cartes de couverture précise du ciel, outil<br />indispensable à l'étude des anisotropies. Nous présentons ensuite des<br />méthodes de recherche d'anisotropies sur le ciel, et analysons les deux<br />premières années de prise de données de l'Observatoire.<br /><br />Après une description des phénomènes susceptibles d'influencer la<br />propagation et l'observation de sources de rayons cosmiques d'ultra-haute<br />énergie, nous présentons des simulations numériques destinées à<br />prédire des observables telles que le spectre, les anisotropies et la<br />composition mesurables par Auger, en fonction de différents modèles<br />astrophysiques. Nous montrons que les champs magnétiques extragalactiques<br />peuvent jouer un rôle crucial, surtout si les rayons cosmiques sont en<br />partie des noyaux lourds. Enfin, nous montrons que la propagation de ces<br />particules depuis une source proche génère des flux secondaires de<br />rayons gamma qui pourront être détectés par des télescopes gamma au<br />TeV.