Le rapport du Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Evolution du Climat de 2001 soulignait le<br />niveau très imparfait de notre compréhension de l'effet des aérosols atmosphériques sur le climat. Ces<br />particules d'origines naturelles (poussières, aérosols volcaniques...) ou anthropiques (sulfates,<br />suies...) sont une des principales sources d'incertitude sur le changement climatique. Une des raisons<br />à cela est leur très grande variabilité spatio-temporelle. Par nature globale et quasi-continue,<br />l'observation spatiale des aérosols est donc un outil indispensable à leur étude.<br />Si la télédétection dans le domaine visible s'est beaucoup développée pour permettre de mieux<br />caractériser ces particules et leur effet sur le rayonnement solaire, l'utilisation de la télédétection dans<br />le domaine infrarouge est encore sous-exploitée. Or, non seulement la connaissance de l'effet des<br />aérosols sur le rayonnement terrestre est indispensable à l'évaluation de leur forçage radiatif total,<br />mais la télédétection infrarouge permet aussi la mesure de grandeurs inaccessibles à la télédétection<br />visible (observations possibles de nuit comme de jour, sur terre comme sur mer).<br />Dans cette thèse, nous montrons que les observations des sondeurs infrarouges permettent de<br />caractériser les aérosols en épaisseur optique infrarouge, en altitude, et en taille. Après une étude de la<br />sensibilité des propriétés optiques des aérosols à leur microphysique, et le développement d'un code<br />de transfert radiatif pour un milieu diffusant adapté à la haute résolution spectrale du sondeur de<br />nouvelle génération NASA-Aqua/AIRS, nous abordons le problème inverse. Les applications<br />présentées ici couvrent entre autres les aérosols stratosphériques volcaniques du Pinatubo, observés<br />avec le sondeur NOAA/HIRS, et la construction d'une climatologie de 8 ans des poussières<br />désertiques sur mer et sur terre avec ce même instrument. L'inversion des observations AIRS nous a<br />permis ensuite de déterminer l'épaisseur optique à 10 μm, l'altitude moyenne et le rayon effectif du<br />mode grossier des poussières au-dessus des mers.

Cette thèse est consacre à l'étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) grand décalage spectral à l'aide d'observations (sub)millimétrique et radio.<br /><br />Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles 1.96. La relation entre l'émission infrarouge et radio des galaxies locales est vérifiée pour les QSO grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~1000Mo/yr) indiquent d'intenses flambées stellaires nécessitant dimportants réservoirs de gaz moléculaire.<br /><br />La détection de CO dans J1409+5628 z=2.56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100K, et des densités de 10^(3-4) cm-3, comparables M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapporte pour deux QSO grand z.<br /><br />Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l'Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie l'étude du milieu interstellaire dans l'environnement extrème des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30.07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe.

Les micrométéorites, échantillons extraterrestres de taille submillimétrique, dominent le flux de matière extraterrestre qui entre dans l'atmosphère terrestre. Toute micrométéorite est inévitablement altérée par son passage atmosphérique. Mais elles peuvent être trouvées enchâssées dans des météorites plus grandes, sous forme de microxénolithes. Les microxénolithes sont des micrométéorites anciennes, ils permettent d'étudier des époques passées de l'histoire du Système Solaire, pas accessibles par les micrométéorites. Des nouveaux microxénolithes ont été découverts et étudiés dans les chondrites H et dans la chondrite carbonée Isheyevo. Plusieurs techniques expérimentales (microscopie électronique à balayage et à transmission, spectroscopie Raman, spectrométrie de masse) ont été utilisées pour les caractériser, et des simulations numériques ont été réalisées pour étudier leur origine et les effets qu'ils subissent lors de leur passage dans l'atmosphère de la Terre.

