L'interférométrie est une technique puissante pour l'étude des étoiles, car elle permet de résoudre leur disque apparent. Je présente dans ce mémoire une application de l'interférométrie à trois types d'étoiles: les Céphéides, les étoiles de la séquence principale et les étoiles en rotation rapide. Les Céphéides sont une célèbre classe d'étoiles supergéantes pulsantes. Elles sont largement utilisées comme étalons de distance, grâce à leurs relations période-luminosité. L'interférométrie permet d'appliquer une version améliorée de la méthode Baade-Wesselink pour mesurer la distance des Céphéides, et ainsi d'étalonner les relations période-luminosité. Même si cette méthode est potentiellement très précise, plusieurs points sont critiques dans son application, en particulier le facteur de projection. Les étoiles de la séquence principale (SP) sont de loin la classe la plus nombreuse de l'Univers, toutes les étoiles passant la majorité de leur existence sous forme de naines. J'ai utilisé l'interférométrie sur une large gamme d'étoiles de la SP, depuis les étoiles de très faible masse (Proxima) jusqu'aux étoiles chaudes. En particulier, j'ai réalisé la première utilisation combinée de contraintes interférométriques et astérosismiques pour la modélisation des étoiles (alpha Centauri, etc...). Dans une troisième partie, je décris nos résultats récents sur les étoiles en rotation rapide. Du fait de l'importante force centrifuge à l'équateur, la photosphère de ces étoiles est déformée. L'interférométrie nous a permis d'observer directement ces déformations sur trois étoiles brillantes en rotation rapide: Altaïr, Achernar et Véga.

Cette thèse est une étude de l'origine des étoiles chaudes à grande vitesse et/ou à grande distance du plan galactique, à l'aide des données du satellite Hipparcos. L'existence de ce type d'étoiles montre une incohérence entre le temps de vie assigné par la théorie de l'évolution stellaire aux étoiles de type B et A de Population I et celui beaucoup plus long des mécanismes responsables de l'augmentation de la dispersion des vitesses. Dans un premier temps, l'effet de la rotation stellaire sur les magnitudes absolues tirées des parallaxes trigonométriques est analysé sur un échantillon d'étoiles A normales de séquence principale. Aucune variation significative n'est observée. Une méthode de détermination des vitesses radiales est développée pour les spectres observés avec le spectrographe Élodie (OHP). Elle permet le calcul de la vitesse radiale avec une précision de l'ordre de 1-2 km/s sans limitation due au vsini de l'étoile observée. Dans un second temps, un échantillon de 35000 étoiles de type B-A-F tirées du catalogue Hipparcos est analysé. 316 étoiles à grande vitesse sont identifiées et les différentes hypothèses expliquant leur origine sont discutées. En particulier, la contribution des blue stragglers est étudiée à l'aide d'un modèle de synthèse de populations. Il est montré que les blue stragglers du disque mince représentent une source d'étoiles à grande vitesse essentiellement dans les étoiles de type précoce (B et A) alors que les blue stragglers du disque épais concourent aux étoiles de type A tardif et F.

Dans cette thèse, on étudie de manière précise les effets de la rotation rapide sur les oscillations stellaires. Les méthodes précédentes étaient inadéquates par rapport aux exigences de l'astérosismologie, soit parce qu'elles prenaient en compte de manière perturbative la rotation, ce qui les limite à de faibles vitesses de rotation, soit à cause d'une précision numérique insuffisante. Pour répondre à ces difficultés, on développe ici une approche complète basée sur l'utilisation de méthodes spectrales et d'un système de coordonnées qui s'adapte à la forme aplatie de l'étoile. On calcule alors des modes acoustiques et des fréquences propres de modèles polytropiques d'étoiles en rotation uniforme. À partir des résultats obtenus, on établit, pour la première fois, des domaines de validité des méthodes perturbatives. On analyse, par ailleurs, l'organisation asymptotique du spectre de fréquences et la structure géométrique des modes de pulsations à des vitesses de rotation élevées.

Dans cette thèse, on étudie de manière précise les effets de la rotation rapide sur les oscillations stellaires. Les méthodes précédentes étaient inadéquates par rapport aux exigences de l'astérosismologie, soit parce qu'elles prenaient en compte de manière perturbative la rotation, ce qui les limite à de faibles vitesses de rotation, soit à cause d'une précision numérique insuffisante. Pour répondre à ces difficultés, on développe ici une approche complète basée sur l'utilisation de méthodes spectrales et d'un système de coordonnées qui s'adapte à la forme aplatie de l'étoile. On calcule alors des modes acoustiques et des fréquences propres de modèles polytropiques d'étoiles en rotation uniforme. À partir des résultats obtenus, on établit, pour la première fois, des domaines de validité des méthodes perturbatives. On analyse, par ailleurs, l'organisation asymptotique du spectre de fréquences et la structure géométrique des modes de pulsations à des vitesses de rotation élevées.

