Dissertationen zum Thema „Astrophysique – Instruments“

Les étoiles chaudes actives sont entourées d’un environnement circumstellaire dense composé de gaz et parfois de poussière. Celui-ci est responsable de la présence dans le spectre de ces étoiles d’un fort excès infrarouge et de raies en émission. La dénomination « étoiles chaudes actives » n’identifie pourtant pas un groupe homogène d’étoiles et tous les stades d’évolution y sont représentés, des étoiles les plus jeunes, les Ae/Be de Herbig, aux étoiles les plus évoluées, les B[e] supergéantes, en passant par des étoiles proches de la séquence principale, les Be classiques. Dans la majorité des cas la matière circumstellaire est d’origine photosphérique et de nombreuses hypothèses sur les mécanismes permettant son éjection depuis la surface de l’étoile ont été avancées : rotation rapide de l’étoile, vents radiatifs, pulsations non-radiales, magnétisme. L’étude de ces objets a longtemps été limitée par l’absence de résolution angulaire intrinsèque aux observations photométriques, spectroscopiques, et polarimétriques. Or, l’observation à haute résolution angulaire est nécessaire pour caractériser précisément et indépendamment de l’utilisation de modèles la géométrie et la cinématique de ces objets. L’interférométrie est donc la technique privilégiée pour répondre à ces questions. Je présente ici, les premières observations d’étoiles chaudes actives effectuées à l’aide du VLTI et de ses instruments AMBER et MIDI. Les paramètres physiques, géométriques et cinématiques des environnements circumstellaires de plusieurs étoiles Be classiques (alpha Arae, kappa CMa, et Achernar), d’une Ae/Be de Herbig (MWC 297), et d’une B[e] supergéante (HD 62623) ont pu être déterminés et ont permis d’avancer dans la compréhension de la physique de ces différents types d’étoiles. Je présente également une modélisation de la formation et de la dissipation pseudo-cyclique du disque équatorial de l’étoile Achernar et le démarrage d’une étude sur l’évolution de l’enveloppe circumstellaire de delta Scorpii
Active hot stars are surrounded by a dense gaseous and sometime dusty circumstellar environment responsible for the presence of IR-excess and emission lines in their spectra. Active hot stars are not an homogeneous group and all evolutionary status are represented among them: young stars (Herbig Ae/Be stars), near main sequence star (classical Be stars), and evolved stars (B[e] supergiants). In most cases the circumstellar matter originates from the stellar photosphere and a lot of hypothesis on the physical processes responsible for the ejection have been made: rapid rotation, radiative wind, non-radial pulsations, and magnetism. The study of these objects has been limited for a long time by the lack of angular resolution from photometric, spectroscopic, and polarimetric observations. High angular resolution observations are mandatory to determine without the use of ad-hoc models their geometry and kinematics. Consequently, interferometry is the most efficient technique to answer these questions. The first observations of active hot stars made with the VLTI and its MIDI and AMBER instruments are presented in this work. Physical parameters, geometry, and kinematics of three classical Be stars (alpha Arae, kappa CMa, and Achernar), one Herbig Ae/Be stars (MWC 297), and one B[e] supergiant (HD 62623) have been deduced from these observations bringing new insights in the physics of active hot stars. This work also presents Achernar circumstellar disk creation and dissipation, and a forthcoming study of delta Scorpii’s circumstellar environment evolution

Low and intermediate mass stars on the main sequence evolves across the AGB phase. The luminous frequently pulsating and heavily mass-lossing AGB stars are enshrouded by dust, displaying high flux in the infrared. Dust shells around AGB stars are known to be spherically symmetric, whereas objects in the subsequent evolutionary stages, for example the planetary nebulae, appear to have axisymmetric geometries. The mechanisms responsible for such mass-loss are not fully understood yet. We have observed a sample of evolved stars in the thermal infrared. These observations which fort some stars of our sample are the first made in this wavelength range, led us to a better understanding of the morphologies of their envelope. A model, based on an inversion technique, has been achieved in order to study quantitatively the dusty envelopes by determining, from mid-infrared observations, some key parameters such as the density and temperature profiles of these envelopes, as well as their mass-loss rates. This method was applied to V~Hya, IRC~+10216 and the Red Rectangle nebula. A detailed study of the young planetary nebula Hen~2-113 was carried out thanks to imaging observations with the VLT. These observations give a new insight on this object, which presents characteristics observed for the first time as, for example, the presence of warm dust close to the central star.

