Cette thèse traite des aspects astrophysiques de la détection directe (DD) de matière noire sous forme de WIMPs. On se concentre sur les contraintes observationnelles des quantités astrophysiques qui influent sur l'interprétation des résultats expérimentaux de DD.On revoit tout d'abord le formalisme de la DD et on résume les résultats expérimentaux les plus importants ainsi que les méthodes statistiques généralement utilisés pour interpréter les données. On reproduit ensuite les limites expérimentales sur la section efficace spin-indépendante. On résume l'ensemble des hypothèses astrophysiques couramment utilisées dans le modèle de halo standard et on décrit l'influence de ses paramètres sur les limites.Pour inscrire la DD dans un cadre plus général, on résume les concepts les plus importants de la dynamique Galactique. En particulier, on revoit comment modéliser la Galaxie avec des modèles de masse, tout en soulignant les relations entre les différentes quantités astrophysiques. On décrit des procédures qui permettent d'obtenir des distributions dans l'espace des phases de la matière noire qui soient consistantes avec un profil de matière noire et un potentiel Galactique donné. La plus simple procédure étant basée sur l'équation d'Eddington, on discute ses limites d'applicabilité. On revoit dans les détails la littérature récente concernant les déterminations et les incertitudes des quantités astrophysiques liées à la DD et des paramètres Galactiques fondamentaux.Dans la dernière partie de la thèse on s'intéresse aux estimations récentes de la vitesse d'échappement publiées par la collaboration RAVE. On étudie dans les détails les implications de ces résultats sur les expériences de DD. Pour cela on prends en compte les corrélations entre les quantités astrophysiques importantes pour la DD, et en assumant le modèles de masse de RAVE on calcule la distribution de matière noire dans l'espace des phases avec l'équation d'Eddington. Du fait des valeurs plus élevés de la densité locale de matière noire, cette procédure conduit à des limites plus contraignantes par rapport a celles standards. / This thesis deals with the astrophysical aspects of the direct detection of WIMP dark matter (DMDD). In particular, it focuses on the observational constraints on the astrophysical quantities relevant for DMDD, which impact on the interpretation of the experimental results.We review the formalism of DMDD and we summarize some of the main experimental results in this domain and the statistical methods usually employed to interpret the data, reproducing the associated constraints on the parameter space relevant for spin-independent WIMP-nucleon interaction. We summarize the set of astrophysical assumptions usually employed, the Standard Halo Model, and we point out the impact of variations in its parameters on such limits.We outline the main concepts of the dynamics of our galaxy that allow to put the astrophysics related to DMDD in a wider framework. In particular, we review the description of the Galaxy through Milky Way mass models (MWMM), pointing out how the astrophysical quantities are related. We describe some procedures to obtain dark matter phase-space distributions consistent with given dark matter profile and Galactic potential, the simplest being Eddington equation, of which we discuss the limits of applicability. We review in detail the recent literature on the main determinations and uncertainties of the astrophysical quantities relevant for DMDD and of the fundamental Galactic parameters.In the most original part of this thesis we focus on the recent estimates of the local Galactic escape speed published by the RAVE collaboration. We study in detail the implications of these results for the spin-independent interpretation of DMDD experiments. We take into account the correlations between the astrophysical quantities relevant for DMDD calculations, and from the assumed MWMM we compute the dark matter phase-space distribution using Eddington equation, which provides a self-consistent physical connection between the two. This procedure leads to more constraining exclusion curves with respect to the standard ones, due to higher values of the local dark matter density.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Le paradigme ΛCDM est le modèle standard de la cosmologie. Dans ce modèle, l'univers est constitué aujourd'hui en majeure partie par de la matière noire froide (CDM) et la constante cosmologique Λ qui produit l'accélération cosmique. Cependant, ce modèle standard n'est pas entièrement complet. L'utilisation de la constante cosmologique introduit des problèmes théoriques dans une description de la théorie des champs quantiques et des indications observationnelles suggèrent que notre description à grande échelle de l'univers devrait être affinée. Ainsi, trouver des alternatives au modèle standard est d'une importance cruciale aujourd'hui. / The ΛCDM paradigm is the standard model of cosmology. In this model, the universe is constituted today for the major part by Cold Dark Matter along with the Cosmological Constant Λ that drives cosmic acceleration. However, this standard model is not fully complete. Using the Cosmological Constant introduces theoretical issues in a quantum field theory description and tentative observational evidences suggests our large scale description of the universe should be refined. Finding alternatives to the standard model is therefore of crucial importance today.

