Le travail de thèse porte sur l'analyse des spectres infrarouges thermiques de l'atmosphère de Titan enregistrés par l'instrument CIRS (Composite InfraRed Spectrometer), à bord de la sonde Cassini. L'objectif est d'inverser les distributions verticales de la température et des abondances des espèces minoritaires entre 100 et 500 km à plusieurs latitudes afin d'en étudier les variations latitudinales. L'instrument CIRS est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier observant dans la gamme spectrale 10-1400 cm-1 qui présente de nombreuses signatures dues aux bandes de rotation-vibration de CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CH3C2H, C3H8, C4H2, C6H6, HCN, HC3N et CO2. Les intensités de ces bandes dépendent à la fois de la température et de l'abondance de ces constituants. Il est donc nécessaire de connaître le profil de température avant de déduire les abondances des différents constituants. Le profil de température est déduit de l'intensité de la bande v4 de CH4 centrée à 1305 cm-1. En effet, l'abondance de CH4 est connue et a été mesurée in situ par la sonde Huygens. En utilisant cette abondance et en modélisant les spectres observés, il est possible d'en déduire la température. Pour cela, nous utilisons un code d'inversion qui résout l'équation de transfert radiatif en utilisant simultanément plusieurs spectres acquis avec une géométrie au limbe et au nadir et sondant différentes altitudes. Il est ainsi possible d'inverser le profil de température à une latitude donnée entre 100 et 500 km. J'ai effectué ce travail pour cinq latitudes : 56°S, 13°S, 56°N, 82°N et 83°N. J'ai ensuite utilisé ces profils de température inversés pour déduire, aux mêmes latitudes, les profils d'abondance des molécules minoritaires citées ci-dessus qui émettent principalement dans la gamme 600-1100 cm-1. J'utilise un algorithme d'inversion combinant à la fois les spectres au limbe et au nadir afin d'en déduire les profils d'abondance des molécules citées ci-dessus (hormis CH4). Une comparaison avec les observations précédentes (sonde Voyager et observations au sol) et les prédictions des modèles photochimiques a été réalisée. Enfin, la dernière partie de mon travail de thèse est consacrée à l'étude des rapports isotopiques 13C/12C et 15N/14N dans le HCN, ainsi que le rapport D/H mesuré dans C2H2. Les résultats obtenus pour différentes latitudes, ainsi que leurs implications concernant l'atmosphère de Titan sont présentés.

Afin de progresser dans la compréhension de la structure de vibration-rotation de l'acétylène dans son état électronique fondamental, un modèle global a été développé avec succès pour trois de ses isotopologues, permettant d'attribuer de nouvelles données de spectres enregistrés sous diverses conditions expérimentales. L'ensemble des programmes d'analyse rovibrationnelle globale conçus à l'Université Catholique de Louvain par le Pr. A. Fayt et al. ont été utilisés pour répondre aux demandes de collaborateurs tels que les Prs. A. Campargue, A. Jolly ou encore R. Georges dans le cadre de plusieurs problèmes de type spectroscopique, notamment pour des applications astrophysiques. Le modèle global et son pouvoir prédictif mis ainsi à l'épreuve, nous avons démontré la validité de nos jeux de paramètres pour ces trois molécules. Concernant l'isotopologue principal, $H^{12}C^{12}CH$, 14 nouvelles bandes ont été mises à jour à partir de spectres enregistrés en CRDS à Grenoble par A. Campargue et al. Une analyse rovibrationnelle globale a été effectuée jusqu'à une énergie de 8600 cm$^{-1}$. 10750 raies ont été ajustées simultanément sur les 12137 attribuées dans la littérature. 