La couronne solaire est la source d'un vent de plasma qui interagit avec les divers objets du système solaire : planètes, comètes et astéroïdes. Le développement des instruments destinés à être embarqués à bord de satellites et de sondes spatiales permet d'étudier, in situ, les relations soleil Terre et plus généralement le vent solaire et les environnements ionisés planétaires. L'étude de ces phénomènes nécessite la combinaison d'instruments permettant de caractériser à la fois les ondes et leurs particules. Nous nous sommes intéressés à l'intégration de l'électronique des instruments spatiaux, et notamment la chaine d'amplification analogique de magnétomètres à induction et la chaîne d'amplification / discrimination de détecteurs de particules, en technologie standard CMOS 0.35 m. Les circuits étudiés, associés respectivement au magnétomètre à induction et au détecteur de particules, permettent l'amplification faible bruit à basse fréquence et l'amplification ultrasensible de charge sur une large gamme. Ces circuits doivent en outre répondre aux exigences du spatial en terme de consommation, tenue en température et en radiation. Le mémoire de thèse s'articule autour de la présentation de l'environnement ionisé de la Terre, la présentation des instruments scientifiques (magnétomètre spatial et détecteur de particules), la description des architectures des circuits CMOS permettant d'atteindre des performances inédites. Un travail important sur les structures d'amplifications a été mené afin de réduire considérablement la consommation et augmenter la sensibilité de la chaine électronique de traitement du détecteur de particules. Ainsi, la faisabilité d'une électronique intégrée multivoie pour l'analyseur de particules à optique hémisphérique contenant jusqu'à 256 pixels a été prouvée. Réduire le niveau de bruit en basse fréquence (de quelques 100 mHz à quelque 10 kHz) des circuits à base de composants MOS a toujours été une tache fastidieuse, puisque ce type de composants n'est à la base, pas destiné à une telle gamme de fréquence. Il a été donc nécessaire de concevoir des structures d'amplification originales par la taille non habituelle, voir à la limite autorisée par les procédés de fabrication, de leur transistors d'entrée. Cette solution a permis de réduire considérablement le niveau de bruit vu à l'entrée de l'électronique d'amplification des fluxmètres. L'avantage d'utiliser une technologie CMOS est le faible bruit en courant, la faible consommation et résoudre le problème de l'encombrement. Les résultats obtenus lors des tests de validations et en radiations sont très satisfaisants. Ils permettent d'ouvrir une éventuelle voie pour l'électronique intégrée au sein de l'instrumentation spatiale. Les performances obtenues notamment lors d'un tir fusée a renforcé la fiabilité d'une telles conceptions pour le domaine spatial.

L'astrophysique gamma nucléaire, situé à l'extrémité du spectre électromagnétique, est un domaine très riche scientifiquement. Il contient l'information capable, entre autres, de révéler la nucléosynthèse des éléments lourds au sein des supernovae ou l'origine de l'antimatière dans la galaxie. Ce domaine est longtemps resté inaccessible jusqu'aux années 60 à cause de l'absorption de l'atmosphère dans cette gamme d'énergies. Les observations sont ensuite restées handicapées par le rayonnement cosmique, qui noie le faible signal des sources sous un intense bruit de fond. De plus, l'énergie des photons gamma rend inefficaces les techniques classiques de focalisation, rendant plus complexe le développement des instruments d'observation. Malgré toutes ces difficultés, des observatoires comme CGRO et INTEGRAL ont réussi à révolutionner l'astrophysique nucléaire, grâce à l'utilisation de télescope Compton et de masques codés. Toutefois, ces techniques semblent aujourd'hui atteindre leurs limites, où des instruments plus grands ne sont pas forcément plus performants. Depuis une quinzaine d'années, une technique innovante est développée au CESR, capable d'améliorer la sensibilité de détection par un facteur 10-100, par rapport aux instruments existants. Cette technique nommée lentille de Laue, et dont le principe a été démontré par la mission ballon CLAIRE, est capable de concentrer les rayonnements gamma nucléaires à l'aide de la diffraction de Bragg, au sein de cristaux répartis en anneaux concentriques. Mon travail a consisté à poursuivre le développement de la lentille de Laue en améliorant et en validant les briques technologiques nécessaire pour qu'elle soit utilisée sur un observatoire spatial. La première partie de mon travail de thèse a consisté à améliorer les performances des cristaux diffractant, qui constituent le cœur de la lentille. Ces améliorations ont nécessité de modéliser et comparer les capacités de diffraction d'un grand nombre de cristaux, puis de confirmer les performances des meilleurs candidats au cours de session de mesures sur des faisceaux X-gamma. Ces mesures ont été effectuées au synchrotron européen de Grenoble (ESRF) et au réacteur nucléaire scientifique de l'ILL. Elles ont permis, entre autres, de mettre en avant les excellentes performances des cristaux d'or et d'argent. La seconde partie de mon travail a consisté à concevoir, réaliser et tester un prototype de segment de lentille spatialisable, en collaboration avec le CNES et Thales Alenia Space. Ce prototype a permis de valider les procédés de fixation et d'orientation des cristaux et de s'assurer qu'il résiste aux tests de vibrations et de cyclage thermique.

Les satellites scientifiques sont immergés dans divers environnements spatiaux, entourés par des plasmas qu'ils sont supposés analyser, en utilisant des instruments de types détecteurs de particules. La présence de ces structures dans le plasma conduit à une variété d'interactions satellite/plasma complexes et inter-corrélées. L'environnement spatial influence la structure du satellite qui modifie son environnement. Les instruments embarqués mesurent un environnement perturbé et il est difficile de distinguer le signal naturel des mesures biaisées. Le but est d'étudier et d'améliorer la compréhension des interactions satellite/plasma, au moyen de simulations numériques effectuées avec le logiciel SPIS pour les basses énergies (<100 eV) puisque ces particules sont les plus affectées par les perturbations. L'objectif est de comprendre les mesures de plasmas sur des cas réalistes, en établissant une méthodologie de simulation de ces problématiques. Je simule les interactions ayant lieu entre les missions Solar Probe Plus, Solar Orbiter, Cluster dans leurs environnements respectifs et les mesures associées. L'analyse des résultats obtenus et leurs comparaisons à des données réelles permettent de comprendre les différents cas de figure et de valider la méthodologie développée au cours de cette thèse.

