Pour extraire l'empreinte laissee par le passage d'une onde gravitationnelle dans le signal bruite d'un des futurs detecteurs (VIRGO/LIGO), il est necessaire de connaitre avec une grande precision la forme de cette onde. Or, les equations de la Relativite Generale (RG), qui regissent cette forme, sont d'une grande complexite et ne sont pas solubles analytiquement pour des systemes dynamiques tels que les binaires d'etoiles a neutrons. Celles ci representent pourtant les sources les plus prometteuses de rayonnement gravitationnel. On a donc recours a des methodes d'approximation. Dans cette these nous avons etudie l'approximation post-Newtonienne (developpement perturbatif en puissance de 1/c) dans le cadre de la RG. Dans un premier temps nous avons etudie cette approximation d'un point de vue general afin de demontrer un theoreme qui permet d'affirmer que, sous certaines hypotheses, le developpement post-Newtonien du champ de gravitation d'une source isolee auto-gravitante peut etre itere a tout les ordres en 1/c, ce qui n'avait jamais ete fait jusqu'a present. Nous avons montre que ce developpement se raccorde a tous les ordres a une solution exterieur, valable notamment a l'infini, et satisfaisant aux conditions d'absence de radiation rentrante. Dans un deuxieme temps, sous l'impulsion de Luc Blanchet et en collaboration avec Gilles Esposito-Farese, je me suis interesse au probleme de l'energie post-Newtonienne a l'ordre 1/c^6 d'un systeme binaire de corps compacts etendus. Nous nous interessons notamment au probleme du calcul d'un coefficient indetermine a l'ordre 3PN du a une incompletude des methodes de regularisation. Pour lever cette indetermination, nous nous sommes interesses au calcul de cette meme energie pour des corps etendus lorsque l'on tient compte de la structure interne. Nous presentons dans cette these les raisons possibles de l'indetermination, la methode et les problemes poses par l'extension finie des corps.

Nous nous intéressons à l'effet des fonds d'ondes gravitationnelles sur la polarisation de la lumière et aux conséquences induites sur des systèmes dans lesquels l'information est portée par la polarisation de photons. A cet effet, nous construisons l'approximation eikonale sur un espace courbe et étudions l'évolution des objets obtenus dans un bain d'ondes gravitationnelles. Nous développons alors un formalisme géométrique permettant de construire efficacement les observables physiques associées à un système optique, puis d'exprimer et d'évaluer ces observables en fonction des perturbations gravitationnelles. Nous montrons ainsi que pour des dispositifs de type EPR où l'évolution de la phase n'affecte pas les mesures, l'effet des ondes gravitationnelles sur les polarisations des photons est trop faible pour détruire les corrélations ce qui garantit la possibilité d'utiliser des corrélations EPR dans le cadre de communications spatiales.

La source laser pour le détecteur d'ondes gravitationnelles VIRGO a été conçue pour délivrer un faisceau stable, continu, mono mode de 20 W à 1.064 μm. Je rappelle dans un premier temps les principales contraintes auxquelles doit répondre la source laser. Je décris ensuite l'architecture du système et les techniques utilisées pour stabiliser le faisceau. Enfin je donne les principales performances obtenues jusqu'en juillet 2002 : puissance de 2.7W avec un niveau de stabilité en fréquence de 500 Hz rms pour un cycle utile de plus de 90%. Dans un second temps, j'étudie les principales sources de bruits et les processus de couplages pouvant expliquer le manque de stabilité du système. Je montre ainsi que le contrôle local utilisé contribue à augmenter le bruit de fréquence et de puissance jusqu'à 10 Hz. Des résonances mécaniques sont identifiées entre 10 Hz et 1 kHz. Ainsi la simplification de l'un des bancs devrait permettre au système de respecter les contraintes.

Nous présentons des synthèses de populations<br />permettant de retrouver les propriétés statistiques de la population<br />réelle des pulsars radio galactiques à partir de l'échantillon<br />observé biaisé par des effets de sélection. Nous confirmons que<br />les étoiles à neutrons ne naissent pas en majorité comme des<br />rotateurs rapides et que le champ magnétique ne subit pas de dissipation<br />notable pendant la phase pulsar. La connaissance de la population totale<br />nous permet d'une part d'étudier la sous-population des magnétars et<br />d'autre part de modéliser la contribution des pulsars à<br />l'émission gravitationnelle (galactique et extra-galactique) et d'en<br />déduire sa détectabilité par les antennes<br />interférométriques comme VIRGO. La connaissance des<br />propriétés statistiques de la population détectable par VIRGO<br />nous permet d'optimiser la recherche individuelle dans l'espace des<br />paramètres (fréquences et directions du ciel). Quant au fond de<br />rayonnement gravitationnel stochastique d'origine astrophysique, nous<br />montrons qu'il pourrait être détecté dès la deuxième<br />génération d'interféromètres en corrélant entre eux deux<br />détecteurs.

