L'interprétation des spectres compliqués de l'atmosphère solaire magnétisée requiert des modèles théoriques adéquats de transfert radiatif hors ETL. Dans la première partie, la théorie quantique de la polarisation est revue ainsi que celle du transfert radiatif hors ETL de 2$^{\rm e}$ espèce. Une notation générale est introduite pour traiter numériquement la matrice densité atomique. Une technique de ''lambda-operator splitting'' est présentée et utilisée pour développer une méthode originale de préconditionnement analogue à l'algorithme itératif de Jacobi. De nombreux processus sont pris en compte: l'effet Zeeman, l'effet Paschen-Back, l'effet Hanle, la polarisation atomique, les croisements de niveaux, le pompage optique, la (dé)polarisation par collisions. Une technique multigrille non linéaire est développée dans le cadre du transfert de rayonnement polarisé et l'efficacité de la méthode est discutée. Les possibilités de ce nouveau solveur sont démontrées sur l'exemple d'une raie optiquement épaisse d'un atome multiterme dans le régime de l'effet Paschen-Back. Dans la deuxième partie, la polarisation par impact de la raie H-alpha de l'hydrogène est étudiée. Les modèles semi-empiriques de la chromosphère éruptive sont utilisés pour déterminer les effets différentiels du faisceau de protons sur les profils d'intensité et de polarisation. Il est montré qu'il est improbable que les faisceaux de protons soient la source de la polarisation linéaire observée. Dans le dernier chapitre, il est montré que les courants électriques de retour sont un ingrédient significatif de la formation des raies et ils sont proposés comme une source possible de la polarisation observée.

Le principal objectif de la thèse a été d'estimer le forçage radiatif direct exercé par les aérosols de pollution durant la canicule ayant affectée l'Europe de l'ouest durant l'été 2003. Un intérêt particulier a été porté sur l'étude des rétroactions possibles de ce forçage radiatif direct sur la dynamique atmosphérique et les processus photochimiques. Tout d'abord, un module permettant de calculer les propriétés optiques des aérosols en considérant trois types de mélange de la particule (externe, interne homogène et core-shell) a été développé dans le modèle de chimie-transport CHIMERE. Une évaluation de ce module optique a été réalisée pour toute l'année 2003 à l'aide d'observations photométriques et satellitaires. Ensuite, un couplage du modèle CHIMERE associé au module optique avec le modèle de météorologie WRF d'une part et le code de transfert radiatif TUV d'autre part a permis d'évaluer le forçage radiatif direct des aérosols et ses rétroactions potentielles sur la dynamique atmosphérique et les processus photochimiques.

Peu de stations au sol mesurent l'éclairement et des méthodes ont été développées pour l'évaluer à partir d'images prises par des satellites géostationnaires ou en orbite polaire. Dans les méthodes actuelles, dites inverses, le signal perçu par le satellite est inversé pour dériver le rayonnement au sol. Il est estimé de manière générale que les limites des méthodes inverses sont certainement atteintes en terme de précision. En conséquence, une nouvelle voie, basée sur la modélisation directe de la propagation du rayonnement solaire dans l'atmosphère, est explorée. Dans cette thèse, nous concevons une nouvelle méthode -dite Heliosat-4- basée sur le code de transfert radiatif libRadtran et tirant profit des produits de meilleure qualité, extraits des nouvelles capacités d'observation de la terre. Dans cet objectif, nous avons - par une analyse de sensibilité, établi les entrées nécessaires pour toute méthode basée sur un code de transfert radiatif, - établi que l'éclairement au sol pour une atmosphère nuageuse peut être considéré comme égal au produit de l'éclairement obtenu par ciel-clair et d'une fonction de l'extinction due aux nuages et de la contribution de la réflectance du sol, - mis en œuvre des approximations de l'équation de transfert radiatif pour des atmosphères claire ou nuageuse, permettant des calculs rapides. Heliosat-4 est affranchi des paramètres empiriques, facile à implémenter et fournit simultanément les composantes directe, diffuse et la distribution spectrale de l'éclairement. Ces caractéristiques, bien que nécessaires pour différentes applications, sont rarement fournies. Les premiers résultats de la validation de cette nouvelle méthode avec les mesures sol sont prometteurs : les performances observées sont proches de celles des méthodes actuelles.

Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l'étude de l'impact du rayonnement sur l'écoulement de convection naturelle dans une cavité contenant un mélange gazeux binaire dont un des composants rayonne dans l'infrarouge. Dans le premier chapitre, nous présentons les méthodes numériques utilisées. Elles s'appuient sur un modèle de rayonnement fondé sur la méthode des ordonnées discrètes (pour résoudre l'équation de transfert radiatif dans des conditions spectrales données) et le modèle SLW pour prendre en compte le spectre réel d'absorption du gaz tout en restant dans une approche compacte. Le module radiatif ainsi développé a été implémenté dans le code CFD AQUILON du laboratoire TREFLE (Bordeaux). Dans le deuxième chapitre, l'étude porte sur l'effet du rayonnement en convection de double diffusion dans une cavité contenant des mélanges air-CO2 ou air-H2O. Ici, l'air est traité comme gaz parfaitement transparent dans l'infrarouge et le polluant (CO2 ou H2O) est l'espèce absorbante. L'écoulement obtenu est généré par les forces de poussées d'Archimède lorsque le fluide est soumis simultanément à des variations de température et de concentration. Dans cette configuration, il existe un couplage direct entre les champs thermique et massique à travers les propriétés radiatives de mélange. En effet, les variations de concentration de l'espèce absorbante (CO2 ou H2O) modifient localement les propriétés d'émission-absorption du fluide et, par conséquent, influencent les sources et les flux d'origine radiative. Ce nouveau type de couplage induit un changement radical de la dynamique de l'écoulement et des transferts associés, notamment en affectant les conditions de stabilité. On montre en particulier que, dans les cas opposants, le rayonnement du gaz favorise le maintien d'instabilités thermosolutales, empêchant l'établissement d'une solution stationnaire. Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à l'effet du rayonnement sur la convection naturelle turbulente dans une cavité remplie d'air à 50% d'humidité (cas représentatif d'une pièce d'habitation, par exemple). Il est tenu compte de la participation radiative de la vapeur d'eau. Les équations de conservation du mouvement et de l'énergie ont été traitées en régime turbulent par une approche LES, à un nombre de Rayleigh de l'ordre de 1,5×109. On montre que, même si la fraction molaire de gaz absorbant est faible (xH20 = 0,0115), le rayonnement de gaz influe sur la thermique et la dynamique de l'écoulement en particulier lorsque les dimensions de la cavité deviennent grandes. En particulier, la stratification thermique au centre de la cavité est atténuée.

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Depuis une quinzaine d'années, de nombreuses galaxies sont détectées grâce à leur raie d'émission Lyman-alpha à des décalages spectraux supérieurs à 3. Ces objets, dits Émetteurs Lyman-alpha, nous permettent ainsi de sonder les galaxies dans l'Univers lointain, alors âgé de moins de deux milliards d'années. Bien qu'un grand nombre d'Émetteurs Lyman-alpha ait été détecté jusqu'à présent, leurs propriétés statistiques et physiques sont encore mal contraintes. En effet, les observations sont difficiles à interpréter du fait des effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha dans le milieu interstellaire et de la cinématique du gaz. En plus des observations, des efforts théoriques sont donc nécessaires pour mieux comprendre les caractéristiques physiques de ces objets, leur rôle dans le scénario de formation hiérarchique des galaxies, et leur lien avec l'autre grande populations de galaxies lointaines, les galaxies à discontinuité de Lyman. Cette thèse a pour but de proposer une modélisation originale de cette population d'Émetteurs Lyman-alpha dans le contexte cosmologique. La formation et l'évolution hiérarchique des galaxies est décrite grâce au modèle hybride GALICS, associant une simulation à N corps de matière noire, à des prescriptions semi-analytiques pour modéliser la physique des galaxies. GALICS prédit les propriétés physiques d'un large échantillon de galaxies entre z~3 et 7. Les propriétés de la raie Lyman-alpha sont obtenues grâce au couplage de GALICS avec une librairie de modèles numériques, réalisés avec le code MCLya. Avec cette approche, la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha et le profil de la raie émergent des galaxies peuvent ainsi être prédits, en prenant en compte les effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha et la cinématique du milieu. Le modèle prévoit une forte dispersion de la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha fesc en fonction de leur taux de formation stellaire. Les galaxies peu massives, formant peu d'étoiles ont une fraction d'évasion Lyman-alpha de l'ordre de l'unité. En revanche, fesc est distribué entre 0 et 1 pour les objets plus massifs, formant intensément des étoiles, selon les propriétés physiques des galaxies. Les résultats du modèle donnent un accord satisfaisant avec la plupart des observations, en particulier les fonctions de luminosité Lyman-alpha et UV entre z~3 et 7. Le modèle parvient à reproduire conjointement les propriétés UV des galaxies sélectionnées en UV (galaxies à discontinuité de Lyman) et celles des Émetteurs Lyman-alpha. Nous trouvons que les Émetteurs Lyman-alpha sont des galaxies de masse modérée présentant des profils de raie asymétriques, en bon accord avec les données observationnelles. Le modèle prévoit notamment une forte abondance de galaxies de faible luminosité Lyman-alpha. Ces objets peu lumineux seront une des cibles privilégiées du spectrographe intégral de champ MUSE, qui sera prochainement installé au VLT. Dans le but d'aider à la préparation des futurs relevés que MUSE effectuera, des champs fictifs d'Émetteurs Lyman-alpha ont été construits grâce au modèle pour fournir des prédictions, notamment en terme de comptages et de variance cosmique.