Depuis les premières mesures in situ du vent solaire en 1960, les propriétés macroscopiques et microscopiques de ce plasma éjecté par le Soleil ont été intensivement étudiées, tant du point de vue théorique qu'observationnel. Aujourd'hui encore, certaines des propriétés du vent solaire sont incomprises, comme par exemple le transport de l'énergie dans un plasma peu collisionnel. Mesurer précisément la température des électrons et leurs propriétés non thermique est nécessaire pour comprendre les propriétés du transport. Pour ce faire, la spectroscopie du bruit quasi-thermique est un outil fiable, en étant moins sensible aux perturbations produites par le satellite que les détecteurs de particules classiques. Le bruit quasi-thermique est produit par les fluctuations du champ électrique causées par le mouvement des charges du plasma directement mesurées par une paire d'antennes reliée à un récepteur radio suffisamment sensible. L'étude de ce bruit permet de déterminer les moments des distributions de vitesses des particules. De nombreux résultats ont ainsi été obtenus à partir du récepteur radio de la sonde Ulysse, en décrivant les distributions des électrons par une somme de Maxwelliennes. Cependant une limitation de l'instrument ne permet pas de mesurer avec une précision suffisante la température totale des électrons avec un tel modèle de fonctions de distribution. Pour pallier à ce problème, une nouvelle méthode d'analyse des spectres de bruit quasi-thermique, utilisant une distribution des électrons de type kappa est proposée. Son application aux données de la sonde Ulysse permet de mesurer les variations avec la distance de la température totale des électrons et de leurs propriétés super thermiques dans le vent solaire. Le profil de température montre un comportement intermédiaire entre adiabatique et isotherme, et le paramètre kappa est constant avec la distance au Soleil. Ces résultats sont en accord avec les modèles exosphériques. Le vent solaire est également en interaction avec l'ensemble des objets du Système Solaire. Deux exemples d'interactions plasma-poussières sont présentés dans la deuxième partie de cette thèse : l'accélération des nanoparticules et leurs découvertes dans le vent solaire à une unité astronomique ; et la modification du champ magnétique interplanétaire par les poussières cométaires. Enfin, un point de vue plus global est adopté. Une comparaison du flux d'énergie, qui dans le cas du vent solaire est observé comme étant très stable temporellement et spatialement, est effectuée pour de nombreux vents stellaires. Cette comparaison met en évidence une similitude entre les étoiles de types solaire et les géantes froides, ainsi qu'une éventuelle conséquence de l'accrétion de matière sur les vents stellaires des T-Tauri.

Les poussières interstellaires sont des particules solides dont les tailles sont comprises entre le nanomètre et le micron. Bien que représentant une faible proportion en masse du milieu interstellaire, elles jouent un rôle essentiel dans son évolution et de façon générale dans l'évolution des galaxies. Les poussières interstellaires sont observables dans les domaines UV et visible en extinction et de l'infrarouge au submillimétrique en émission. La conduite d'observations astrophysiques conjuguée au développement de modèles numériques de poussières et à l'étude d'analogues de grains en laboratoire permet d'affiner notre connaissance de ces particules solides. En particulier, il existe aujourd'hui de nombreuses preuves d'une évolution des grains dans le milieu interstellaire. Cependant, les processus physiques responsables de cette évolution sont aujourd'hui encore mal connus. Afin de comprendre comment évoluent les grains avec les propriétés physiques, il est nécessaire d'observer les poussières dans différents environnements. Les régions de photodissociation (PDR) sont des zones du milieu interstellaire présentant l'avantage de voir leur champ de rayonnement et leur densité locale varier sur de faibles échelles spatiales (~10- 20 arcsec). De plus, la grande variété de traceurs du gaz permet de contraindre efficacement les conditions physiques dans les PDR. Toutefois, l'émission des grains à l'équilibre thermique dans les PDR, qui domine l'émission dans l'infrarouge lointain, n'était que rarement résolue spatialement. Les instruments PACS et SPIRE, à bord de l'observatoire spatial Herschel, permettent aujourd'hui de disposer d'observations spectro-photométriques entre 70 et 500 µm, dont la résolution spatiale (comprise entre 5 et 35 arcsec) en fait des données idéales pour l'étude de l'évolution des poussières dans les PDR. Nous présentons l'analyse des observations Herschel de trois PDR, la Barre d'Orion, la Tête de Cheval et la NGC 7023 Est, caractérisées par des conditions physiques différentes. En combinant ces données aux observations Spitzer, nous pouvons étudier simultanément l'émission des poussières entre 3.6 et 500 µm à différentes positions de la PDR. Pour cela, des profils d'intensité reliant l'étoile à la PDR sont extraits à chaque longueur d'onde puis comparés spatialement. Un décalage de la position du pic d'émission dû au transfert radiatif est observé : plus la longueur d'onde est grande, plus le pic est éloigné de l'étoile excitatrice. Par contre, la comparaison entre les profils d'intensité observés et ceux calculés à partir d'un code de transfert de rayonnement couplé à un modèle de poussières correspondant aux propriétés du milieu interstellaire diffus révèle des différences liées à une évolution des grains pour chaque PDR étudiée. A la vue des écarts, nous concluons que l'abondance des PAH, plus petite composante de grains interstellaires, est plus faible dans les PDR que dans le milieu diffus suggérant la présence d'un phénomène de photo-destruction et/ou d'agrégation des PAH sur les gros grains dans les PDR. Ceci pourrait être accompagné d'une augmentation d'émissivité des gros grains liée à un mécanisme de coagulation. Les observations Herschel des PDR nous offrent également l'opportunité de nous intéresser aux variations du spectre des grains à l'équilibre thermique avec le rayonnement au travers des PDR. Un ajustement d'une loi de corps noir modifié permet d'extraire une épaisseur optique, une température et un indice spectral des grains. L'étude de ces deux derniers paramètres révèle une anticorrélation confirmant ainsi des travaux précédents. Cependant, la comparaison de la dépendance de la température et de l'indice spectral dans différentes régions montre différents comportements et exclut une dépendance universelle entre ces deux paramètres. Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives quant à l'étude de l'évolution des poussières dans le milieu interstellaire.

