Toutes les étoiles visibles à l'œil nu doivent leur brillance momentanée aux réactions nucléaires qui ont lieu dans leur intérieur. Ceci en fait des joyaux dans notre ciel nocturne, mais les amènera à une fin tragique, dans laquelle elles exploseront pour devenir soit des naines blanches dégénérées, des étoiles à neutrons ou des trous noirs. Une autre population, plus nombreuse, mais à peine visible, a choisi de vivre une vie morne mais tranquille et quasiment éternelle: ses individus font attention à ne pas devenir dépendant de l'hydrogène pour briller. Certains, dans leur jeunesse, consument des substances moins énergétiques telles que le deutérium et le lithium, mais épuisent rapidement leur stock. En conséquence, ils se refroidissent et se contractent progressivement, gardant intacts la plupart des éléments qui les ont formés. Ces naines brunes et planètes géantes forment une nouvelle classe d'objets astronomiques. Ils comblent un fossé entre les étoiles et les planètes de notre Système Solaire. Leur étude nous informe sur nos origines, sur la formation des étoiles et des planètes. Elle nous aide aussi à comprendre et/ou tester des théories allant de la physique à haute pression, à la dynamique atmosphérique, en passant par les effets de marées, la chimie, la formation de nuages...etc. Ce cours est focalisé sur quelques aspects physiques liés à l'étude théorique de ces objets substellaires: Je détaille leur évolution hydrostatique et sa modélisation, ce que nous savons de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, de leur structure interne, comment les nuages façonnent leur apparence et contrôlent leur refroidissement, ce que nous pouvons apprendre des observations des naines brunes et exoplanètes, et les conséquences des découvertes récentes sur notre vision de la formation planétaire.

Le satellite spatial Kepler a détecté des oscillations de type solaire parmi plusieurs centaines d'étoiles, permettant la détermination de leurs propriétés physiques à l'aide de l’astérosismologie. Les modèles d'évolution stellaire et les lois d'échelle employés pour déterminer les paramètres tels que la masse, le rayon et l'âge nécessitent toutefois une calibration adaptée. Dans ce contexte, l'utilisation des systèmes binaires présentant des oscillations de type solaires pour les deux étoiles semble particulièrement appropriée. Au cours de cette thèse, nous avons procédé à un travail de détection de ces binaires sismiques parmi les données de Kepler ainsi qu'au développement des outils nécessaires à leur analyse. Bien que la découverte d'une nouvelle binaire sismique semblait très peu probable, nous avons pu rapporter pour la toute première fois la détection d'oscillations de type solaire associées aux deux étoiles les plus brillantes d'un système triple, à savoir HD 188753. À partir de la modélisation, nous avons déterminé des âges semblables pour les deux étoiles détectées en astérosismologie, comme attendu en raison de leur origine commune. Par ailleurs, nous avons entrepris la première analyse orbitale de ce système hiérarchique dans le but d'obtenir une estimation directe des masses et de la parallaxe. Finalement, l'exemple de HD 188753 illustre notre capacité à détecter et à modéliser chacune des étoiles d'un système binaire ou multiple tout en réalisant l'analyse orbitale de celui-ci. Les différents outils développés au cours de cette thèse seront intensivement utilisés dans le cadre des futures missions TESS et PLATO. / The Kepler space telescope detected solar-like oscillations in several hundreds of stars, providing a way to determine their physical properties using asteroseismology. However, the stellar evolutionary models and scaling relations employed to determine parameters such as the mass, the radius and the age require a proper calibration. In this context, the use of seismic binaries showing solar-like oscillations in both stars is especially suitable. During this thesis, we have worked towards the detection of such seismic binaries from the Kepler database and developed the necessary tools to study them. Although the discovery of a new seismic binary was very unlikely, we were able to report for the first time the detection of solar-like oscillations in the two brightest stars of a triple stellar system, namely HD 188753. Using stellar modelling, we found compatible ages for the two stars derived from asteroseismology, as expected from their common origin. In addition, we performed the first orbital analysis of this hierarchical system in order to derive a direct estimate of masses and parallax. Finally, the example of HD 188753 shows our capability to detect and model each of the stars of a binary or multiple system and to perform the orbital analysis of this one. The various tools developed during this thesis will be extensively used in the context of the future missions TESS and PLATO.