Effectuer des mesures de polarimétrie des rayons X provenant de sources astrophysiques permettrait d’obtenir de nombreuses informations sur les objets émetteurs : géométrie des disques d’accrétion de pulsars, champ magnétique au cœur des restes de supernovæ ou encore détermination du spin des trous noirs. Ces informations fondamentales sont pour l’instant inaccessibles à cause de l’absence de polarimètres X performants.L’utilisation de l’effet photoélectrique pour effectuer de la mesure spectro polarimétrique des rayons X mous dans la bande d’énergie de 1 keV à 15 keV apparaît comme une approche bien plus adaptée que l’utilisation de la diffraction de Bragg ou de la diffusion Thomson. La polarimétrie par le truchement de l’effet photoélectrique repose sur la mesure de la direction d’éjection du photoélectron, laquelle est modulée par la direction de polarisation de la lumière incidente. Il s’agit alors de construire un détecteur permettant un recul suffisant des photoélectrons afin de reconstruire leurs traces, et les détecteurs gazeux sont par nature des candidats idéaux. Cette thèse traite du développement et de la caractérisation d’un spectro-polarimètre `a rayons X-mous d’un genre entièrement nouveau : Caliste-MM. Il consiste en un détecteur gazeux, le piggyback Micromegas associé à une électronique de lecture miniature baptisée Caliste. L’une des principales innovations de ce détecteur tient au fait que son électronique de lecture est située en dehors du milieu gazeux. Les charges créées dans le piggyback diffusent dans une couche résistive répandue sur une céramique venant fermer le détecteur gazeux. Le module électronique Caliste enregistre le signal qui se répand dans la couche résistive à travers la céramique et une fine lame d’air par couplage capacitif. Le détecteur est ainsi composé de deux parties complètement indépendantes : conversion de la lumière et amplification par le piggyback, et lecture du signal par le Caliste. Les deux peuvent alors être développées indépendamment l’une de l’autre, l’électronique étant protégée des étincelles développées dans le détecteur grâce à la couche résistive du piggyback.Les caractéristiques détaillées du détecteur sont étudiées et présentées : forme des évènements, gain, résolution en énergie, ainsi que la variation de ces caractéristiques avec les différents paramètres du détecteur. Des modèles analytiques sont comparés aux résultats obtenus afin d’expliciter les phénomènes physiques responsables de la topologie des évènements enregistrés. Les différentes méthodes pour obtenir une trace reconstructible issue de photoélectrons sont aussi étudiées : utilisation d’une électronique de lecture plus finement pixélisée (utilisant ainsi pleinement le concept d’électronique découplée), test en basse pression ou utilisation de gaz légers comme l’Hélium ou le Néon.Enfin, grâce à des mesures effectuées sur le faisceau 100% polarisé de la ligne Métrologie du synchrotron SOLEIL, le facteur de modulation du détecteur est mesuré et présenté à différentes énergies de 6 à 12 keV. Une mesure du facteur de modulation de 92% à 8 keV prouve le grand potentiel de ce nouveau spectro-polarimètre et l’intérêt de son concept innovant
Performing X-ray polarimetry of astrophysical sources could provide precious insight into the properties of the emitting objects, for example the geometry of pulsars accretion disks, magnetic field inside the core of supernovae remnants or measurement of black holes spin. These fundamental observations are today impossible due to the missing performance of X-ray polarimeters. The use of the photo-electric effect to perform spectro-polarimetry in the energy band of 1 keV to 15 keV appears to be like a much better approach than the use of Bragg diffraction or Thomson scattering. Performing polarimetry with the photo-electric effect relies on the measurement of the ejection direction of the photo-electron, which is modulated by the polarization direction of the incoming light. In order to reconstruct the photo-electron track, a detector allowing the photo electrons to recoil far enough is needed. Gaseous detectors are naturally perfect candidates. This PhD thesis focusses on the development and the characterization of a soft X-ray spectro- polarimeter of a completely new design : Caliste-MM. It consists of a gaseous detector called piggyback Micromegas associated with a miniature 3D readout electronics baptized Caliste. The main innovation of this detector comes from the fact that its readout electronics is located outside the gaseous medium. The charges created inside the piggyback diffuse in a resistive layer spread on a solid ceramic plate that closes the detector. The Caliste records the signal of the charges in the resistive layer through the ceramic and a small air layer by capacitive induction. The detector is composed of two completely independent parts : the piggyback where the X-ray conversion and amplification takes place, and the Caliste for the recording of the signal. These two parts can then be developed independently. Moreover the electronics are protected from sparks thanks to the resistive layer of the piggyback.The detailed characteristics of the detector are studied such as the shape of the events, the gain and the energy resolution. Analytical models are compared to the obtained results in order to explain the physical phenomena responsible for the topology of the recorded events. Different strategies to improve the reconstruction of the photo-electrons are explored including for example finer pitched readout electronics, low pressure and the use of lighter gases such as Neon or Helium. Finally, thanks to the measurements performed on the 100% linearly polarized beam of the Mtrologie line of the SOLEIL synchrotron facility, the modulation factor of the detector has been measured at different energies ranging from 6 keV to 12 keV. A measurement of the modulation factor of 92% at 8 keV proves the high potential of this new spectro-polarimeter and the interest into its innovative design

Depuis les débuts de l'astrophysique nucléaire, les découvertes ont toujours été liées à des progrès instrumentaux. Cela est particulièrement vrai dans le domaine X-durs / gamma mous où l'intense bruit de fond induit dans les détecteurs par les rayons cosmiques et les ceintures de van Allen, associé à la faible section efficace d'interaction des rayonnements avec les matériaux du détecteur limitent la sensibilité des télescopes. Il semble aujourd'hui que la technologie des télescopes à masque codés arrive à ses limites, avec les deux instruments à bord d'INTEGRAL. Comment dans ces conditions continuer à faire des découvertes? De nombreuses équipes développent actuellement des télescopes Compton de deuxième génération qui semblent pouvoir apporter une partie de la réponse. Au CESR, une option complémentaire est développée depuis quelques années, réaliser une lentille focalisant les rayons gamma de faible énergie.

