Les sursauts gamma se divisent entre sursauts courts, issus de la coalescence de deux objets compacts, et sursauts longs, issus de l'effondrement d'une étoile très massive de type Wolf-Rayet. Ce phénomène cataclysmique produit un jet ultra-relativiste. La dissipation de l'énergie au sein de ce jet est à l'origine d'une bouffée de photons gamma (keV-GeV) d'une durée moyenne de 10 s que l'on nomme émission prompte. Elle est suivie d'une phase d'émission rémanente détectable en X, en optique et en radio qui est visible de quelques secondes après le sursauts à quelques jours voir semaines et provient de la dissipation de l'énergie du jet dans le milieu environnant. Il s'agit des événements transitoires les plus lumineux que nous connaissons ce qui permet de les détecter jusqu'à des valeurs de décalage cosmologique (redshift) de l'ordre de 8-9. Cela permet l'exploration du diagramme de Hubble à grand redshift qui reste encore mal connu. Mais pour cela, il est nécessaire de standardiser ces sources astrophysiques afin de calibrer leur luminosité. Diverses relations, liant la luminosité des sursauts gamma à un paramètre indépendant de la cosmologie, ont été mises en évidence permettant de transformer les sursauts en " chandelles standards ". Au cours de cette thèse, nous avons étudié ces relations afin d'apporter un éclairage nouveau sur la façon dont elles sont affectées par divers effets de sélection instrumentaux. Les relations spectrales lient la luminosité isotropique ou l'énergie isotropique à l'énergie du maximum spectral de l'émission prompte. Nous avons montré que la combinaison de deux effets de sélection (détection puis mesure du redshift) permettait d'expliquer les contradictions entre les études reposant sur les sursauts avec redshift et celles incluant les sursauts sans redshift. Cela a conduit à la mise en évidence d'un lien entre l'émission prompte en gamma et l'émission rémanente en optique. Nous nous sommes également intéressé à l'une des relations temporelles, celle reliant Liso au délai spectral. Ce paramètre correspond à la différence entre le temps d'arrivée des photons de hautes et de basses énergies. Après avoir développé notre propre méthode de calcul de cette quantité, nous avons obtenu des résultats intéressants sur les distributions de ce paramètre et son lien avec l'évolution spectrale au sein des sursauts gamma. Nous avons également mis en évidence l'existence d'effets de sélection impactant cette relation et compromettant son usage pour la cosmologie. Plus généralement, cette thèse a permis de mettre en évidence la complexité de la standardisation des sursauts gamma qui ne peut être faites de manière aussi simple que celle utilisée jusqu'à présent. Nous avons montré qu'une étude détaillée des effets de sélection qui affectent ces relations de standardisation est un préalable indispensable avant toute utilisation de ces dernières à des fins cosmologiques. / GRBs are divided between short bursts, resulting from the coalescence of two compact objects, and long bursts, resulting from the collapse of a very massive star (Wolf-Rayet type). This cataclysmic phenomenon produces an ultra-relativistic jet. Energy dissipation in this jet produces flashes of gamma photons (keV-GeV) with an average duration of 10 seconds which is called prompt emission. It is followed by a detectable afterglow phase in X, optical and radio band which is visible from a few seconds after the bursts to several days or weeks and results from the dissipation of the energy contained in the jet into the surrounding medium. They are the most luminous transient events that we know, which can be detected up to redshifts of about 8-9. Being so bright, GRBs may allow the exploration of the Hubble diagram at high redshift, which is still poorly understood. To do this, it is however necessary to standardize these astrophysical sources and calibrate their brightness. Various relationships linking the intrinsic luminosity of GRBs with a parameter independent from cosmology have been highlighted allowing GRBs standardization. To achieve this goal, it is necessary to assess whether the observed correlations represent an intrinsic property of GRBs. In this thesis, we study selection effects to understand their impact on several relations which have been used to standardize GRBs. Spectral relationships connect the isotropic brightness or isotropic energy, and the peak energy of the prompt emission. We show that a combination of two selection effects, respectively associated with the GRB detection and the measure of their redshift, explains the contradiction between studies based on GRBs with a redshift and studies based on larger samples of GRBs without a redshift. Our study led us to discover a link between the prompt gamma emission and the optical afterglow that is a first step to understand the link between these two phases of the gamma-ray burst emission. Among the second category of relations, we focused on the relation between the luminosity and the spectral lag of the prompt emission. This parameter corresponds to the difference between the times of arrival of GRB photons at high and low energies. We developed our own method for the measure of the spectral lag, which led us to discuss the distribution of this parameter and its relationship to the spectral evolution within GRBs. We also confirmed the existence of selection effect affecting this relationship and compromising its use for cosmology. This thesis highlights the strong impact of observational selection effects on the relations which have been proposed for GRB standardization. We conclude that the study of selection effects is essential to understand if the relations proposed for the standardization of GRBs are intrinsic or due to selection effects, and if they can be used for cosmological purposes.