Dans cette thèse sur articles, nous nous intéressons aux grandes structures de l’Univers et à leur rôle fondamental pour la cosmologie et la formation des galaxies. Les galaxies naissent et grandissent au sein des filaments de la toile cosmique soulevant la question de l’impact de ces filaments sur les propriétés galactiques telles que la morphologie. Pour étudier cette question fondamentale, nous allons dans un premier temps montrer que dans les simulations numériques de l’Univers, le spin des galaxies est fortement lié à la direction de leur filament hôte avec un comportement qui dépend de leur masse. Ces corrélations spin-filament seront expliquées qualitativement dans le contexte de la formation hiérarchique des structures cosmologiques. Un modèle analytique tenant compte de l’anisotropie de la toile cosmique complètera ce tableau en reproduisant les corrélations observées. Ces idées sont importantes pour comprendre la morphologie des galaxies mais aussi les alignements intrinsèques qui peuvent certaines sondes cosmologiques basées sur la mesure de l’astigmatisme cosmique. Nous allons en particulier mesurer cette contamination dans une simulation hydrodynamique. Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous nous poserons la question de comment extraire efficacement de l’information de la toile cosmique en mesurant sa topologie et sa géométrie et en utilisant la théorie perturbative dans un régime quasi-linéaire, la pierre angulaire de ce travail reposant sur l’étude analytique de l’impact de l’effondrement non-linéaire des structures et des distorsions en espace des redshifts sur la statistique du champ de densité cosmique. / This thesis by publication is devoted to the theoretical understanding of the large-scale structure of the Universe and its role in the context of cosmology and galaxy formation. The birth and evolution of galaxies occur within the large cosmic highways drawn by the cosmic web and the natural question which arises is whether galaxies retain a memory of the large-scale cosmic flows from which they emerge. To address this key question, we will first show that in cosmological simulations, the spin of galaxies and the direction of their host filament are correlated in a mass-dependent way. This signal will be shown to be qualitatively understood in the context of hierarchical structure formation. An analytic model which explicitly takes into account the anisotropy of the cosmic web will complement this qualitative understanding by reproducing the measured correlations. Those ideas are important to understand the evolution of galaxy morphology but also to understand the intrinsic alignments of galaxies that contaminate cosmological probes like cosmic shear experiments. We will in particular measure this contamination directly from a state-of-the-art hydrodynamical simulation. In a second part, we will address the question of how to efficiently use large-scale structure data to probe the cosmological model describing our Universe by measuring its topology and geometry and using perturbation theory in the weakly and even mildly non-linear regime. The major contribution of this work is to analytically study the effect of redshift space distortions and non-linear collapse of structures on the topology, geometry and statistics of the cosmic density field.

Les débits des télécommunications optiques sont considérablement accrus par le multiplexage<br />dense en longueur d'onde (D.W.D.M.). Pour séparer les différents canaux, des filtres fréquentiels<br />ultra-sélectifs sont nécessaires. Les réseaux résonnants, formés d'un réseau gravé sur un guide<br />d'onde plan, sont une solution potentielle. Ces structures supportent des modes propres pouvant<br />être excités par une onde issue d'une fibre optique. L'excitation produit un pic de résonance en<br />réflexion à une longueur d'onde et un angle d'incidence donnés. Le pic ne présente en général<br />pas les qualités requises pour le D.W.D.M. : en incidence oblique, les tolérances angulaire et<br />spectrale sont faibles et les profils dépendent de la polarisation. En conjuguant les concepts des<br />cristaux photoniques, une théorie phénoménologique rigoureuse et une théorie perturbative, nous<br />concevons un filtre répondant à toutes les contraintes imposées par le D.W.D.M.. Nos résultats<br />sont validés par des exemples numériques.