Les lentilles de Laue qui ont été étudiées focalisent les rayonnements de la bande des rayons gamma mous (100 keV – 1 MeV) par le biais de la diffraction de Bragg dans le volume de cristaux. La focale associée à une telle lentille est de l'ordre de 100 m, ce qui nécessite un vol en formation pour pouvoir réaliser un télescope spatial. L'avantage de ce concept est de concentrer les rayons gamma depuis une large surface de collection vers un détecteur de faible volume, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit significativement par rapport aux instruments actuellement en vol, et donc permettant d'atteindre une sensibilité sans précédent dans cette bande d'énergie.

La faisabilité du concept ayant précédemment été démontrée par le projet CLAIRE, mon travail de thèse a consisté à faire évoluer ce premier prototype vers un concept de mission exploitable scientifiquement. Je me suis principalement attaché à deux aspects : D'une part, la modélisation de la lentille, avec le développement d'un code de simulation rapide (non Monte-Carlo) qui a par la suite été la base de nombreux outils d'optimisation du design et d'évaluation des performances en terme de surface efficace, champs de vue, et sensibilité.

L'autre partie de mon travail a consisté à trouver et caractériser des cristaux potentiellement intéressants pour la réalisation d'une lentille de Laue. Des cristaux de cuivre mosaïque, de germanium mosaïque, des alliages de silicium et germanium avec un gradient de concentration et des empilements de wafers de silicium et de germanium ont été mesurés sur différentes installations incluant le synchrotron européen de Grenoble (ESRF) ainsi que l'instrument GAMS 4 de l'ILL. Ces mesures m'ont permis de dresser l'état de l'art des cristaux actuellement disponibles et utilisables pour une lentille gamma.

Ces travaux ont été appliqués à la conception et l'évaluation des performances des missions MAX et Gamma Ray Imager respectivement proposées au CNES et à l'agence spatiale Européenne.

Au-delà de Neptune, les petits corps du système solaire se trouvent dans un environnement préservant le matériel primordial dont ils sont formés. Aussi, la caractérisation de la structure, l'aspect et la composition d'objets tels que les comètes révèle des informations vitales sur les processus de formation et évolutions qu'ils ont subis. Les petits corps du système solaire externe n'ont connus qu'un léger retraitement thermique et collisionnel, préservant ainsi des indices vitaux de l'histoire du système solaire primitif et permettant de contraindre ses propriétés. En conséquence, l'objectif de la mission ROSETTA de l'ESA était d'effectuer la première étude approfondie d'une comète (67P/Churyumov-Gerasimenko), en la suivant, l'observant et mesurant l'évolution de son activité sur les trois quarts de son orbite. La mission constituait la pierre d'angle de l'étude des petits corps du système solaire de l'ESA.L'objectif de cette thèse fut de déterminer les propriétés photométriques et spectrales, dans le visible, de la surface de la comète en utilisant les images de l'instrument OSIRIS. À cet effet, j'ai développé uneapproche pour préparer et analyser les données OSIRIS: j'ai utilisé etdéveloppé des méthodes existantes pour projeter les images calibrées surdes modèles 3D de la comète, j'ai crée et utilisé des codes pour calculerles géométries d'observations et simulé les images à partir d'éphémérides de la comète et de Rosetta, j'ai implémenté des modèles photométrique afin de déterminer les paramètres donnant le meilleur ajustement aux données. À l'aide de ces outils, j'ai analysé des jeux d'images d'OSIRIS lors de trois manoeuvres de survols effectuées en Août 2014, Février 2015 et en Avril 2016. Durant ces trois manoeuvres, la surface fut cartographiée avec une résolution métrique et centrimétrique, ainsi que sous de nombreuses angles de vue. J'ai aussi analysé des images prises au cours de la mission afin d'étudier certaines particularités de la surface et d'observer leur évolution temporelle. L'ajustement des jeux de données avec le modèle photométrique de Hapke indique que le noyau a une surface très sombre (un albédo de 4.2% à 650 nm), qu'elle diffuse la lumière plus vers la source plus que l'observateur, qu'elle est extrêmement poreuse (à plus de 80%), et que sa réflectivité augmente légèrementde manière non-linéaire, de manière explicable par la disparition des ombres. Outre la nature bi-lobale du noyau cométaire, les analyses de ces images ont montrée la présence d'hétérogénéités de morphologie, de couleurs et d'albédo sur des échelles hectométrique et décimétrique, confirmant ainsiles tendances globales mesurées par ROSETTA/OSIRIS et PHILAE/CIVA. Entre250 nm et 1000 nm, le spectre du noyau ne présente pas de signatures spectrale. La pente du spectre en fonction de la longueur d'onde est strictement positive comme pour certains Centaures et des astéroïdes de type D. Trois types de surface ont été identifiés à l'aide de la pente spectrale. Les terrains et particularités avec les pentes les plus grandes semblent poussiéreuses et desséchées, alors que ceux avec les pentes les plus faibles sont associées avec la présence de matériel riche en glace d'eau. Les images OSIRIS ont également permis de mesurer pour la première fois le rougissement de phase d'un noyau cométaire: la variation de la pente spectral avec la géométrie d'observation. Les deux années de données ont également permis de déterminer que le rougissement de phase varie avec la distance héliocentrique, atteignant sa valeur la plus faible quand la comète est proche du périhélie. Tout comme l'observation de variations diurnes et de falaises fraîchement fracturées, ce résultat indique que sous la surface du noyau, se trouve du matériel riche en glace d'eau
Small bodies of the outer solar system, beyond Neptune, are in an environment that can preserve the base material from which they are formed. Hence the determination of the structure, aspect, and composition of objects such as comets yield vital informations about the formation and evolution processes they went through. Small bodies from the outer solar system have undergone weak thermal and collisionnal reprocessing, thus preserving vital clues on the history of the early solar system, which can constrain its properties. Hence the objective of the European Space Agency/ROSETTA mission was to perform the first in-depth study of a comet (67P/Churyumov-Gerasimenko), following it inbound to and outbound from perihelion, observing it and monitoring the evolution of its activity during most of its orbit. This mission constituted the cornerstone of the study of small bodies of the solar system by ESA.The aim of this thesis has been to determine the photometric characteristics and the spectral properties, from the near-ultraviolet to the near-infrared, of the comet' surface using the images taken by the OSIRIS instrument. For this purpose, I developped an approach to prepare and analyse OSIRIS' datasets: I used and build on existing methods to register calibrated images to a 3D model of the comet, I created and used codes to compute the observational geometries and simulate OSIRIS images using the comet's and Rosetta's ephemerids, I implemented photometric models to determine the parameters required to fit the datasets.Using those tools, I analysed sets of images acquired by OSIRIS during three flyby maneuvers executed in August 2014, in February 2015 and in April 2016. On those three events, the surface was mapped at a meter and sub-meter resolution and also under multiple observing conditions. I also further analysed images taken throughout the mission to investigate particular surface features and signs of temporal evolution. In the description of the Hapke photometric model, the fitting of those dataset point to a nucleus with a very dark surface (4.2% albedo at 650 nm), scattering more light towards the source than the observer, with a high upper-surface porosity (over than 80%), and displaying a limited non-linear increase in reflectivity when source and observer are aligned over the comet' surface, most probably associated with the shadow-hiding phenomemon. Beyond the obvious bilobate nature of the cometary nucleus, the analyses of those images have shown that it present heterogeneities in morphology, colours and albedo of the comet' surface from the hundred of meters to the decimeter scale, confirming the trend noticed from other ROSETTA/OSIRIS and PHILAE/CIVA observations. In the wavelength domain between 250 nm and 1000 nm, the spectrum of the nucleus does not present any band features. The slope of the spectrum increases monotonously with the wavelength in a similar way to certain Centaurs and D-type asteroids. Three categories of surface were identified based on this spectral slope. Terrains and features with the largest slopes appear dusty and dessicated while those with small or flat slopes have associated with the presence of water-ice-rich material. The OSIRIS images have also allowed to measure for the first time the phase reddening effect on a cometary nucleus, that is the variation of the spectral slope with the viewing geometry. The two years of monitoring have also allowed to further determine that the phase reddening of the nucleus varies with the heliocentric distance, reaching its lowest value while the comet was close to perihelion. This result along with observations of diurnal colour variations and of freshly fractured cliffs point to the presence of a higher proportion of water-ice material at a mere distance under the nucleus surface