266 paramètres ont été déterminés par la méthode de moindres-carrés. La déviation standard sans dimension du fit est de 0.92. La bande $ u_{5}$-$ u_{4}$, centrée vers 117 cm$^{-1}$ a été simulée. La valeur du moment de transition associé, $|mu_{5 leftarrow 4}|$, a été estimé à partir des informations existant dans la littérature exploitant par ailleurs les résultats issus du modèle global. 163 nouvelles bandes du $H^{12}C^{13}CH$ ont été analysées bande par bande à partir de spectres enregistrés sur BOMEM DA3.002 FT à Bologne et sur FTS IFS120HR à Bruxelles. Les spectres enregistrés ont été analysés région par région, produisant ainsi plus de 8300 raies de rotation-vibration non encore répertoriées. Elles enrichissent une base de données qui a servi à effectuer une analyse rovibrationnelle globale jusque 9500 cm$^{-1}$. 16250 raies ont été ajustées sur les 18010 disponibles. 317 paramètres ont été déterminés dans le processus de moindres-carrés. La déviation standard sans dimension du fit est de 1.1. Le troisième isotopologue qui a retenu notre attention est le $H^{12}C^{12}CD$. La découverte de cette molécule dans l'atmosphère de Titan a orienté notre travail. Lors de l'analyse globale des niveaux de bending, 4347 raies ont été fittées à l'aide des 62 paramètres endéans la précision expérimentale de 5 10$^{-4}$ cm$^{-1}$. La déviation standard sans dimension du fit est de 0.79. Une simulation des niveaux de bending avec un profil de raie associé a été effectuée permettant la création d'une base de données spectroscopiques contenant 7472 raies et destinée aux astrophysiciens.

Vénus, deuxième planète du système solaire, souvent appelée sœur de la Terre, car présentant des caractéristiques de taille et de masse similaires, est fort différente de notre planète. En effet, son atmosphère est beaucoup plus dense et dynamiquement active que celle de la Terre. Dans ce travail, nous nous concentrerons sur la région s'étendant de 70 km à 180~km d'altitude : la mésosphère et la basse thermosphère. SOIR, acronyme de Solar Occultation in the InfraRed, est un instrument russo-franco-belge embarqué à bord de la mission Venus Express de l'Agence Spatiale Européenne. Il utilise un réseau à échelle comme élément diffractant. La plage de nombre d'onde mesurable par SOIR s'étend de 2200 cm-1 à 4400 cm-1, ou 4.3 µm à 2.2 µm en longueur d'onde. Les ordres de diffraction utiles varient de 101 à 194. Un filtre acousto-optique - AOTF - est utilisé comme passe-bande pour sélectionner les ordres de diffraction. La résolution de l'instrument varie de 0.13 à 0.24 cm-1. Du fait d'un temps de développement raccourci, presque toutes les calibrations de l'instrument ont dû être réalisées en vol. Elles comprennent les calibrations relatives au réseau à échelle (angle exact de Blaze et fonction de Blaze), au détecteur (non-uniformité pixel à pixel, courbe de sensibilité spectrale, relation entre les pixels et les nombres d'onde, résolution de l'instrument, intervalle d'échantillonnage spectral, rapport signal sur bruit, background thermique) et à l'AOTF (relation entre la radio-fréquence d'excitation de l'AOTF et les nombres d'onde, fonction de transfert de l'AOTF). L'approche et la réalisation de ces différentes calibrations sont présentées dans le présent travail. Les caractéristiques de l'instrument y sont également décrites. Un algorithme d'inversion spectrale a été développé pour le cas spécifique de SOIR. Tenant compte du mode de mesure, l'occultation solaire, la méthode de la pelure d'oignons a été implémentée dans un algorithme dit de l'Estimation Optimale. Cette méthode permet d'inverser l'ensemble des mesures spectrales en une fois, et également d'en tirer d'autres informations, comme l'amélioration de certaines caractéristiques instrumentales. Les paramètres qui sont ajustés au sein de l'algorithme sont la densité de la ou des espèces absorbant dans la région spectrale concernée, la température, les paramètres de