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la mission Sino-française SVOM (Space-based multi-band Variable Object Monitor) dédiée à l'étude des sursauts gamma à l'horizon 2020. Ces explosions cosmologiques très intenses apparaissent aléatoirement sur le ciel comme des bouffées de photons très brèves (de quelques milli-secondes à quelques minutes). Ils sont engendrés par la formation catastrophique de trous noirs dans le cœur de certaines étoiles massives en effondrement gravitationnel ou par la coalescence de deux objets compacts et se caractérisent par de puissants jets ultra-relativistes orientés vers la Terre. SVOM permettra d'étudier la nature des progéniteurs, les mécanismes d'accélération des particules et les processus d'émission associés, la géométrie des jets et leurs compositions. Le satellite implémentera une charge utile multi-longueur d'onde dont le cœur sera la caméra grand-champ à masque codé, ECLAIRs, en charge de la détection et de la localisation des sursauts gamma entre 4 et 150 keV. Ma thèse a pour objectif de caractériser les performances scientifiques des modules de détection XRDPIX (i.e. un hybride de 8x4 détecteurs couplés à une électronique bas bruit) qui paveront le plan de détection, DPIX, de la caméra. Pour ce faire, je discute ma méthodologie pour caractériser les impacts des paramètres instrumentaux sur les performances des XRDPIX en me basant sur les résultats des nombreuses campagnes de tests que j'ai menées sur plusieurs modules au moyen d'un banc de test vide-thermique dédié et de sources radioactives. J'étudie la contribution des différentes sources de bruit en développant un modèle me permettant de contrôler la qualité du processus d'hybridation des détecteurs avec leur électronique de proximité. Je délimite la zone de fonctionnement optimale pour le vol des modules de détection en étudiant statistiquement l'impact des différents paramètres instrumentaux sur leur bruit et leur efficacité de comptage. Je mets en évidence l'apparition de comportements instables sur quelques voies dans certaines configurations. Je discute le protocole expérimental mis en place pour caractériser la nature de ces instabilités ainsi que les solutions envisagées. J'optimise les critères de sélection des détecteurs pour le modèle de vol à partir de mesures spectroscopiques et de courant de fuite effectuées sur une population de 12000 détecteurs. Finalement, je présente les résultats d'essais réalisés à l'accélérateur TANDEM pour caractériser l'impact des particules chargées (protons de 20 MeV et particules alpha de 30 MeV) sur la chaine électronique d'ECLAIRs. / Gamma-ray bursts (GRBs) are short and very intense flashes of X-/gamma-ray photons lasting from few milliseconds to hundreds of seconds appearing randomly over the sky. These cosmological events are thought to be due to the catastrophic formation of newly formed black holes following the collapse of some massive stars or after the coalescence of two compact objects and resulting in the launch of powerful ultra-relativistic jets orientated towards the Earth. The Sino-French mission SVOM (Space-based multi-band Variable Object Monitor) is dedicated to the study of these extreme and fascinating transient events and expected to be launched in 2020s. The satellite will implement a multi-wavelength science payload amongst which the core will be the large-field coded-mask camera ECLAIRs in charge of the detection and the localisation of GRBs in the 4-150 keV range. The ECLAIRs detection plane, DPIX, is made of 80x80 Schottky CdTe semi-conductor detectors and the front-end electronics. During my PhD, I mainly worked on the characterization of the scientific performance of the elementary detection modules called XRDPIX (i.e. a hybrid made of 8x4 detectors coupled with a low-noise ASIC) that will paved the DPIX. The main goal is then to derive the best suitable choice of the instrumental parameters in order to optimize the camera in-flight performance. In the manuscript, I discuss the methodology I used to explore the instrument parameter space. I describe the various testing protocoles that I created and the different tests that I performed using several XRDPIX modules in a thermal-vacuum chamber and irradiated with radioactive sources. I discuss in detail the results and the various observables that I used to define the optimal in-flight operating zone of the detection plane. I also study the contribution of the different noise sources coming from the detectors and the electronic chain with a model I designed in order to control the quality of the hybridization process. I also highlight evidence for instable behaviors of some XRDPIX channels. I describe the experiments performed in order to investigate their nature and I discuss the possible solutions to mitigate their impacts of the overall XRDPIX performance. Finally, I study the impact of particles on the ECLAIRs X/?-ray camera electronic chain.