Les sursauts gamma (Gamma-Ray Bursts ou GRBs) sont les explosions les plus lumineuses de l'univers. On les observe sous la forme de bouffées de rayons X/ƴ (d'une durée de quelques millisecondes à quelques dizaines de secondes) suivies d'une émission rémanente (généralement à de plus grandes longueurs d'onde). Ils résultent soit de la fusion de deux objets compacts (une paire d'étoiles à neutrons ou une étoile à neutrons et un trou noir), soit de l'effondrement du noyau d'une étoile massive (>15 masse solaire). Les GRBs sont d'excellents candidats pour étudier la physique aux énergies et densités extrêmes et un outil astrophysique pour sonder l'histoire de l'univers car ils sont observés à tous les âges de celui-ci. La mission spatiale Sino-Française SVOM (lancement prévu en juin 2022) a pour objectif la détection et l'étude des GRBs à l'aide d'instruments spatiaux et terrestres dédiés afin d'obtenir une couverture multi-longueurs d'onde. Le principal instrument à bord du satellite SVOM est ECLAIRs, un imageur à masque codé à grand champ de vue (~2 sr) fonctionnant dans la bande d'énergie de 4 à 150 keV. ECLAIRs détectera et localisera les GRBs (ainsi que d'autres sources transitoires à hautes énergies) en temps quasi réel grâce à son " trigger " embarqué. Le bruit de fond d'ECLAIRs est élevé et variable en raison du grand champ de vue et de la stratégie de pointage de SVOM qui amène la Terre à transiter dans le champ de vue. Une nouvelle méthode (appelée "Particle Interaction Recycling Approach" ou PIRA en anglais), basée sur des simulations de Monte-Carlo (GEANT4), a été développée pour estimer précisément et rapidement le bruit de fond variable. Les simulations du bruit de fond sont complétées avec des sources X et des sursauts gamma afin de générer des scénarios d'observation complets. Le bruit de fond variable d'ECLAIRs pose des problèmes pour la détection des GRBs et affecte la sensibilité de l'instrument. Nous avons évalué les performances du "trigger" embarqué, notamment l'impact du bruit de fond sur la détection des sources transitoires et sa sensibilité aux caractéristiques des GRBs (durée, profil temporel, forme spectrale, position dans le champ de vue). ECLAIRs enverra au sol tous les photons détectés. De plus, la disponibilité d'une plus grande puissance de calcul et une meilleure connaissance du contexte (par exemple, les variations du bruit de fond, les sources dans le champ de vue, etc.) au sol, nous ont conduits à développer un "trigger" sol pour surmonter les difficultés rencontrées par le "trigger" embarqué. Ainsi, nous proposons un algorithme basé sur des transformées en ondelettes pour détecter les GRBs dans le cadre du "trigger" sol. Les travaux de cette thèse, à savoir le développement de PIRA, l'évaluation des performances et le développement d'un nouvel algorithme de détection de sursauts, fournissent une base solide pour construire un "trigger" sol efficace, qui complétera le "trigger" embarqué et améliorera les performances globales de la mission SVOM
Gamma-Ray Bursts (GRBs) are the most luminous explosions in the universe. They are observed as bright flashes of gamma/X-rays (lasting a few milliseconds to a few tens of seconds) followed by an "afterglow" emission (usually at longer wavelengths). They are produced either due to the merger of two compact objects (a pair of neutron stars or a neutron star and a black hole) or due to the core collapse of a massive star (> 15 solar mass). GRBs are excellent candidates to study physics at extreme energies and densities. They also constitute important astrophysical tools to probe the history of the universe as they are observed at all epochs. The upcoming (June 2022) Sino-French mission SVOM (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor) aims to detect and study GRBs using dedicated space and ground based instruments to obtain multi-wavelength coverage. The primary instrument onboard SVOM spacecraft is ECLAIRs, a wide-field (~ 2 sr) coded-mask imager sensitive in the 4 - 150 keV energy range. ECLAIRs will detect and localise GRBs (and other high energy transients) in near real time using an onboard trigger. ECLAIRs will encounter a high and variable background due to the wide field-of-view (FoV) and the pointing strategy of SVOM which makes the Earth transit through the FoV. A new method (called Particle Interaction Recycling Approach or PIRA), based on Monte-Carlo simulations (GEANT4), was developed to estimate the variable background accurately and rapidly. The simulations of the background are complemented with simulations of X-ray sources and gamma-ray bursts to generate complete observation scenarios. The variable background of ECLAIRs poses challenges to detect GRBs and affects the sensitivity of the instrument. We use the simulated data to evaluate the performance of the onboard trigger, in particular, the impact of the variable background and its sensitivity to the GRB characteristics (duration, temporal profile, spectral shape,position in the FoV). ECLAIRs will send all detected photons to the ground. In addition, the availability of a larger computational power and the better knowledge of the context (e.g. background variations, sources in the FoV, etc.) on the ground motivates us to develop an "offline trigger" to overcome the challenges faced by the onboard trigger. An algorithm based on wavelet transforms is proposed to detect GRBs as part of the offline trigger. The work in this thesis, i.e. the development of PIRA, instrument's performance evaluation and development of a trigger method, provides a sound basis to build an effective offline trigger that will complement the onboard trigger and improve the overall performance of the SVOM mission