la ligne de base, qui permettent de déterminer les caractéristiques des aérosols, le déplacement Doppler des raies qui trouve principalement son origine dans la vitesse de déplacement du satellite, et l'amélioration de certaines calibrations. Une étude de sensibilité des différents paramètres de l'algorithme est également présentée, ainsi qu'une évaluation des erreurs instrumentales systématiques. Dans l'ensemble des spectres enregistrés durant les 4 premières années de la mission, des profils verticaux de CO2, CO, H2O, HDO, SO2, H2SO4, HCl et HF ont été obtenus. Des valeurs limites de densité de OCS, H2CO, O3 et CH4 ont également été calculées. Les résultats concernant le dioxyde de carbone sont développés dans le texte. Des profils verticaux de CO2 s'étendant de 70 km à 180 km d'altitude sont analysés en profondeur. Ils sont comparés aux profils dits hydrostatiques, et des hypothèses quant à la dynamique agissant au niveau des deux terminateurs de Vénus sont formulées. / Venus, second planet of the solar system, is often seen as the sister planet of the Earth. In terms of size and mass, they are indeed very similar, but the Venus atmosphere is much thicker and active. The altitude region extending from 70 km to 180~km is studied in this thesis, namely the mesosphere and the lower thermosphere. SOIR, which stands for Solar Occultation in the InfraRed, is a Russian / French / Belgian instrument flying on board of the Venus Express (VEX) spacecraft of the European Space Agency. The diffracting device of SOIR is an echelle grating. The wavenumber region studied ranges from 2200 cm-1 to 4400 cm-1, or 4.3 µm to 2.2 µm in wavelength. The diffraction orders used with SOIR vary from 101 to 194. To select the required echelle grating diffraction order, an Acousto-Optical Tunable Filter - AOTF - is located after the entrance slit of the instrument. The instrument resolution varies from 0.13 to 0.24 cm-1. SOIR was developed in a very short time. Thus, virtually all the calibrations had to be made in-flight. These concern the echelle grating (exact Blaze angle computation, Blaze function), the detector (pixel-to-pixel non-uniformity, spectral sensitivity curve, pixel-to-wavenumber relationship, instrument resolution, spectral sampling interval, signal-to-noise ratio, thermal background) and the AOTF (wavenumber to AOTF frequency relation, AOTF transfer function). The procedure for and the computation of these calibrations are described in this work, as well as the instrument characteristics. A spectral inversion algorithm was developed specifically for the SOIR measurement technique: the solar occultation. The onion peeling method is implemented using the Optimal Estimation Method. It allows the inversion of the spectral data in one go, and also the enhancement of some instrumental characteristics. The algorithm variables are the densities of the species absorbing in the diffraction order, the temperature of the atmosphere under study, the spectral background parameters, that allow the determination of the Venus aerosols characteristics, the Doppler shift (mainly linked to the shift induced by the satellite displacement), and the improvement of some instrumental calibrations. A sensitivity study on the algorithm parameters is also presented, and the instrumental systematic errors are investigated. Vertical profiles of CO2, CO, H2O, HDO, SO2, H2SO4, HCl and HF are derived from the spectra measured during the first 4 mission years. Upper limits on OCS, H2CO, O3 and CH4 have also been calculated. We focus on the carbon dioxide results in the present study. A selection of vertical profiles extending from 70 km to 180 km are analyzed in details. They are compared to the hydrostatic profiles, and propositions concerning the terminators' dynamics are formulated.