Ce travail porte sur l'optimisation de la géométrie de chambre réverbérante en s'inspirant du concept de cavité chaotique. Les chambres réverbérantes (RC) sont de plus en plus utilisées comme moyen de test de compatibilité électromagnétique. Elles sont utilisées au-delà d'une fréquence minimale à parti de laquelle les champs sont, dans le volume central de la cavité, statistiquement homogènes et isotropes ; l'obtention de ces propriétés statistiques nécessite l'utilisation d'un mécanisme de brassage, pouvant être mécanique ou électronique. Or, dans les cavités chaotiques, la plupart des modes sont associés à des champs statistiquement homogènes et isotropes, et ceci sans avoir recours à aucun brassage. C'est pourquoi un rapprochement entre chambres réverbérantes et cavités chaotiques a été fait dans ce travail.En premier lieu, nous nous intéressons à des cavités chaotiques 2D obtenues par des modifications successives d'une cavité rectangulaire. Les mesures effectuées dans ces cavités à l'aide d'une théorie perturbative, validées par des résultats de simulation, montrent qu'un champ électrique homogène est obtenu. Les principes retenus pour modifier la géométrie de la cavité rectangulaire seront repris dans les cavités 3D.Les propriétés de trois cavités 3D obtenues en modifiant une cavité parallélépipédique sont étudiées et comparées à celles d'une chambre réverbérante classique munie d'un brasseur de modes. Les modes propres et fréquences de résonance sont déterminés pour ces quatre cavités à l'aide du logiciel HFSS d'Ansoft, tout d'abord en considérant des cavités de géométrie figée, puis en y incluant un brassage mécanique.L'étude de l'homogénéité et de l'isotropie des modes propres montre clairement que les meilleures performances sont obtenues pour une des cavités chaotiques proposées, et ceci quels que soient les critères utilisés.Par ailleurs, il est montré que, dans la chambre réverbérante classique, un grand nombre de modes présente une forte localisation spatiale de l'énergie électrique, alors que ce phénomène ne se produit pas dans la cavité chaotique retenue. Ce phénomène, non détectable par les mesures classiquement effectuées en chambre réverbérante, est dommageable à l'obtention des propriétés d'homogénéité et d'isotropie requises dans le volume de travail.Enfin, l'étude de la distribution des écarts entre fréquences de résonance montre, comme prédit par la Théorie des Matrices Aléatoire, une concordance entre le suivi de la loi asymptotique prévue dans une cavité chaotique et les propriétés d'homogénéité et d'isotropie des champs. Ceci ouvre la voie vers l'utilisation de critères de caractérisation basés sur les fréquences de résonance et non plus uniquement sur les distributions des champs / This work deals with the optimization of the geometry of a reverberation chamber, drawing inspiration from the concept of chaotic cavity. Reverberation chambers, widely used for electromagnetic compatibility tests, are used above a minimal frequency from which the fields are statistically isotropic and uniform; however to respect these properties, a mode stirring process is necessary, that can be mechanical or electronic. As, in chaotic cavities, most modes are isotropic and uniform without the help of any stirring process, we take advantage of the knowledge gained from the studies of chaotic cavities to optimize reverberation chamber behavior.We firstly consider 2D chaotic cavities obtained by modifying a rectangular cavity. Measurements besed on a perturbative approch, and validated by simulations, show uniformly distributed electric fields. Similar geometrical modifications are then proposed in 3D.Three 3D different geometries of cavities obtained from a 3D rectangular cavity are then studied, and their properties are compared with those of a classical reverberation chamber equipped witdh a mode stirrer. Eigenmodes and resonant frequencies are determined numerically using Ansoft HFSS software, first by considering fixed cavity geometries, then by moving the stirrer.Electric field uniformity and isotropy are studied using several criteria; all of them clearly show that the best performances are attained within one of the proposed chaotic cavities.Moreover, a strong energy localization effect appears for numerous modes in the classical reverberation chamber, whereas it is not observed in the proposed 3D chaotic cavity. This effect, never reported in reverberation chamber studies, affects the field uniformity and isotropy within the working volume.The cavities properties are also compared width respect to their eigenfrequency spacing distributions. As predicted by the Random matrix Theory, the best agrement width the asymptotic law associated to chaotic cavities corresponds to the best field properties in terms of uniformity and isotropy. It leads to the proposal of reverberation chamber characterization criteria based on resonant frequencies instead of field distributions