La présente thèse porte sur quatre aspects différents de l’astronomie des hautes énergies.La première partie de ma thèse est dédiée à un développement instrumental pour les télescopes Cherenkov imageurs, le système de déclenchement de niveau 2 du télescope de 28 mètres du réseau H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Mon travail s’est focalisé sur l’invention d’algorithmes et les simulations Monte-Carlo du système de déclenchement, ainsi que la comparaison de la reconstruction au niveau de la carte de déclenchement à la reconstruction ”hors-ligne” (Moudden,Barnacka, Glicenstein et al. 2011a; Moudden, Venault, Barnacka et al. 2011b). Je décris le système et j’évalue ses performances.Le réseau H.E.S.S. a observé le blazar PKS1510-089. La deuxième partie de ma thèse traite de l’analyse des données et la modélisation de l’émission large bande de ce blazar. C’est un exemple de quasar radio à spectre plat (FSRQ), pour lequel il n’est attendu aucune émission aux très hautes énergiesJ’ai modélisé les données observées pendant un "flare” de PKS1510-089. Ce modèle est basé sur un scénario de choc interne à une zone.Le troisième chapitre de ma thèse est une étude d’un autre phénomène affectant potentiellement les blazars observés par FERMI-LAT: l’effet de lentille gravitationnelle fort. Cette partie de ma thèse montre le premier indice de présence d’un effet de lentille gravitationnelle dans le domaine des photons de haute énergie. Cet indice provient de l’observation d’un écho dans la courbe de lumière du blazar distant PKS1830-211, qui est une lentille gravitationnelle connue. Les méthodes d’estimation des retards temporels dans les systèmes de lentille gravitationnelles reposent sur la corrélation croisée des courbes de lumière individuelles. Dans l’analyse présentée dans cette thèse, j’ai utilisé des photons de 300 MeV à 30 GeV détectés par l’instrument FERMI-LAT. L’instrument FERMI-LAT ne peut pas séparer spatialement les images des lentilles gravitationnelles fortes connues. La courbe de lumière observée est donc la superposition des courbes de lumière des images individuelles. Les données du FERMI-LAT ont l’avantage d’être des séries temporelles régulièrement espacées,avec un bruit de photons très bas. Cela permet d’utiliser directement les méthodes de transformées de Fourier. Un retard temporel entre les images compactes de PKS1830-211 a été recherché par deux méthodes : une méthode d’auto-corrélation et la méthode du ”double spectre”. La méthode du double spectre fournit un signal de 27 ± 0.6jours (statistique) avec une significativité de 4.2 σ. Ce résultat est compatible avec ceux de Lovell et al (1998) et Wiklind et Combes (2001).La dernière partie de ma thèse est consacrée à un effet de lentille différent, le ”femtolensing”. La recherche d’effets de femtolensing a été utlisée pour obtenir des limites sur l’abondance de trous noirs primordiaux. Celle-ci a été contrainte de manière significative dans un large domaine de masses. Les limites les moins contraignantes ont été établies pour les objets de faible masse, pour lesquels la détection représente un défi expérimental. J’ai utilisé les sursauts gamma de redshift connus d´etectés par le Fermi Gamma Ray Burst Monitor (GBM) pour rechercher d’éventuels effets de femtolensing produits par des objets compacts sur la ligne de visée. L’absence de ces effets de femtolensing montre que des trous noirs primordiaux de masse comprises entre 5×10^17 et 10^20 g ne constituent pas une fraction importante de la matière noire. J’ai effectué mes études de thèse en co-tutelle entre le Centre Astronomique Nicolaus Copernicus de l’académie des sciences polonaise, à Varsovie et l’Institut de Recherches sur les Lois fondamentales de l’Univers du CNRS à Saclay, en France. / This thesis presents the study of four aspects of high energy astronomy.The first part of my thesis is dedicated to an aspect of instrument development for imaging atmospheric Cherenkov telescopes, namely the Level 2 trigger system of the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.). My work on the project focused on the algorithm development and the Monte Carlo simulations of the trigger system and overall instrument (Moudden, Barnacka, Glicenstein et al. 2011a; Moudden, Venault, Barnacka et al. 2011b). The hardware implementation of the system is described andits expected performances are then evaluated. The H.E.S.S. array has been used to observe the blazar PKS 1510-089.The second part of my thesis deals with the data analysis and modeling of broad-band emission of this particular blazar. In part II of my thesis, I am