Les systèmes micro-opto-électro-mécaniques (MOEMS) représentent un atout considérable pour les technologies de demain et démontrent régulièrement leur capacité d'innovation dans tous les domaines de recherches. L'astronomie en profite déjà à travers l'optique adaptative et leur versatilité a récemment permis de développer un nouveau spectro-imageur BATMAN qui verra sa première lumière au Telescopio Nazionale Galileo (TNG) à La Palma (Iles Canaries). Le code de contrôle du MOEMS permettant l'automatisation de l'acquisition des spectres a été le point de départ de mon travail au LAM.La partie principale de ce manuscrit traite d'une seconde application imaginée en associant les MOEMS à un matériau photochromique développé à Polytecnico di Milano (Italie) qui peut prendre deux états différenciés par leur transparence. Le MOEMS, initialement utilisé pour la projection d'image, permet de moduler la dose d'énergie lumineuse projeté sur la plaque photochromique qui répond en s'éclaircissant progressivement. Ce procédé permet donc d'enregistrer des images en niveau de gris sur la plaque et notamment des hologrammes générés par ordinateur (CGH) utilisés en métrologie optique. Actuellement, les CGHs utilisés sont binaires, mais notre procédure permet d'enregistrer des CGHs quantifiés en amplitude avec une résolution de 13,68 µm et une précision inférieure à 1% en terme de transparence malgré un éclairage peu homogène. La quantification des CGHs de type Fresnel et Fourier ont été calculés, réalisés et testés avec succès. Deux nouveaux algorithmes de Fourier ont étaient imaginés, réalisés et ont montrés des performances très supérieurs au code usuel de Lee qui est un codage binaire
Micro-opto-electro-mecanical systems (MOEMS) are primordial tools for future applications in several scientific fields as telecommunications or image display. Astronomy takes also advantage of their great adaptatbility thanks to the development of adaptative optics; a new spectro-imager called BATMAN has recently been develloped to be installed at Telescopio Nazionale Galileo (TNG) in the Canaries Islands. The control of the MOEMS allowing computerizing this processus has been the starting point of my work at the LAM.The main part of this manuscript deals with another application conceived thanks to the association of the characteristics of MOEMS and photosensitive materials developed at Politecnico di Milano (Italy). These materials can be put in two states differentiated by their transparency. The MOEMS, initially used to display images, allows controlling the dose of light projected on the photocrhomic plate which reacts by becoming more and more transparent. This process permit to record Computer Generated Holograms (CGHs) in grayscale which are used in optical metrology. Today, binary CGHs are used but our process allows to record amplitude quantified CGHs with a resolution of 13.68 µm and a precision better than 1% in term of transparency, even with a non homogeneous illumination beam. Comparative studies have shown advantages of quantified CGHs of Fresnel and Fourier families. Two new Fourier algorithms have been conceived thanks to use of the third dimension offered by the control of the transparency. They have been realized and tested succesfully, and have shown much better performances than the current binary coding, so called Lee algorithm