Comprendre les variations de l’irradiance solaire, notamment dans le domaine UV, est essentiel pour les modèles climatiques. Les modèles d’irradiance sont précieux pour reconstruire l'irradiance solaire spectrale (SSI) en l'absence d'observations ou lorsque celles-ci manquent de stabilité. Cependant, ils font certaines hypothèses sur les structures solaires. Nous visons ici à contraindre ces hypothèses en caractérisant le contraste UV des structures solaires. Grâce aux données du satellite Solar Dynamic Observatory (SDO)entre 2010 et 2016, nous quantifions pour la première fois les contrastes dans l'UV. L'étude du contraste des structures solaires et de leur segmentation montre que des seuils photométriques sont nécessaires pour segmenter correctement les structures solaires, principalement en UV, en raison de la coexistence de structures sombres et brillantes pour la même valeur du champ magnétique. Certains pixels classés parmi le Soleil calme par le modèle SATIRE-S appartiennent en fait aux facules, mais ils sont trop peu nombreux pour avoir un impact sur les reconstructions de SSI. Nos résultats soulignent l'importance des observations multi-longueurs d'onde pour mieux contraindre l'identification des structures. Distinguer réseau et facule est essentiel pour reconstruire la SSI sur une longue période, et la prise en compte de la dépendance du contraste du réseau par rapport au champ magnétique améliore la reconstruction de la SSI. Enfin, nous ne trouvons aucun indice de variations du contraste durant le cycle solaire.Nous présentons aussi des résultats sur les corrélations entre les émissions Hα et Ca II des étoiles de type solaire. Nous montrons que l’hypothèse de Meunier et al., 2009 pour expliquer les anti-corrélations de certaines étoiles est confirmée par nos résultats. / Understanding solar irradiance variations,in particular in the ultraviolet wavelength range, is essential for climate modelling. Solar irradiance models are precious for reconstructing the spectral solar irradiance (SSI) in the absence of observations or when they lack stability. However, they come with their assumptions. Here we aim here to constrain these in the UV by characterising the contrast of solar magnetic features in the UV.From solar images taken by the Solar Dynamic Observatory (SDO) between 2010 and 2016, we quantify UV contrasts the first time. The study of the contrast of the solar structures and their segmentation shows that photometric thresholds are necessary to properly segment solar structures, mainly in the UV, because of the coexistence of both dark and bright structures for the same value of the magnetic field. Some pixels that are classified as quiet-Sun by the SATIRE-S model actually belong to faculae, but they are too few to have a significant impact on SSI reconstructions. Our results highlight the importance of multi-wavelength observations for better constraining the identification of structures. Distinguishing network and faculae is essential for such reconstructions over a long period, and using a network with magnetically variable contrast improves SSI reconstruction, Finally, we find no evidence of contrast variations during the solar cycle.We also present results on the correlations between Hα and Ca II emissions of Sun-like stars. We show that the hypothesis of Meunier et al., 2009 to explain the anti-correlations of certain stars corresponds to our observations.

Les etoiles massives jouent un role crucial dans divers domaines de l'astrophysique: elles produisent la majorite des elements plus lourds que l'Oxygene; elles creent des regions HII grace a leur fort pouvoir ionisant; elles terminent leur vie en supernovae. Par ailleurs, elles ont la particularite d'emettre continument un fort vent engendre par la pression de radiation et qui interagit avec le milieu interstellaire environnant, creant des bulles, des chocs et declenchant l'effondrement des nuages moleculaires voisins. En outre, la perte de masse associee a ces vents est telle qu'elle va gouverner completement l'evolution de l'etoile. Il est donc important de connaitre quantitativement ces vents radiatifs d'etoiles massives, ce qui passe par la modelisation de leurs atmospheres. Dans ce cadre, les codes de calcul ont vu recemment leur fiabilite se renforcer significativement grace a l'inclusion du line-blanketing, permettant ainsi d'esperer une connaissance accrue des proprietes des etoiles massives. Dans une premiere partie de cette these, nous nous sommes donc interesses a l'etude des effets induits par le line-blanketing sur le comportement des modeles d'atmosphere. Nous avons ainsi montre qu'a la fois le spectre emergent et la structure de cette atmosphere etaient modifies. Cela se traduit par une reduction de l'echelle de temperature (relation Teff - type spectral) des etoiles O de 1500 a 4000 K pour les naines de type spectral tardif et precoce respectivement, ainsi que par une revision des parametres fondamentaux (luminosite, flux ionisants). L'inclusion des metaux modifie egalement de facon significative la distribution spectrale d'energie de ces etoiles, ce qui permet entre autre de mieux rendre compte des sequences d'excitation construites a partir de raies nebulaires infrarouges observees dans des regions HII compactes. Dans une seconde partie, nous nous sommes interesses aux proprietes de vent des etoiles de type O. Une premiere etude menee sur les etoiles de la region N81 du SMC au moyen de spectres STIS/HST a revele l'exceptionnelle faiblesse de leurs vents ainsi que leur probable appartenance a la classe spectrale Vz. Avec des taux de perte de mass de l'ordre de 1e-9 Msol/an, ces vents sont en effet plus faibles que ce qui a jamais ete observe et predit par les simulations hydrodynamiques. Il en va de meme pour les quantites de mouvement modifiees. Une seconde etude d'etoiles Galactiques connues pour montrer qualitativement des vents faibles ainsi que de quelques etoiles Vz a elle aussi revele l'existence de vents faibles dans les etoiles les moins lumineuses, revelant de ce fait une rupture de pente de la relation quantite de mouvement modifiee - luminosite pour des luminosites plus faibles que 1e5.2 Lsol. L'origine de la faiblesse de ces vents reste inconnue puisque ni la metallicite ni la jeunesse des etoiles ne semblent etre en mesure de les expliquer.