Mon travail de thèse concerne l'étude de la matière interstellaire, notamment l'émission submillimétrique des grains de poussière mais aussi l'évolution de leurs propriétés, des milieux diffus vers les milieux denses, aussi bien dans notre Galaxie que dans le Grand Nuage de Magellan.<br /> J'ai participé au développement d'un modèle d'émission submillimétrique des poussières, et j'ai ajusté ses paramètres de manière à ce qu'il soit capable de reproduire les faits observationnels. Ce modèle prend en compte la nature amorphe des grains. Il considère une distribution désordonnée de charges à l'échelle macroscopique, et une distribution de systèmes à deux niveaux à l'échelle microscopique.<br /> J'ai comparé l'émissivité des grains dans des régions atomiques (HI) et moléculaires (CO) de notre Galaxie. J'ai montré que la pente et le niveau des émissivités des grains augmentent notablement dans la majorité des régions denses de notre Galaxie, dans la gamme 100-550 Μm. Les conclusions de ce travail confortent l'idée de coagulation des grains.<br />Enfin, je me suis concentrée sur l'étude de la poussière dans le Grand Nuage de Magellan (LMC). J'ai pu mettre en évidence pour la première fois une sous-abondance de la poussière dans le LMC. De plus mes résultats montrent que les variations spatiales des différentes compositions de la poussière et du champ de rayonnement à travers cette galaxie, sont gouvernées par l'activité de formation stellaire, présente et passée. Pour finir je me suis interrogée sur les interprétations possibles concernant les différences observées entre les phases atomiques et moléculaires du LMC.

L'atténuation de la lumière par la poussière interstellaire limite la vue que nous avons sur notre propre Galaxie, la Voie Lactée. Cette thèse porte sur la cartographie de l'extinction interstellaire en trois dimensions, et l'utilisation des cartes résultantes pour contraindre la structure de la Galaxie. La méthode pour déterminer l'extinction en trois dimensions utilise la différence de couleur entre les étoiles observées et les étoiles issues du modèle de synthèse de populations d'étoiles, développé à Besançon. Cette méthode a été appliquée à des dizaines de milliers de lignes de visée pour créer une carte tridimensionnelle de la distribution de poussière dans la Voie Lactée. Cette carte a d'abord été utilisée pour déduire les paramètres du disque de poussière Galactique tels que son échelle de hauteur et son gauchissement. Aussi, une barre de poussière a été détectée au centre Galactique. Les distances de nuages denses ainsi que leurs masses peuvent être estimées à partir de la distribution de l'extinction vers ces derniers. Ceci a été fait pour des centaines d'IRDCs, les endroits encore mal connus de la formation d'étoiles massives. Finalement, une carte tridimensionnelle de l'émission de la poussière a été créée. Les régions où modèle et observations ne sont pas en accord nous fournissent des informations sur les propriétés des grains de poussière dans ces régions.