Un des buts de l'expérience R704 est l'étude des états $\chi_1$ et $\chi_2$ du charmonium $(c\bar{c)}$ dans leur annihilation J/$\psi$ + photon. Ces états sont formés par interaction d'un jet moléculaire d'hydrogène sur un faisceau refroidi d'antiprotons. L'importance du bruit de fond hadronique conduit à ne s'intéresser qu'aux états finaux électromagnétiques. L'appareillage de détection est essentiellement constitué de deux bras symétriques non magnétiques en deux parties. La première s'intéresse seulement aux particules chargées : mesure de leur direction (chambres à fils scintillateurs) et identification des électrons (Cerenkov). La deuxième forme un calorimètre mesurant la position et l'énergie des photons et électrons (sandwiches plomb-scintillateur chambres proportionnelles à lecture cathodique et mur de verre au plomb). L'analyse des données est fondée sur la reconnaissance d'une paire d'électrons provenant d'un $\Psi$, puis la recherche du photon associé, déduit de la reconstruction de la cinématique de la désintégration du $\chi$. Un ensemble de 32 et 55 événements répondent à ses critères ont été isolés, respectivement pour le \chi_1$ et $\chi_2$, avec un bruit de fond négligeable, permettant d'extraire les valeurs de la masse, la largeur et le rapport de branchement $p\bar{p}$. Ces résultats sont comparés aux prévisions théoriques des modèles inspirés de la chromodynamique quantique (QCD) : les masses sont bien décrites par les méthodes de potentiel et de règles de somme (avec une incertitude de l'ordre de 10 MeV). Les prévisions sur les largeurs (calculées à l'ordre 0 de QCD) ne donnent que l'ordre de grandeur de nos résultats alors que celles concernant les rapports de branchement sont en bon accord avec nos mesures.

La spectroscopie électrochimique d'impédance (SEI) renseigne sur les mécanismes à l'interface électrode-électrolyte, mais ne peut pas identifier la nature des espèces adsorbées à la surface de l'électrode. La spectroscopie Raman est une technique puissante pour la recherche structurale ; elle peut fournir les informations requises au niveau moléculaire, qui sont absentes des mesures de SEI. Le but de ce travail a été de mettre au point la méthode de couplage dynamique de ces deux techniques. Cette nouvelle méthode -La spectro-électrochimie Raman-Impédance- a ensuite été appliquée à l'étude d'un film de polymère conducteur. Le principe de la méthode consiste à analyser le spectre émis par l'interface, et à convertir l'intensité des bandes choisies en une tension électrique. Plusieurs fonctions de transfert ΔV/ΔI, ΔRaman/ΔV, Δ Raman/ΔI ; sont enregistrées simultanément. Les premiers résultats de cette méthode appliquée à l'étude d'un film mince de polyaniline prouvent que l'équilibre acido-basique à l'intérieur du polymère doit être pris en considération sur la base d'un mécanisme cinétique impliquant deux réactions rédox et une réaction chimique.

Les techniques électrochimiques locales comme la microscopie électrochimique à balayage (SECM) permettent, au moyen d'une ultramicroélectrode utilisée comme sonde locale, de caractériser la topographie ou la réactivité locale de la surface d'un substrat. Cependant, il faut noter que la SECM a largement été utilisée dans des conditions stationnaires. L'objectif de ce travail a été de développer la technique SECM en mode courant alternatif (ac-SECM) tant d'un point de vue expérimental que théorique. Le mode ac- SECM a tout d'abord été utilisé pour caractériser un processus électrochimique simple (le ferri/ferrocyanure en solution aqueuse) afin de calibrer la contribution spécifique du transport de matière entre la sonde et le substrat et les processus se déroulant au niveau du substrat. Dans une seconde étape, cette nouvelle approche a été utilisée pour la caractérisation des processus d'adsorption lors de la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) dans une solution d'acide sulfurique. Il a été montré que cette technique permet l'analyse quantitative des processus d'adsorption, et les mesures de la capacité différentielle en fonctionde la fréquence ont pu ête obtenus. La constante de temps pour la relaxation de l'hydrogène adsorbé est d'environ 2 Hz, et l'analyse du diagramme de Nyquist permet une évaluation directe de la charge impliquée. En outre, la comparaison des impédances électrochimique traditionnelles et des résultats de ac-SECM obtenus simultanément permet la caractérisation des processus qui se produisent à la surface et en solution.