Les ondes gravitationnelles sont émises par une large gamme de sources astrophysiques et cosmologiques. L'étude des ondes à basse fréquence telles que celles émises par les binaires de trous noirs, les EMRIs ou encore les fonds galactique et stochastique, nécessite l'utilisation d'un détecteur spatial. C'est la mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna) composée de trois satellites distants de 5 millions de kilomètres et qui s'échangent des faisceaux lasers afin de former plusieurs interféromètres. La bonne compréhension de ce projet complexe nécessite le développement d'un simulateur tel que celui réalisé pendant cette thèse, LISACode. C'est un simulateur scientifique de LISA qui s'attache à rester au plus proche de la réalité du détecteur, sans pour autant le décrire au niveau des détails d'ingénierie. Il fournit des flux de données similaires à ceux de la future mission et applique la méthode TDI qui réduit effectivement le bruit laser. Ainsi il permet de tester des points technologiques importants de LISA et de mener des études scientifiques sur les ondes gravitationnelles. C'est un outil essentiel pour la préparation de l'analyse de données qui est un point capital de la mission LISA. Ainsi le second point de cette thèse porte sur le développement d'une méthode d'analyse basée sur l'étude de la modulation d'amplitude du signal gravitationnel induite par le mouvement LISA. Cette étude donne accès à la position de la source. L'application de cette méthode a nécessité la mise en place de méthodes d'extraction du signal. Les résultats obtenus pour une onde monochromatique et pour une onde émise par une binaire de trous noirs super-massifs sont prometteurs.

Thèse (D.R.Min.)--Université du Québec à Montréal, 1998. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Cette thèse présente les résultats de la recherche de signaux d'ondes gravitationnelles transitoires de longue durée dans les données des deux premiers runs d'observation des détecteurs advanced LIGO et advanced Virgo. Ces ondes sont principalement émises par des étoiles à neutrons ou des trous noirs impliqués dans des phénomènes violents. Pour certaines sources, une modélisation impliquant une dynamique complexe et des instabilités hydrodynamiques peut prédire grossièrement la forme d'onde. Mais de manière générale, seulement l'information approximative sur la durée et la bande de fréquence est utilisée pour définir les limites de l'espace des paramètres de la recherche. Une méthode d'analyse temps-fréquence robuste aux incertitudes de la modélisation des signaux a donc été développé. En combinant les données de deux détecteurs de façon cohérente, la méthode permet de différencier les signaux recherchés du bruit de fond non gaussien des détecteurs. En l'absence de détection, nous avons placé des limites supérieures sur l'énergie émise et le taux attendu pour ces sources. Une recherche du signal attendu après la fusion de deux étoiles à neutrons observé en août 2017 (GW170817) a également était faite dans l'hypothèse où une étoile à neutrons supre-massive a été formée. Aucun signal n'a été identifié et j'ai montré que des détecteurs un ordre de grandeur plus sensibles auraient été nécessaires pour détecter un tel signal. / This thesis shows the results of the search of long duration transient gravitational waves using the data from the first two observation runs of advanced LIGO and advanced Virgo detectors. These long duration gravitational waves are mainly emitted by neutrons stars or black hole involved in extreme phenomena. For some sources, a modeling involving a complex dynamics and hydrodynamic instabilities can predict roughly the waveform. Nevertheless, for the general case, only a partial informations on the duration and frequency band are used to limits the parameters space. A time-frequency analysis, sturdy enough to modeling incertitude, has been developed and applied to the data. Combining data from two detectors in a coherent way, the analysis can distinguish between signal and detector's non gaussian background noise. In the absence of detection, we have placed upper limits on the energy emitted and the expected rate for these sources. A search for the expected signal emitted by the object created after the neutron stars coalescence and merger observed in August 2017 (GW170817) was also made assuming a supra-massive neutron star was created and survived hundred of seconds after the merger. No signal has been found and we have shown that detectors of an order of magnitude more sensible would have been required to detect a signal from this source.