Notre compréhension de l'interaction entre poussières désertiques et climat est encore limitée, en partie parce que la concentration et les propriétés de cet aérosol présentent une grande variabilité spatiale et temporelle. La télédétection spatiale qui présente l'avantage d'une observation globale est donc un outil indispensable. L'infrarouge thermique (IRT) est un domaine spectral où la détection de l'aérosol désertique est particulièrement efficace. Ainsi, l'utilisation du canal IRT de Météosat au-dessus des terres, a permis le développement d'un indice qualitatif de poussière, appelé IDDI (Infrared Difference Dust Index).<br />L'objectif de cette étude est de corriger les défauts de l'IDDI et d'utiliser les nouveaux canaux dans l'IRT de MSG/SEVIRI pour développer un indice multispectral.<br />Ce travail s'appuie sur l'analyse des effets de la poussière, du vent de surface, de l'élévation solaire et de la vapeur d'eau sur la luminance au sommet de l'atmosphère, à l'aide du code de transfert radiatif MODTRAN. L'influence de l'émissivité de surface sur la luminance en présence de poussière est aussi analysée. Une méthode de correction de l'IDDI est proposée pour tenir compte des perturbations liées au vent de surface et à l'élévation solaire. L'étude est ensuite étendue aux trois canaux MSG/SEVIRI compte tenu des variations spectrales des propriétés de l'aérosol et de l'émissivité. Les résultats montrent une sensibilité accrue dans les canaux 8.7 et 10.8 µm, et un IDDI multispectral est proposé pour améliorer la corrélation entre IDDI et épaisseur optique mesurée par le réseau AERONET sur cinq sites sahéliens. Ce nouvel IDDI permettra d'améliorer le suivi des soulèvements de poussière sur l'Afrique.

Les disques de poussière et de gaz autour des étoiles jeunes sont très probablement les lieux de naissance des planètes. Les détails de l'évolution de ces disques vers des systèmes planétaires restent cependant très mal compris. Cette thèse aborde l'étude de la phase de poussière des environnements circumstellaires, à partir de laquelle se formeront les planètes, avec pour objectif d'obtenir des contraintes quantitatives sur les processus d'évolution des disques. <br /><br /> Les moyens d'observations actuels permettent d'étudier les disques avec un niveau de détail sans précédent et fournissent des informations essentielles sur les premières étapes de la formation planétaire : la croissance des grains de poussière par coagulation et leur sédimentation vers le plan du disque. Afin d'interpréter les propriétés observées des disques, nous avons développé un code de transfert radiatif qui permet de modéliser de manière cohérente les images en lumière diffusée et/ou émission thermique, les cartes de polarisation et les distributions spectrales d'énergie des disques protoplanétaires.<br /><br /> Dans un second temps, le code a été utilisé pour modéliser les données multi-longueurs d'onde et multi-techniques de plusieurs disques entourant des étoiles T Tauri : IM Lup, IRAS 04158+2805 et GG Tau. Une approche multi-paramétrique a permis de contraindre précisément les paramètres des disques. Nous avons ainsi mis en évidence et quantifié une croissance et une sédimendation des grains de poussière, qui témoignent de l'évolution de la poussière, dans deux de ces disques : IM Lup et GG Tau alors que les analyses du disque de IRAS 04158+2805 suggèrent au contraire que la poussière n'a que peu évolué dans ce dernier.<br /><br /> Le couplage du code de transfert radiatif avec un code hydrodynamique nous a permis de prédire les signatures observationnelles de la sédimentation et de la migration radiale des grains. L'application de ces résultats à l'anneau circumbinaire de GG Tau donne un bon accord avec les observations et démontre le potentiel de ce type de modélisation pour contraindre les processus physiques qui règnent au sein des disques.<br /> Enfin, des études du processus d'accrétion magnétosphérique, de disques autour de naines brunes et d'étoiles Herbig Ae/Be ainsi que de disques plus évolués (disques de débris) ont permis d'initier un travail de modélisation systématique d'un nombre croissant de disques afin de démarrer une analyse statistique des propriétés des disques, à différentes échelles spatiales et en fonction de la masse de l'objet central et de l'état d'évolution du système.

Thèse doctorat : Lasers, molécules, rayonnements atmosphériques : Lille 1 : 2003. / Articles publiés en anglais reproduits en annexe. N° d'ordre (Lille 1) : 3416. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 175-186.

Thèse de doctorat : Géographie : Rennes 2 : 2008. / Bibliogr. p. 289-312. Liste des figures et des tableaux.