Le but de ce mémoire est de poser les jalons qui permettront d'identifier les sources d'énergie et les mécanismes physiques qui sont responsables de l'activité manifestée par les étoiles T Tauri. Dans le contexte offert par l'étude de l'activité des étoiles de type solaire, il s'agit ici de déterminer dans quelle mesure l'analogie solaire peut être appliquée à l'activité manifestée par les étoiles T Tauri. Cette démarche qui consiste à différencier les sources d'énergie dont disposent ces étoiles constitue une première étape vers leur identification. Le Chapitre 1 constitue un rappel des propriétés des étoiles T Tauri (1.2), des modèles théoriques qui s'y rapportent (1.3), et des sources d'énergie dont elles peuvent bénéficier (104). L'existence de champs magnétiques à la surface des étoiles T Tauri est établie dans le Chapitre II : en premier lieu, la détection de variations périodiques dans les courbes de lumière de 11 étoiles T Tauri y est rapportée (II.2.1) ; les variations photométriques périodiques sont interprétées en terme d'une distribution de température hétérogène à la surface des étoiles (11.2.2, 11.2.3) ; le développement (II.2A) et l'application (II.2.5) d'un modèle théorique visant à reproduire les courbes de lumière observées permettent ensuite de déduire les propriétés physiques et géométriques de cette distribution; finalement, la présence de champs magnétiques photosphériques à la surface des étoiles T Tauri, premier indice de l'existence d'un processus dynamo, est déduite de la comparaison des propriétés de cette distribution avec celles des taches magnétiques couvrant la surface des systèmes RS CVn (II.2.6). Le rôle du processus dynamo dans le chauffage non-radiatif de l'atmosphère des étoiles T Tauri est étudié dans le Chapitre III : pour ce faire, après avoir discuté les paramètres qui semblent au mieux refléter le niveau d'activité stellaire et l'efficacité du processus dynamo (III.2), le comportement des étoiles T Tauri est analysé dans des diagrammes activité-rotation et comparé à celui des étoiles de type solaire (III.3) , L'existence du processus dynamo y est établie et ses limites cernées, Les implications de ces résultats sur la physique du processus dynamo dans les étoiles complétement convectives sont abordées (III.4.1) et, après une analyse détaillée des différences existant entre l'atmosphère des étoiles T Tauri et celle des étoiles de type solaire (III.4.2), les résultats obtenus sont confrontés aux prévisions des modèles théoriques (III.4.3) ; finalement, l'accrétion de matière circumstellaire à la surface des étoiles est présentée comme une source d'énergie susceptible de suppléer le processus dynamo (III.4.4). Deux appendices, présentés sous la forme de publications parues dans Astronomy and Astrophysics, complètent cette étude. L'appendice A décrit l'analyse et l'interprétation de la courbe de lumière périodique de l'étoile DN Tauri, un membre représentatif de la classe des étoiles T Tauri. Cette appendice se rapporte directement au Chapitre II. L'ensemble de l'étude présentée dans ce mémoire repose sur la détermination précise des taux de rotation d'un échantillon statistiquement significatif d'étoiles T Tauri. Cette détermination, qui fut notre première tache, est décrite dans l'appendice B. Le lecteur y trouvera un exposé détaillé des différentes méthodes utilisées pour mesurer les taux de rotation de ces étoiles peu lumineuses. En outre, les résultats obtenus y sont analysés dans le cadre du problème de l'évolution du moment angulaire durant les phases pré-séquence principale.

L'astérosismologie a pour but de déduire les propriétés internes des étoiles à partir de l'analyse de leurs fréquences d'oscillation. Cette analyse peut-être grandement facilitée par des informations a priori sur la structure du spectre d'oscillation, telles que celles que l'on peut obtenir par une formule asymptotique. Jusqu'à maintenant, une telle formule asymptotique n'était disponible que pour les étoiles à symétrie sphérique. Or pour une étoile en rotation rapide, la force centrifuge aplatit l'étoile, et la formule asymptotique n'est plus valable. Pourtant, les étoiles pulsantes en rotation rapide sont communes parmi les étoiles massives et de masse intermédiaire de la séquence principale, et un grand nombre d'entre elles sont observées par les missions spatiales dédiées à l'astérosismologie comme CoRoT et Kepler. Dans le cas des modes d'oscillation de pression, la limite asymptotique des rayons acoustiques peut-être décrite par un système dynamique Hamiltonien. Ce système passe, lorsque l'on augmente la vitesse de rotation d'un modèle d'étoile, d'un système intégrable à un système mixte, ou des régions stables et chaotiques coexistent dans l'espace des phases. Dans cette thèse, nous montrons comment obtenir des formules semi-analytiques prédisant des espacements réguliers de fréquences dans le spectre des modes de pression d'étoiles en rotation rapide, en utilisant la théorie des rayons ainsi que les méthodes du chaos quantique. Ces formules relient les espacements réguliers de fréquences d'oscillations aux quantités physiques internes des étoiles, ce qui fournit un nouvel outil théorique pour l'astérosismologie des étoiles en rotation rapide.