presenting the analysis of the H.E.S.S. data: the light curve and spectrum of PKS 1510-089, together with the FERMI data and a collection of multi-wavelength data obtained with various instruments. I am presenting the model of PKS 1510-089 observations carried out during a flare recorded by H.E.S.S.. The model is based on a single zone internal shock scenario.The third part of my thesis deals with blazars observed by the FERMI-LAT, but from the point of view of other phenomena: a strong gravitational lensing. This part of my thesis shows the first evidence for gravitational lensing phenomena in high energy gamma-rays. This evidence comes from the observation of a gravitational lens system induced echo in the light curve of the distant blazar PKS 1830-211. Traditionalmethods for the estimation of time delays in gravitational lensing systems rely on the cross-correlation of the light curves from individual images. In my thesis, I used 300 MeV-30 GeV photons detected by the Fermi-LAT instrument. The FERMI-LAT instrument cannot separate the images of known lenses. The observed light curve is thus the superposition of individual image light curves. The FERMI-LAT instrument has the advantage of providing long, evenly spaced, time series with very low photonnoise. This allows to use directly Fourier transform methods. A time delay between the two compact images of PKS 1830-211 has been searchedfor both by the autocorrelation method and a new method: the “double power spectrum”. The double power spectrum shows a 4.2 σ evidence for a time delay of 27.1±0.6 days (Barnacka et al. 2011), consistent with the results from Lovell et al. (1998) and Wiklind & Combes (2001).The last part of my thesis concentrates on another lensing phenomena called ”femtolensing”. The search for femtolensing effects has been used to derive limits on the primordial black holes abundance. The abundance of primordial black holes is currently significantly constrained in a wide range of masses. The weakest limits are established for the small mass objects, where the small intensity of the associated physical phenomenon provides a challenge for current experiments. I have usedgamma-ray bursts with known redshifts detected by the FERMI Gamma-ray Burst Monitor (GBM) to search for the femtolensing effects caused by compact objects. The lack of femtolensing detection in the GBM data provides new evidence that primordial black holes in the mass range 5 × 10^17 – 10^20 g do not constitute a major fraction of dark matter (Barnacka et al. 2012). My Ph.D. studies have been carried out jointly between the Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences, in Warsaw in Poland and the IRFU institute of the Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives(CEA) Saclay in France.

Les sursauts gamma sont des phénomènes cosmologiques très brefs (de quelques millisecondes à plusieurs centaines de secondes), extrêmement intenses et énergétiques: l'énergie émise est reçue essentiellement autour de quelques centaines de keV. Depuis leur découverte à la fin des années soixante par les satellites américains de la série VELA, le mécanisme d'émission des sursauts gamma reste en partie inconnu aux astrophysiciens. Depuis 30 ans, ces phénomènes sont sources de surprises, interrogations, avancés technologiques, physiques, théoriques. Le satellite HETE-2, lancé en Octobre 2000, est dédié à l'observation des sursauts gamma dans une large gamme d'énergie s'étendant de 2 keV à 400 keV. L'instrument principal, le détecteur gamma FREGATE (6--400 keV), fut construit par le CESR à Toulouse. Je présente dans cette thèse l'étude spectrale de 64 sursauts gamma détectés par HETE-2 entre Octobre 2000 et Avril 2004. En particulier, HETE-2 confirma l'existence de sursauts ``mous'', précédemment découverts par le satellite Beppo SAX. Deux classes de sursauts ont été définis: les X-Ray Flash et les sursauts X-Ray Rich qui sont issus avec les sursauts gamma ``classiques'' d'un unique phénomène dont la gamme d'énergie s'étend de quelques keV à quelques MeV (en incluant les sursauts les plus énergétiques détectés par BATSE, expérience qui de 1991 à 2000 recueilli avec succès de nombreuses données sur les sursauts gamma). En mettant en commun les données de FREGATE et de la WXM (instrument X de HETE-2 dont la gamme d'énergie est comprise entre 2 keV et 25 keV), j'ai étudié les spectres dans une gamme d'énergie particulièrement large et qui se situe à basse énergie (2--400 keV). Cette gamme d'énergie m'a permis d'étudier en détails les spectres de ces sursauts mous, qui représentent approximativement les trois quart de