Cette thèse de doctorat présente une enquête approfondie sur la détection des signaux d'ondes gravitationnelles provenant de fusions binaires compactes, en mettant l'accent particulier sur l'analyse des données de la troisième campagne d'observation de la Collaboration LIGO-Virgo. Le manuscrit commence par fournir une introduction aux principes fondamentaux de la théorie de la relativité générale, y compris la prédiction de l'existence des ondes gravitationnelles et un aperçu des sources astrophysiques qui génèrent ces ondes. Il fournit également une description détaillée des interféromètres, les instruments utilisés dans les observatoires d'ondes gravitationnelles, ainsi que leur fonctionnement de base. Ensuite, le manuscrit se concentre sur les techniques avancées d'analyse des données développées pour extraire les signaux d'ondes gravitationnelles du bruit du détecteur. Une attention particulière est accordée au pipeline d'analyse MBTA (Multi-Band Template Analysis), auquel l'auteur contribue activement en tant que membre de l'équipe MBTA. Le fonctionnement et la méthodologie du pipeline MBTA sont décrits en détail, mettant en évidence son rôle dans la détection et l'analyse des signaux d'ondes gravitationnelles. Ensuite, le manuscrit présente les résultats obtenus à partir de l'analyse standard réalisée pour rechercher des signaux provenant de trous noirs binaires, d'étoiles à neutrons binaires et de binaires trou noir-étoile à neutrons dans les données recueillies lors de la troisième campagne d'observation. L'analyse comprend un examen approfondi des signaux observés, de leurs propriétés et des implications astrophysiques des fusions détectées. De plus, le manuscrit explore les dernières avancées dans la recherche des ondes gravitationnelles émises par des binaires de masse sub-solaire, qui impliquent des systèmes binaires comprenant au moins un objet ayant une masse inférieure à celle du Soleil, offrant une enquête approfondie sur la méthodologie et les résultats de la recherche de masse sub-solaire lors de la troisième campagne d'observation. Grâce à cette enquête approfondie, le manuscrit vise à contribuer à l'avancement de l'astronomie des ondes gravitationnelles, offrant une exploration complète de la recherche sur les ondes gravitationnelles, couvrant les principales réalisations de la troisième campagne d'observation dans les recherches standard et de masse sub-solaire
This PhD thesis presents a comprehensive investigation into the detection of gravitational wave signals from compact binary mergers, with a specific focus on the analysis of data from the third observing run of the LIGO-Virgo Collaboration. The manuscript begins by providing an introduction to the fundamental principles of the theory of General Relativity, including the prediction of the existence of gravitational waves and an overview of the astrophysical sources that generate these waves. It also provides a detailed description of interferometers, the instruments used in gravitational wave observatories, and their basic functioning. Subsequently, the manuscript focuses on advanced data analysis techniques developed to extract gravitational wave signals from the detector noise. Special attention is given to the Multi-Band Template Analysis (MBTA) pipeline, which the author actively contributes to as part of the MBTA team. The functioning and methodology of the MBTA pipeline are described in detail, highlighting its role in the detection and analysis of gravitational wave signals. The manuscript then proceeds to present the results obtained from the standard analysis conducted to search for signals originating from the coalescence of binary black holes, binary neutron stars, and black hole-neutron star binaries in the data collected during the third observing run. The analysis includes a comprehensive examination of the observed signals, their properties, and the astrophysical implications of the detected mergers. Additionally, the manuscript explores the latest advancements in the search for gravitational waves emitted by sub-solar mass binaries, which involve binary systems comprising at east one object with a mass below the threshold of the mass of the Sun, providing an in-depth investigation into the methodology and results of the sub-solar mass search during the third observing run. Through this comprehensive investigation, the manuscript aims at contributing to the advancement of gravitational wave astronomy, offering a comprehensive exploration of gravitational wave research, encompassing the main achievement of the third observing run in both standard and sub-solar mass searches