Les méthodes standard de détection du fond gravitationnel stochastique reposent sur l'hypothèse simplificatrice selon laquelle sa distribution ainsi que celle du bruit des détecteurs sont Gaussiennes. Nous proposons dans cette thèse des méthodes améliorées de détection du fond gravitationnel stochastique qui tiennent compte explicitement du caractère non-Gaussien de ces distributions. En utilisant un développement d'Edgeworth, nous obtenons dans un premier temps une expression analytique pour la statistique du rapport de vraisemblance en présence d'une distribution non Gaussienne du fonds gravitationnel stochastique. Cette expression généralise l'expression habituelle lorsque le coefficient de symétrie et le coefficient d'aplatissement de la distribution du fond stochastique sont non nuls. Sur la base de simulations stochastiques pour différentes distributions symétriques présentant des queues plus épaisses que celles de la distribution Gaussienne, nous montrons par ailleurs que le 4eme cumulant peut-être estimé avec une précision acceptable lorsque le ratio signal à bruit est supérieur à 1%, ce qui devrait permettre d'apporter des contraintes supplémentaires intéressantes sur les valeurs de paramètres issus des modèles astrophysiques et cosmologiques. Dans un deuxième temps, nous cherchons à analyser l'impact sur les méthodes de détection du fond gravitationnel stochastique de déviations par rapport à la normalité dans la distribution du bruit des détecteurs. / The new generation of interferometers should allow us to detect stochastic gravitational wave backgrounds that are expected to arise from a large number of random, independent, unresolved events of astrophysical or cosmological origin. Most detection methods for gravitational waves are based upon the assumption of Gaussian gravitational wave stochastic background signals and noise processes. Our main objective is to improve the methods that can be used to detect gravitational backgrounds in the presence of non-Gaussian distributions. We first maintain the assumption of Gaussian noise distributions so as to better focus on the impact of deviations from normality of the signal distribution in the context of the standard cross-correlation detection statistic. Using a 4th-order Edgeworth expansion of the unknown density for the signal and noise distributions, we first derive an explicit expression for the non-Gaussian likelihood ratio statistic, which is obtained as a function of the variance, but also skewness and kurtosis of the unknown signal and noise distributions. We use numerical procedures to generate maximum likelihood estimates for the gravitational wave distribution parameters for a set of symmetric heavy-tailed distributions, and we find that the fourth cumulant can be estimated with reasonable precision when the ratio between the signal and the noise variances is larger than 1%, which should be useful for analyzing the constraints on astrophysical and cosmological models. In a second step, we analyze the efficiency of the standard cross-correlation statistic in situations that also involve non-Gaussian noise distributions.

La gravitation expérimentale a connu des développements spectaculaires ces vingt dernières années en partie grâce aux développements de la physique atomique. A l'aide de techniques de refroidissement sophistiquées, il est possible d'exploiter le comportement ondulatoire de la matière. L'interférométrie atomique est devenue une méthode de fabrication d'horloges et de senseurs inertiels parmi les plus précis et la condensation de Bose-Einstein permet<br />l'observation de phénomènes quantiques macroscopiques. Dans cette thèse, nous explorons quelques applications possibles des ondes de matière pour les expériences de gravitation en champ faible. En première partie, nous développons des outils génériques pour la description théorique des expériences en relativité générale. Nous les appliquons dans la seconde partie: nous calculons la sensibilité des interféromètres à ondes de matière à l'effet Lense-Thirring, puis aux ondes gravitationnelles, et nous les comparons aux interféromètres laser. Enfin nous calculons la probabilité de changement d'état d'une cavité à onde de matière en interaction avec une onde gravitationnelle.

La première partie de cette thèse traite des théories de gravité massive. L'étude de ces théories a connu un regain d'intérêt depuis la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers, car elles pourraient expliquer cette dernière sans avoir à recourir à une constante cosmologique. La découverte, en 2010 d'une théorie cohérente de gravité massive, dite dRGT, a ouvert un vaste et prometteur champ d'investigation. Dans cette thèse nous déterminons, dans une formulation métrique et covariante, la linéarisation autour d'espace-temps arbitraires de ces théories, et de leur extension bimétrique. Ce travail nous permet ensuite de compter par une méthode lagrangienne le nombre de degrés de liberté qui se propagent. La seconde partie de cette thèse s'inscrit dans le cadre des ondes gravitationnelles en relativité générale et porte plus précisément sur la dynamique de systèmes binaires d'objets compacts. Ce travail est important dans la perspective de leur détection par les détecteurs interférométriques d'ondes gravitationnelles terrestres et spatial. Nous étudions le problème de la dynamique de systèmes binaires d¿objets compacts en relativité générale, à l¿aide de la méthode d'approximation dites des développements post-newtoniens (PN). Nous dérivons les équations du mouvement à l'ordre $4$PN en coordonnées harmoniques. Nous utilisons une méthode basée sur une action de Fokker adaptée au formalisme post-newtonien, en dérivant notamment les effets de sillage d'onde qui apparaissent à $4$PN. / The first part of this thesis deals with massive gravity theories. There has been a renewal of interest in these theories since the discovery of the acceleration of the expansion of the universe, because they could explain it without having to resort to a cosmological constant. The discovery in 2010 of a coherent theory of massive gravity, named dRGT, has opened a vast and promising field of investigation. In this thesis we determine, in a metric and covariant formulation, the linearization around arbitrary backgrounds of these theories and their bimetric extension. This result then allows us to count with a Lagrangian method the number of degrees of freedom that are propagating. The second part of this thesis concerns gravitational waves in general relativity and especially the dynamics of coalescing compact binary systems. This work is important in view of their detection by interferometric detectors, both terrestrial and spacial. We study the dynamics of compact binary systems in general relativity, using the approximation method based on post-Newtonian developments (PN). We derive the equations of motion to $4$ PN order in harmonic coordinates. We use a method based on a Fokker action adapted to the post-Newtonian formalism, in particular deriving the tail effects appearing at $4$PN.