l'échantillon total des sursauts détectés par HETE-2. J'ai montré que ces sursauts étaient simplement des sursauts gamma mous, avec les mêmes caractéristiques temporelles et spectrales que les sursauts gamma de BATSE. J'ai ensuite étudié un modèle théorique simplifié des chocs internes qui explique l'émission prompte des sursauts gamma. Ce modèle, aujourd'hui accepté par la majorité de la communauté met en jeu l'émission d'un vent relativiste au sein duquel se forment des chocs: les chocs internes qui, par émission synchrotron principalement, émettent des photons gamma de hautes énergies, formant l'émission prompte. Cette étude m'a permis, à partir de simulations numériques de générer un nombre important de sursauts gamma synthétiques. En utilisant les contraintes déterminées des caractéristiques spectrales des sursauts X-Ray Flashes et X-Ray Rich observés par HETE-2, j'ai déterminer les principales caractéristiques intrinsèques du modèle qui permettent de produire des X-Ray Flashes.

Antares est un projet de télescope à neutrinos qui sera placé au large de Toulon, à 2500 m de profondeur. L'interaction d'un neutrino avec la matière produit un muon dont la lumière Cerenkov, émise lors de sa propagation, est détectée par 900 photomultiplicateurs répartis sur 12 lignes. Les sursauts gamma (GRB) sont des phénomènes cosmiques violents, observés une fois par jour. Dans le modèle du Boulet de Canon le sursaut est produit par l'interaction d'un jet, composé de boulet de canon (CB), avec le reste d'une supernova (SNR). Des chocs se propagent vers l'avant (dans le SNR) et vers l'arrière (dans le CB), aux abords desquels, <br />les neutrinos sont produits. Une estimation de la production de neutrinos est donnée et, est étudiée sur un large espace des paramètres. Pour un GRB typique, entre 0,002 et 0,3 $\nu_{\mu}$ cm$^2$ sont produits. Selon les angles de vue, Antares pourra détecter entre 1 et 10 $\nu_{\mu}$ par an, en corrélation avec les GRB. <br />Le bruit de fond optique ambiant a été enregistré par le prototype d'une ligne d'Antares. L'analyse porte sur l'influence du bruit de fond sur le détecteur ainsi que sur l'activité des organismes qui en sont responsables. Par exemple il apparaît une périodicité entre 17,6 et 20,4 h compatible avec celle des mouvements des masses liquides imposés par la force de Coriolis à la latitude d'Antares.

Les Sursauts de Rayonnement Gamma (GRBs) sont des flashs émanant du cosmos qui sont classés en deux groupes : les longs/doux et les courts/durs. Le lancement du satellite Swift a ouvert une nouvelle ère dans la recherche sur les GRBs. Cette thèse présente une étude détaillée du GRB 141221A qui montre une forte et inhabituelle hausse des valeurs des courbes de lumière dans le domaine optique lors de l'émission rémanente alors que dans le domaine des rayons X ces valeurs sont plus normales. GRB 141221A est un des GRBs qui mettent à l'épreuve les modèles car il exclut tout vent stellaire du progéniteur. Un regroupement des courbes de lumière dans le domaine X lors de l'émission rémanente GRBs a été observé avant le lancement de Swift. Cette classification a été débattue après le lancement de Swift. Nous avons construit un échantillon de 254 GRBs qui montre un éparpillement des distributions du flux à un jour. Cette distribution a été normalisée avec un décalage vers le rouge de 1. Nous avons investigué ce problème selon trois directions: un problème instrumental, un problème de calibration des données ou l'absence de regroupement. Coté instrument, le problème pourrait être observationnel, nous avons en effet observé des effets saisonniers durant les solstices et les équinoxes. Coté calibration des données, un tel problème pourrait avoir une influence sur les résultats de l'étude. La comparaison entre analyse manuelle et automatique des données telle que disponible sur le dépôt Swift-XRT montre de sérieux aléas sur les résultats. Les cas où l'analyse manuelle est judicieuse sont exposés. La dernière possibilité de l'absence de regroupement pourrait être un effet de sélection. / GRBs are ashes of gamma-rays coming from cosmos. They are one of the most mysteriousevents we have been able to observe since their discovery. GRBs are classified into two groups: long/soft GRBs and short/hard GRBs. Their emission mechanism consists of two phases: prompt emission and afterglow emission. The launch of the Swift satellite opened a New Era in the GRBs research. Swift is able to provide accurate position for more GRBs than previous missions, thanks to its fast capabilities of slewing. Furthermore, the Swift shows that GRBs have a canonical