Ma thèse porte sur l'étude de l'évolution des poussières interstellaires dans les régions dominées par le rayonnement. J'ai utilisé les données IRS (Infrared Spectrograph) du télescope spatiale Spitzer, qui font partie du programme SPECPDR pour l'étude des très petites particules et de la chimie dans les régions de photodissociation (PDRs de l'anglais PhotoDissociation Regions). J'ai participé à la réduction et l'étalonnage photométrique de ces données et développé un modèle pour leur interprétation. J'ai notamment mis à jour le modèle d'émission des poussières de Désert et al. (1990) et développé un modèle de transfert de rayonnement. J'ai détecté la présence d'émetteurs des bandes aromatiques infrarouges (AIBs de l'anglais Aromatic Infrared Bands) dans le gaz ionisé à l'avant de la Tête de Cheval. Leur survie pourrait être due au champ de rayonnement relativement peu dur et peu intense. La forme du spectre des AIBs peut être expliquée par la présence notable d'émetteurs neutres. J'ai modélisé les PDRs de la Tête de Cheval et de NGC2023 nord respectivement en géométrie plan-parallèle et sphérique. J'ai ainsi pu mettre en évidence que le rapport d'abondance PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, émetteurs des AIBs)/VSG(very small grains, émetteurs du continuum) est environ 2 fois moins élevé dans la Tête de Cheval que dans les Cirrus. Ce rapport PAH/VSG est égale à celui des Cirrus dans les parties externes et diffuses de NGC2023 et devient 5 fois plus faible dans les parties internes et denses de la PDR. J'ai également conclu que les très petites particules semblent évoluer surtout dans les PDRs et peu dans le milieu diffus. J'ai proposé plusieurs processus physiques pouvant expliquer les variations observées dans ces PDRs.

Cette thèse est consacrée à la caractérisation du milieu interstellaire (MIS) dans le Petit Nuage de Magellan (SMC). Cette galaxie, modèle proche des galaxies aux premiers stades d'évolution, a une faible métallicité et un fort taux de formation d'étoiles.<br /><br />Mes travaux sont consacrés en particulier à la définition des propriétés des poussières, du milieu diffus aux régions de formation stellaire du SMC. L'analyse et la modélisation de l'émission infrarouge dans ces environnements montre que (1) les grains sont globalement détruits dans le milieu diffus; (2) la destruction des PAHs ne serait pas systématique dans le MIS de faible métallicité.<br /><br />La seconde partie est dédiée à l'étude de l'émission millimétrique des poussières comme traceur du gaz moléculaire dans les nuages denses. La comparaison de ce traceur avec l'émission CO indique une dépendance linéaire avec la métallicité du facteur de conversion CO-vers-H$_2$. D'autre part, les masses de nuages moléculaires locaux déduites de ce traceur sont compatibles avec celles obtenues à partir des observations CO. Cependant, dans le SMC on observe un excès systématique par rapport aux masses virielles. L'ajout d'un champ magnétique comme support partiel de ces nuages permet d'expliquer l'excès observé.<br /><br />L'ensemble de mes travaux met en évidence une évolution du rapport gaz-sur-poussières dans le SMC. Dans le milieu diffus, les grains sont détruits par les nombreuses explosions de supernovae. Les éléments lourds réaccrètent sur les grains dans les régions plus denses.<br /><br />Ces études se placent comme cas scientifiques d'utilisation de l'Observatoire Virtuel (OV). Dans ce cadre, j'ai construit une base de données sur les nuages de Magellan, prototype des bases de données d'équipe de l'OV. De plus, la formalisation des étapes de traitement et d'analyse effectuées me permet de spécifier les développement nécéssaires à l'inclusion des objets étendus dans l'OV et de proposer des outils génériques.