L'étude de réactions chimiques, tout comme le calcul de propriétés thermodynamiques, sont des enjeux capitaux de la chimie moderne. L'évolution des instruments et techniques expérimentales permet des mesures de plus en plus précises de ces grandeurs, pour des systèmes de plus en plus complexes. L'intérêt croissant pour l'étude du milieu interstellaire et des atmosphères planétaires se révèle également être un défi très important dans les décennies à venir. Les difficultés rencontrées lors de l'analyse de ces expériences (ou mesures), nécessitent souvent l'intervention de simulations numériques de manière à éclairer ces observations. Une autre utilisation du calcul est de prédire des paramètres moléculaires et spectroscopiques d'espèces instables difficiles à produire au laboratoire. Les outils actuels de la chimie théorique ab initio sont des moyens précieux pour la prédiction et l'interprétation de résultats expérimentaux ou de mesures astrophysiques et atmosphériques. Ces techniques de simulation ont connu des développements importants au cours des dernières décennies. Les progrès récents en matière de calculs d'interaction de configurations de grande taille permettent d'inclure une grande partie de l'énergie de corrélation. Le temps de calcul et la taille mémoire des ordinateurs restent cependant des limites importantes qui ne permettent pas d'effectuer des interactions de configurations totales dans une base suffisamment grande pour contenir la physique des systèmes étudiés au delà de petites molécules. Cet état de fait conduit à s'intéresser à des méthodes moins coûteuses comme celles des perturbations, les interactions de configurations tronquées et le Coupled Cluster, permettant d'inclure une partie de la corrélation électronique à un coût moins élevé en temps de calcul. Ce sont ces méthodes qui ont été utilisées dans ce travail pour déterminer théoriquement les paramètres moléculaires et spectroscopiques des systèmes MgO, MgO+, FeC2, FeC2+ et FeC2- avec le maximum de précision possible.Dans un premier temps, nous avons étudié la molécule MgO. C'est un système de choix car, il permet de s'initier aux méthodes de calcul ab initio sur les systèmes moléculaires les plus simples (diatomiques), de tester et de comprendre ces méthodes (différentes approximations, validité, précision, ...) et de bien interpréter les résultats obtenus (formation de la liaison chimique et des états moléculaires, leur symétrie, leurs couplages, leur stabilité, leur spectroscopie, ...) surtout qu'il a fait l'objet de plusieurs études théoriques et expérimentales. Pour profiter de notre savoir-faire pour les molécules diatomiques nous avons étudié le système MgO+ qui a fait l'objet de notre deuxième article que sera présenté en annexe.Dans un second temps, nous avons visé les systèmes moléculaires de type FenCm afin de comprendre la croissance et la dynamique des nanotubes de carbone catalysée par le Fer. Le système diatomique FeC fait l'objet de plusieurs études théoriques et expérimentales. La plus récente est celle fourni par Demeter Tzeli et Aristides Mavridi. Cette étude théorique a caractérisé son état fondamental ainsi que les 40 états électroniques les plus bas, à toutes les distances internucléaires jusqu'à la dissociation, et d'autre part de fournir des données spectroscopiques d'une précision comparable à celle donnée par l'expérience. Pour les systèmes d'ordre supérieur, confronté par le problème que ces petits systèmes moléculaires constitués de Fer et de Carbone ont des structures électroniques très compliquées, notre étude s'est limitée à l'étude des systèmes FeC2, FeC2+ et FeC2-.