behaviour for the X-ray afterglow light curves. The data analysis process remains the key point of GRBs studies. I present a detailed study of the peculiar GRB 141221A at different wavelengths. GRB 141221A shows an unusual steep rise in the optical light curve of the afterglow. The broad band spectral energy distribution, taken near the maximum of the optical emission, presents either a thermal component or a behaviourbreak. This burst displays unusual feature in the optical band, whereas the X-ray data is more common. GRB 141221A is one of the challenging bursts that excludes a stellar wind from the progenitor of the GRBs. A clustering in the X-ray afterglow light curves was observed before the launch of the Swift satellite. This feature has been debated after the launch of the Swift. We have built a sample which consists of 254 GRBs that shows a scattering of the data for the flux distribution at one day. This distribution was investigated with a normalization of light curves at redshift one. We have investigated the problem into three different directions

Je présente ma thèse sur l'analyse des ondes gravitationnelles dans les deux domaines suivants. Pour le premier il s'agit de vérifier que les collaborations LIGO et Virgo sont prêtes pour la détection d'un fond gravitationnel stochastique astrophysique pendant l'ère des détecteurs avancés qui va démarrer à l'été 2015. Pour le deuxième il s'agit de poursuivre l'étude du potentiel scientifique, notamment pour l'astrophysique et la cosmologie, d'un détecteur de troisième génération, le Einstein Telescope. Dans les deux cas, j'utilise des "mock data and science challenges" qui consistent à simuler Les données des détecteurs gravitationnels contenant un grand nombre de sources distribuées de façon réalistes dans l'espace des paramètres. / Here I present my thesis investigating gravitational-wave data analysis in the following two areas. The first is to test the readiness of the LIGO-Virgo collaborations to the advanced detector era, which will begin in the summer of 2015, to make a detection of an astrophysical stochastic gravitational-wave background. The second is to continue an investigation into the science potential of a conceived, third generation gravitational-wave detector, the Einstein Telescope, in terms of astrophysics and cosmology. Both of these are conducted with the use of mock data and science challenges which consists of the production of expected gravitational-wave detector data, containing a large number of sources, that are simulated using realists distributions.

Les sursauts gamma sont des événements fascinants de par leur origine longtemps restée mystérieuse, leur apparition imprévisible dans le ciel, et la formidable énergie qu'ils libèrent sous forme de bouffées de rayonnement gamma. Découverts fortuitement au début des années 1970, ils se traduisent par un intense flash de rayons gamma de brève durée (de quelques ms à quelques min), appelé émission prompte, suivi d'une émission longue, appelée rémanence, qui décroît rapidement, en émettant depuis les rayons X jusqu'au domaine radio. L'origine des sursauts gamma est encore largement discutée mais ces phénomènes extrêmes sont très vraisemblablement associés à la formation de nouveaux trous noirs stellaires. Mon sujet de thèse se situe au coeur de la mission sino-française SVOM dont le lancement du satellite est prévu en 2021, qui scrutera le ciel pour observer les sursauts avec une précision inégalée, associant observations spatiales et terrestres. Mon travail concerne l'instrument principal de la mission, le télescope spatial ECLAIRs. Il s'agit d'une caméra à masque codé sensible aux rayons X et gamma de basse énergie, en charge de la détection et de la localisation de l'émission prompte des sursauts. Durant mon travail de thèse, j'ai travaillé sur les performances scientifiques de l'instrument ECLAIRs et j'ai en particulier estimé le nombre de sursauts qui seront détectés et leurs caractéristiques. Pour cela, j'ai mis en place des simulations de performances utilisant les prototypes des algorithmes de détection embarqués combinés au modèle de l'instrument ECLAIRs. Les données en entrée des simulations comportent un bruit de fond simulé, et une population synthétique de sursauts gamma générée à partir de catalogues existants issus des observations des missions antérieures (CGRO, HETE-2, Swift et Fermi). Mon étude a permis d'estimer finement l'efficacité de détection d'ECLAIRs et prédit un taux de sursauts attendu par ECLAIRs entre 40 et 70 sursauts par an. Par ailleurs, mon travail a montré qu'ECLAIRs sera particulièrement