Au cours de cette thèse, j'ai étudié $33$ étoiles extrêmement déficientes du halo galactique (ayant moins de $500$ fois moins de métaux que le So<br />leil) observées au VLT avec le spectrographe à haute résolution UVES. Ces étoiles sont les témoins des tous premiers âges de notre Galaxie. La co<br />nnaissance détaillée de leur composition chimique permet de contraindre les modèles de formation et d'évolution de notre galaxie.<br /><br />J'ai pu déterminer dans ces étoiles les abondances de $17$ éléments avec une précision inégalée, allant du carbone au zinc, et en particulier, ce<br />lles d'éléments «clés» comme l'oxygène et le zinc, pour comprendre quel type de supernova a enrichi la matière au début de la vie de la Galaxie.<br /><br />J'ai montré en particulier que l'on peut expliquer les rapports d'abondance observés sans faire intervenir de supernova supermassive (dont la mas<br />se dépasse $100$\Msol~).<br /><br />Par ailleurs, l'évolution des abondances en fonction de la métallicité moyenne est comparée aux modèles d'évolution chimique de la Galaxie. Notre<br /> étude portant sur des étoiles réputées être nées au tout début de la vie de notre Galaxie, nous apportons des contraintes observationnelles fort<br />es à ces modèles.

L’astérosismologie consiste à sonder les intérieurs stellaires en détectant les ondes sismiques qui s’y propagent. Les géantes rouges, des étoiles évoluées peu massives dont l’hydrogène du cœur est épuisé, sont des pulsateurs de type solaire présentant des modes mixtes qui nous permettent d’accéder directement aux propriétés physiques de leur cœur. Les mesures sismiques disponibles indiquent qu’un ou plusieurs mécanismes physiques encore mal compris contrebalancent l’accélération de la rotation du cœur sous l’effet de sa contraction, en transportant du moment cinétique. La majeure partie de cette thèse a été consacrée au développement d’une méthode permettant une mesure aussi automatisée que possible de la rotation moyenne du cœur des étoiles de la branche des géantes rouges observées par le satellite Kepler (NASA). Les mesures obtenues pour environ 900 étoiles mettent en évidence que la rotation du cœur est à peu près constante le long de la branche des géantes rouges,avec des valeurs indépendantes de la masse des étoiles. Le deuxième volet de cette thèse est consacré à l’interprétation de ces résultats basée sur la modélisation stellaire. L’enjeu consiste à utiliser les mesures à grande échelle obtenues durant la première partie pour caractériser la quantité de moment cinétique qui doit être extraite localement de chaque région du cœur, à différents instants sur la branche des géantes rouges, pour différentes masses stellaires. / Asteroseismology consists in probing stellar interiors through the detection of seismic waves. Red giants are evolved low-mass stars that have exhausted hydrogen in their core. These stars are solar-type pulsators presenting mixed modes that allow us to have a direct access to the physical properties of their core. The available seismic measurements indicate that one or several mechanisms that remain poorly understood counterbalance the acceleration ofthe core rotation, resulting from its contraction, by transporting angularmomentum. The greatest part of this PhD thesis was devoted to the development of a method allowing a measurement as automated as possible of the mean core rotation of stars on the red giant branch that were observed by the Kepler satellite (NASA). The measurements that were derived for almost 900 stars highlight that the core rotation is almost constant along the red giant branch, with values largely independent of the stellar mass. The second part of this PhD thesis is devoted to the interpretation of these results based on stellar modelling. The challenge consists in using the large-scale measurements obtainedin the first part to characterise the quantity of angular momentum that has to be extracted from each layer of the core, at different timesteps on the red giant branch, for different stellar masses.