Le spectromètre INTEGRAL/SPI a été conçu pour observer le ciel dans la bande d'énergie de<br />20 keV à 8 MeV. La spécificité de l'instrument SPI repose sur l'excellente résolution spectrale<br />(2,3 keV à 1 MeV) de son plan détecteur, composé de 19 cristaux en germanium refroidis,<br />couvrant une surface utile de 508 cm2. L'utilisation d'un masque codé, placé à 1,7 m au-dessus<br />du plan de détection lui assure un pouvoir séparateur de 2,5 degrés.<br />Ce travail de thèse, débuté avant le lancement d'INTEGRAL, se décompose en deux parties.<br />La première partie concerne l'analyse des données d'étalonnage du spectromètre. L'objectif était<br />de mesurer et de vérifier les performances du télescope, mais surtout de valider les simulations<br />de la réponse instrumentale de INTEGRAL/SPI. Cet objectif a été atteint. Cette analyse met aussi<br />en évidence la présence d'un bruit de fond instrumental important. La deuxième partie, quant à<br />elle, se concentre sur le traitement de données issues d'observations dans la région des Voiles.<br />Deux thématiques astrophysiques sont abordées, par la recherche :<br />– de raies de décroissance radioactives du titane-44, élément de nucléosynthèse explosive,<br />dans le vestige de supernova de Vela Junior et,<br />– de raies d'absorption cyclotron attendues vers 25 keV et 52 keV dans le spectre du pulsar<br />accrétant de l'étoile binaire X, Vela X-1.<br />À ce stade, sur la base des résultats obtenus précédemment par COMPTEL, la non-détection<br />des raies du titane-44 par SPI implique une limite inférieure de 4500 km·s−1 sur la vitesse<br />des éjecta de Vela Junior. En ce qui concerne Vela X-1 et la recherche des raies cyclotron, il<br />est montré que les résultats sont très sensibles au bruit de fond instrumental. Des études plus<br />approfondies seront nécessaires pour garantir une détection sans ambiguïté de ces raies.

Cette thèse décrit la conception d'un spectromètre portable pour des mesures spectrales, dans le visible et l'infrarouge proche, de cibles telles que la végétation et l'atmosphère. L'instrument est une version statique du spectromètre a transformé de Fourier (FTS) où le miroir mobile est remplacé par un miroir fixe incliné (FTS holographique, HFTS) ou par un réseau en montage de Littrow (FTS holographique hétérodyne, HHS, souvent appelé spectromètre hétérodyne spatial, SHS). L'instrument bénéficie d'un concept mécanique plus simple et plus robuste qu'un FTS a balayage classique, ainsi que d'une consommation énergétique considérablement réduite. Ce sont des avantages importants pour un instrument portable.

Cette thèse présente trois algorithmes de séparation de sources. Le premier, l'algorithme PAJOD (Partial Approximative Joint Diagonalization), considère que la matrice de la réponse impulsionnelle du canal est une matrice para-unitaire. Cette hypothèse est vérifiée lorsque les observations ont été préalablement blanchies. Le problème peut être alors réduit en une diagonalisation partielle et conjointe (donc approximative) d'un ensemble de matrices contenant les multi-corrélations cumulantes des observations. Cependant, dans un souci de simplification, l'algorithme PAJOD retourne une matrice semi-unitaire et non para-unitaire. Cela nous mène au deuxième algorithme qui est l'algorithme PAFA (PAra-unitary FActorisation). Cet algorithme se base sur la même hypothèse de blanchiment des observations mais, contrairement à PAJOD, utilise une factorisation exacte des matrices para-unitaires afin d'obtenir la matrice réponse impulsionnelle de l'égaliseur sous forme para-unitaire. Tout comme PAJOD, le critère utilisé pour cette factorisation para-unitaire utilise les multi-corrélations cumulantes des observations. Le dernier algorithme APF (Alphabet Polynomial Fitting) est différent des deux premiers dans le sens où il ne considère pas le canal comme para-unitaire et a par ailleurs connaissance des modulations employées. La connaissance des modulations permet entre autres de pouvoir extraire des signaux de modulations connues à partir d'un mélange instantané ou convolutif. En effet, si tous les signaux émis utilisent des modulations différentes, il est ainsi possible d'extraire un à un les signaux. Pour cela, l'algorithme effectue une extraction par déflation régie par la maximisation d'un critère de contraste adapté à chaque modulation.