La fermentation sombre est un procédé utilisant des déchets organiques dont le passage à l'échelle pilote est limité par les rendements de production d'hydrogène trop faibles ainsi que par l'utilisation des sous-produits. Cette étude a pour premier objectif d'étudier l'effet du pH, de la combinaison du pH et de la concentration en substrat, du prétraitement du substrat et de l'adaptation de l'inoculum sur la fermentation sombre de trois types de déchet différents. Il a notamment été montré que la biodégradabilité des substrats joue un rôle majeur dans le choix des paramètres opérationnels utilisés pour optimiser la production d'hydrogène. De plus, la faisabilité et la stabilité à long terme de la production d'hydrogène par le procédé de fermentation sombre ont été mises en évidence en utilisant des déchets agroalimentaires et du petit lait dans deux réacteurs thermophiliques fonctionnant en mode semi-continu. En particulier, il a été discuté l'influence de la charge organique (OLR), du temps de rétention hydraulique (HRT) et de l'addition de co-substrats (fumier de buffle) comme source d'alcalinité. Cette étude a montré que la combinaison de ces trois paramètres peut jouer un rôle important sur le pH et la stabilité de la production d'hydrogène. De plus, les sous-produits de la fermentation sombre ont été utilisés pour produire de l'hydrogène via la photo-fermentation, alors que les déchets générés par le couplage de la fermentation sombre et de la photo-fermentation ont été valorisés pour la production de méthane par digestion anaérobie. Ce concept de bioraffinerie basé sur la conversion en trois étapes des déchets agroalimentaires augmente le rendement énergétique global du procédé. Par ailleurs, il a été montré le potentiel important du procédé de photo-fermentation pour la production de polyhydroxybutyrate (polymère), parallèlement à celle d'hydrogène. De même, l'utilisation de la fermentation par voie sèche dans une bioraffinerie concept apparaît prometteuse vis à vis de la production de bioénergie et de molécules telles que les acides organiques et les alcools / Low biohydrogen (H2) yields and use of process by-products from dark fermentation (DF) of waste biomass is limiting its scaled-up application. This study aims to investigate the effects of culture pH, combination of substrate concentration and culture pH, pre-treatment of substrate and inoculum adaptation in H2 yields during the DF of three different wastes biomass. The study showed that the biodegradability of the substrates is important for the selection and application of optimum operational parameters aimed at enhancing H2 production. Moreover, long-term operational feasibility and stability of dark fermentative H2 production was demostrated using food waste and cheese whey in two semi-continuous thermophilic DF reactors. The effect of organic loading rates (OLRs), hydraulic retention times (HRTs) and co-substrates (buffalo manure) addition as a source of alkalinity on culture pH and H2 production stability was discussed. The study showed that combination of OLR, HRT and co-substrate addition could play an important role in the culture pH and stability of H2 production. Furthermore, the by-products of DF process was utilized for H2 production via photo fermentation (PF), while the waste stream generated from coupling of DF and PF processes was converted to methane in anaerobic digestion (AD). The three-step conversion of food waste in a biorefinery concept increased the total energy yields. Moreover, PF also showed a good potential for concomitant production of H2 and polyhydroxybutyrate (biopolymer). Likewise, dry fermentation could be promising to a biorefinery concept based on waste biomass for the production of bioenergy and biochemicals (organic acids and alcohols)

Cette thèse présente quelques applications des théories alternatives de la gravitation relativiste. Nous étudions en particulier le mouvement à deux corps dans une théorie purement scalaire de la gravitation et la production d'ondes gravitationnelles par les systèmes binaires. Nous obtenons nombre de résultats analytiques et numériques relatifs à ce problème. Nous étudions également en détail la théorie MOND (pour \textit{Modified Newtonian Dynamics}) qui cherche à expliquer, en particulier, les courbes de rotation des galaxies en terme d'une modification des lois de la gravitation, et non à l'aide d'un surplus de matière inconnue et invisible, la matière noire. Cela nécessite de recourir à une théorie qui diffère de la relativité générale au moins dans le régime non-relativiste et des champs faibles, ie. qui ne se réduise pas à la théorie de Newton dans cette limite. La construction d'une telle théorie est l'objet d'une partie de cette thèse. Nous présentons quelques modèles alternatifs à la relativité générale susceptibles de rendre compte de la phénoménologie souhaitée, en proposons de nouveaux, et les analysons en détail à la lumière des contraintes les plus importantes que doit satisfaire toute théorie raisonnable : accord avec l'expérience, stabilité, causalité, localité, en plus d'être naturelle. Nous montrons que des problèmes théoriques imposent de modifier significativement la phénoménologie usuelle de MOND, au moins dans les cadres formels les plus usités. Nous proposons également un modèle de l'anomalie Pioneer, et montrons enfin comment expliquer la vitesse d'échappement à la galaxie sans recours à un quelconque halo de matière noire.