sensible à une population de sursauts très riches en rayons X, population encore mal connue. Ma thèse présente plusieurs autres études complémentaires portant sur la performance de localisation, le taux de fausses alertes et les caractéristiques des déclenchements des algorithmes. Enfin, j'ai proposé deux nouvelles méthodes originales de détection de sursauts dont les résultats préliminaires présentés dans ma thèse sont très encourageants. Ils montrent que la sensibilité d'ECLAIRs aux sursauts courts (population d'intérêt particulier en raison de son lien attendu avec les ondes gravitationnelles) peut être encore améliorée. / Discovered in the early 1970s, gamma-ray bursts (GRBs) are amazing cosmic phenomena appearing randomly on the sky and releasing large amounts of energy mainly through gamma-ray emission. Although their origin is still under debate, they are believed to be produced by some of the most violent explosions in the Universe leading to the formation of stellar black-holes. GRBs are detected by their prompt emission, an intense short burst of gamma-rays (from a few millisecondes to few minutes), and are followed by a lived-afterglow emission observed on longer timescales from the X-ray to the radio domain. My thesis participates to the developement of the SVOM mission, which a Chinese-French mission to be launched in 2021, devoted to the study of GRBs and involving space and ground instruments. My work is focussed on the main instrument ECLAIRs, a hard X-ray coded mask imaging camera, in charge of the near real-time detection and localization of the prompt emission of GRBs. During my thesis, I studied the scientific performances of ECLAIRs and in particular the number of GRBs expected to be detected by ECLAIRs and their characteristics. For this purpose, I performed simulations using the prototypes of the embedded trigger algorithms combined with the model of the ECLAIRs instrument. The input data of the simulations include a background model and a synthetic population of gamma-ray bursts generated from existing catalogs (CGRO, HETE-2, Fermi and Swift). As a result, I estimated precisely the ECLAIRs detection efficiency of the algorithms and I predicted the number of GRBs to be detected by ECLAIRs : 40 to 70 GRBs per year. Moreover, the study highlighted that ECLAIRs will be particularly sensitive to the X-ray rich GRB population. My thesis provided additional studies about the localization performance, the rate of false alarm and the characteristics of the triggers of the algorithms. Finally, I also proposed two new methods for the detection of GRBs.The preliminary results were very promising and demonstrate that the sensitivity of ECLAIRs to the short GRBs (an interesting population due to the predicted association with gravitational waves) could be improved further.

SVOM est une mission spatiale franco-chinoise qui sera lancée à la fin de l’année 2021. Son objectif est d’étudier les sursauts gamma et autres sources transitoires du ciel X et gamma. Les sursauts gamma sont des explosions cosmiques brèves et très énergétiques permettant leurs détections à des distances extrêmes. Ils apparaissent de manière aléatoire sur tout le ciel et émettent de la radiation dans une large gamme de longueurs d’ondes, allant de l’émission en infrarouge jusqu’aux rayons gamma. SVOM, qui évoluera en orbite basse autour de la Terre, sera composé de quatre instruments, sensibles du domaine visible aux rayons gamma, et sera couplé à des télescopes situés sur Terre qui effectueront des observations complémentaires dans les longueurs d’ondes allant du visible à de l’infrarouge. Le travail que je présente dans cette thèse est basé sur l’étude des performances du télescope MXT, dont l’optique est inspirée du principe de fonctionnement des “yeux des langoustes”. Elle sera mise en place pour la première fois dans le cadre de télescopes X, nécessitant donc de comprendre la réponse de cette optique. MXT est chargé d’observer, la contrepartie qui suit les sursauts gamma, dite émission rémanente, dans la gamme des rayons X entre 0,2 et 10 keV. Il joue un rôle clé dans la localisation précise de ces sources astrophysiques afin de transmettre, en temps réel, leurs positions aux télescopes situés au sol, qui observeront à leur tour, rapidement et précisément, le phénomène. Au cours de mon travail de thèse, j’ai mis en place un simulateur d’observation de MXT qui m’a permis d’estimer et d’étudier les performances attendues de l’instrument au cours de la mission. J’ai également développé des algorithmes de localisation qui seront implémentés à bord du satellite. Ceux-ci m’ont ensuite permis de tester les capacités de localisation de MXT à partir d’une base de données des rémanences de sursauts gamma et de montrer que 50% de ces rémanences seront localisées plus précisément que la minute d’arc. J’ai enfin appliqué une partie de mes modélisations numériques dans le cas de sources d’ondes gravitationnelles afin d’évaluer la détection des contreparties X d’étoiles à neutrons binaires. / SVOM is a Sino-French space mission to be launched at the end of 2021. Its objective is the study of gamma-ray bursts (GRBs) and other transient high energy sources. These GRBs are very powerful cosmic explosions that can be detected at extreme distances. They appear randomly on all the sky and emit radiation in a wide wavelength range, from the infrared emission to gamma rays. SVOM space mission will shed new light on the physical phenomena associated to GRBs by detecting and observing them in real time over a wide energy range. The satellite, which will be injected on a low Earth orbit, will carry four instruments sensitive from the visible to the gamma-ray domain. Ground based telescopes will complement the space borne ones and will allow for follow-up observations from the visible to the infrared band. The MXT instrument, whose optics are based on the “lobster eyes” principle, will observe GRBs soft X-rays counterparts (afterglows) between 0.2 and 10 keV. This optics will be used for the first time for an X-ray telescope which means to characterize this optics. MXT will play a key role in the localization of these astrophysical sources that will be transmitted, in real time, to ground based instruments allowing for fast and precise observations. During my thesis, I developed an MXT observation simulator in order to predict the performances of the instrument during the mission. I also developed localization algorithms to be implemented on board the SVOM satellite and made use of the state of the art knowledge about X-ray afterglows in order to predict the localization capabilities of MXT. I demonstrated thaht 50% of these afterglows will be localized with a better precision than the arc-minute. I finally applied my simulation tools in the case of gravitational wave sources and, in particular, to assess the capabilities of MXT to observe bright X-ray counterparts of binary neutron star mergers.

Les sursauts gamma sont des sources astrophysiques parmi les plus brillantes du ciel. Dans le modèle standard actuel (boule de feu), leur émission prompte (X et gamma) est due à des particules chargées accélérées au sein de jets relativistes émis à la formation de trous noirs de masses stellaire. L'émission rémanente observée de la radio aux X serait due à l'interaction de ces jets avec le milieu interstellaire. Le LAT, détecteur à création de paire du télescope spatial Fermi, permet depuis juin 2008 l'étude du ciel gamma de 20 MeV à plus de 300 GeV avec des performances inégalées. Le GBM, détecteur de sources transitoires de Fermi (8 keV à 40 MeV) a observé environ 500 sursauts gamma, dont 18 ont été observés par le LAT dans le domaine du GeV. Une localisation précise de ces sursauts et la synergie de Fermi avec les autres observatoires permettent l'étude des rémanences associées et une meilleure interprétation des observations. Mon travail a porté sur plusieurs facettes de cette étude, la première étant la localisation des sursauts détectés par le LAT. La détermination des erreurs systématiques des localisations obtenues avec le LAT a permis de faciliter le suivi par d'autres télescopes. En utilisant les techniques standard d'analyse nous avons mis au point une procédure de recherche des émissions prolongées de haute énergie des sursauts gamma. L'observation simultanée de l'émission prolongée de haute énergie GRB 090510 et de sa rémanence UV et X a permis une étude détaillée de ce sursaut court. Ensuite, nous avons développé une analyse alternative basée sur une sélection relâchée des données LAT, afin d'utiliser les événements d'énergies inférieures à 100 MeV dans les analyses spectrales. Ceci permettra de mieux contraindre les spectres des émissions promptes et donc les modèles proposés. L'utilisation de cette sélection a aussi permis de nouvelles détections, essentiellement à grande inclinaison, et permettra d'étudier les caractéristiques temporelles de l'émission prompte à haute énergie. Enfin, nous avons démarré l'étude d'un modèle d'émission prompte issue des chocs internes, développé à l'IAP. L'objectif est d'évaluer la sensibilité de nos analyses aux paramètres de ce modèle, et de le contraindre à l'aide de nos observations.