Nous présentons des données cinématiques 2D obtenues pour un échantillon de 96 galaxies spirales et irrégulières, à partir de l'observation de la raie Ha (656.3 nm). Dans le premier chapitre, nous décrivons le programme d'observation GHASP dans lequel s'inscrit cette thèse. Ensuite, nous détaillons l'instrumentation avec laquelle les observations ont été réalisées (principalement un réducteur focal, un Fabry-Perot à balayage et une caméra à comptage de photons) ainsi que les processus de réduction des données. Dans la quatrième partie, les résultats observationnels sont présentés, soit pour chaque galaxie : la carte monochromatique, la carte du champ de vitesses et la courbe de rotation. L'analyse de l'ensemble des données cinématiques montre notamment que : l'allure des courbes de rotation Ha varie avec la luminosité et le type morphologique. Seules les galaxies de type précoce ont des courbes de rotation décroissantes. Les galaxies barrées présentent un gradient interne de vitesse plus faible que les galaxies sans barre. Les galaxies peu massives et peu lumineuses présentent les courbes de rotation les plus dissymétriques. Les galaxies de type Sd, Sdm et Irr présentent des caractéristiques cinématiques semblables. L'extension maximale des disques Ha varie avec le type morphologique de manière identique à l'extension des disques HI. Dans la dernière partie, des modèles de masse ont été réalisés pour 23 galaxies en utilisant des profils de densité de halos dits plats et piqués. Nos modèles montrent que, pour une majorité des 23 galaxies étudiées ici, les halos sombres tendent plutôt à avoir une densité centrale constante, quel que soit le type morphologique, la magnitude et la masse, en accord avec les précédents travaux basés sur des courbes de rotation.

La Matière Sombre représente une des quêtes les plus importantes pour la compréhension des constituants élémentaires de l'Univers: la nature de la Matière Sombre est toujours mystérieuse. La dernière décennie a connu des développements expérimentaux remarquables dans la recherche de la Matière Sombre. Le but de ce travail est l'étude de candidats de Matière Sombre de nature supersymétrique (le neutralino) et au-delà (les particules scalaires), et de leurs aspects phénoménologiques et d'astroparticules. Le neutralino, dans l'intervalle de masses 1-100 GeV, est testé par les expériences du Grand Collisionneur d'Hadrons, de détection directe et de détection indirecte; ce travail montre que la combinaison de ces techniques est un outil décisif pour une recherche minutieuse des prédictions théoriques. Les particules scalaires sont des candidats non-standards de masses jusqu'à 1 MeV qui pourraient être produits abondamment dans le Grand Collisionneur d'Hadrons, et au même temps expliquer d'autres phénomènes tels que la masse des neutrinos et/ou le signal à 511 keV provenant du centre galactique de la Voie Lactée.

La détection directionnelle constitue une variante de la détection directe, en proposant de reconstruire la cinématique de l'interaction WIMP-noyau, c'est-à-dire en ajoutant l'information sur la trace du recul à celle sur l'énergie déposée. L'idée est de profiter du mouvement du système solaire autour du centre galactique et à travers le halo de matière sombre. On observe ainsi un vent relatif de WIMP en provenance de la direction vers laquelle se dirige le système solaire. Par conséquent, une expérience sensible à la direction d'interaction devrait observer un excès d'événements dans cette direction, clairement discriminable du bruit de fond, isotrope dans le référentiel galactique. Une nouvelle méthode d'analyse statistique est présentée. Elle permet d'extraire des données des futurs détecteurs directionnels, la direction principale du signal ainsi que le nombre de WIMPs contenus dans la carte. L'origine galactique du signal peut ainsi être mise en évidence en montrant que la direction correspond à celle du vecteur vitesse du Soleil. Il s'agit d'un changement de perspective vis-à-vis de la détection directe de matière sombre non-baryonique. Profitant des avancées en technique de détection, on passe d'une stratégie de rejet du bruit de fond à une stratégie d'identification du signal WIMP. Finalement, le Chapitre 3 décrit les travaux préparatoires à un grand détecteur directionnel pour la recherche de matière sombre galactique. La stratégie directionnelle requiert une mesure précise à la fois de l'énergie déposée et de la trace en trois dimensions. L'obtention de ces informations structure le cahier des charges du projet de détecteur MIMAC dont l'élément de base est une TPC fonctionnant à basse pression. Les mesures de très basses énergies (inférieures au keV) seront présentées ainsi que les premiers résultats concernant la reconstruction en trois dimensions de reculs nucléaires.