Cette thèse a pour objectif l'étude de l'interaction du vent solaire avec la molécule d'hydantoine C3N2O2H4, suspectée d'avoir joué un rôle dans l'apparition de la vie sur Terre. Cette molécule pré-biotique a été détectée dans les échantillons de plusieurs météorites et est donc potentiellement présente dans les éjectas gazeux des comètes, où elle interagit avec le vent solaire composé d'électrons et d'ions énergétiques. La physico-chimie de l'hydantoine en interaction avec des électrons de 100 eV qui sont l'un des composants majoritaires du vent solaire a été étudiée grâce au dispositif expérimental SWEET (Stellar Wind and Electrons interactions on astrophysical molecules - Experiment and Theory), développé au cours de cette thèse au LCAR (Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité) dans l'équipe Interaction Ions Matière. Ce dispositif à faisceaux croisés pulsés permet la réalisation de collisions uniques entre une molécule neutre isolée et un électron ou un ion mono-chargé. Plusieurs spectrométries peuvent être réalisées en coïncidence pour une même interaction : spectrométrie des électrons émis et diffusés ainsi que spectrométrie ionique par imagerie des vecteurs vitesses (VMI) et par temps de vol. Ces techniques permettent d'identifier les fragments ioniques éventuellement formés, de caractériser la dynamique de fragmentation, de mesurer le seuil énergétique d'apparition des voies de dissociation et de sonder les états excités de la molécule. Afin d'étendre les études réalisées sur SWEET aux interactions de l'hydantoine avec les composants minoritaires du vent solaire (He2+ à 8 keV et O6+ à 30 keV), une campagne de mesures au GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds, Caen, France) sur le dispositif COLIMACON a également été réalisée. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs de chimie quantique (DFT B3LYP/6-311++G(d,p)) donnant accès aux énergies et géométries de la molécule et de ses fragments pour divers états charge, ainsi qu'aux barrières de potentiel associées aux voies de fragmentation. Parmi les résultats importants obtenus, l'interaction de l'hydantoine avec le vent solaire a montré une faible résistance de la molécule à la charge (q>+3) et une ouverture de son cycle dans le dication qui pourrait être intéressante pour sa contribution potentielle à la formation de molécules plus complexes intervenant dans le vivant. Les seuils d'apparition des fragmentations majoritaires du cation et du dication ont également été mesurés pour la première fois et des schémas de réaction théoriques, en accord avec les mesures, ont été proposés. Les résultats nouveaux obtenus pendant cette thèse avec le dispositif SWEET ouvrent la voie à des mesures quantitatives des mécanismes de relaxation observés (sections efficaces absolues) qui permettront une caractérisation fine et complète de cette interaction spécifique : hydantoine - vent solaire
This thesis presents the study of the interaction of solar wind components with the hydantoin molecule C3N2O2H4, thought to have played a role in the appearance of life on Earth. This prebiotic molecule was detected in several meteorite samples and is thus potentially present in cometary outgasing, where it interacs with solar wind composed of electrons and energetic ions. The physico-chemistry of hydantoin in interaction with 100 eV electrons, which are one of the major components of solar wind, was studied with the new experimental apparatus SWEET (Stellar Wind and Electrons interactions on astrophysical molecules - Experiment and Theory), which was set-up during this thesis in the LCAR (Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité), within the Ion Matter Interaction team. This is a crossed-beam apparatus which enables the investigation of unique collisions between one neutral isolated molecule and one electron or ion. The coincident use of several spectrometries techniques (spectrometry of emitted and scattered electrons and ionic spectrometry by velocity map imaging and time of flight) enables the identification of ionic produced fragments, the characterisation of the fragmentation dynamics, the measurement of the energetic threshold for dissociation pathways, and the probe of molecular excited states. The results obtained on SWEET were extended to the study of the interaction of hydantoin with multi-charged minority ions of solar wind (He2+ at 8 keV and O6+ at 30 keV), studied during a measurement campaign on the COLIMACON set-up at the GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds, Caen, France). Experimental results were completed by a quantum chemistry approach (DFT B3LYP/6-311++G(d,p)) to calculate the energy and geometry of the molecular systems as well as the dissociation potential barriers. As important results, the interaction between hydantoin and the solar wind components shows that the molecule easily fragments when multiply charged (q>+3) and the cycle opens when doubly charged, implying a high reactivity interesting within the framework of early Earth chemistry. The energetic thresholds for the major cation and dication fragmentations were measured and a theoretical reaction scheme was proposed, in accordance with the experimental measurments. The first results of the SWEET apparatus pave the way to quantitative measurements such as the absolute cross section of the observed relaxation processes, to complete the characterisation of the specific hydantoin - solar wind interaction

Mon travail de thèse s'inscrit dans le cadre de l'imagerie à haute résolution angulaire et à haute dynamique et a porté plus particulièrement sur le développement de l'instrument FIRST, Fibered Imager foR a Single Telescope. Celui-ci repose sur la technique novatrice du réarrangement de pupille, combinant masquage de pupille et filtrage spatial du front d'onde par fibres optiques monomodes. L'objectif de ma thèse était de porter cet instrument sur le ciel, d'améliorer ses performances et de développer un programme de traitement et d'analyse des données. Après l'obtention de la première lumière de FIRST en juillet 2010 sur le télescope de 3 m de l'observatoire Lick, je me suis dans un premier temps attachée à améliorer certains aspects du montage optique et mécanique, en vue d'accroître ses performances lors des observations. La qualité des données nous a ensuite permis de mener une campagne d'observations répartie sur de nombreuses nuits entre juillet 2011 et décembre 2012. Le programme d'observation a été centré sur les systèmes binaires, cibles idéales pour évaluer dynamique et pouvoir de résolution de l'instrument. Dans ce but, j'ai donc développé un programme de réduction des images d'interférences permettant d'estimer les observables interférométriques et de les ajuster par un modèle binaire. J'ai ainsi traité une partie de la grande quantité de données acquises à l'observatoire Lick, et en particulier les données prises sur le système binaire Capella. Les résultats montrent que le compagnon est détecté, à une séparation de l'ordre de la limite de diffraction du télescope. De plus, nos données fournissent une mesure directe du rapport de flux spectral aux longueurs d'onde visibles, ce qui constitue une donnée totalement nouvelle pour ce système par ailleurs très bien connu. L'analyse que nous avons menée de ce spectre, par un ajustement de modèles d'atmosphères stellaires démontre que les données FIRST apportent des informations précieuses pour caractériser un système binaire et notamment contraindre les températures effectives des deux composantes. Enfin, le succès des observations conduites à l'observatoire Lick nous a permis d'initier une collaboration avec l'équipe SCExAO du télescope Subaru et nous avons ainsi eu l'opportunité d'y intégrer FIRST. La première lumière de FIRST sur le télescope Subaru a été obtenue le 25 juillet 2013. En conclusion, j'ai pu montrer la viabilité du projet FIRST sur le ciel et obtenir de premiers résultats originaux, démontrant la capacité de cette technique à restaurer la limite de diffraction aux longueurs d'onde visibles. Bien que la sensibilité de l'instrument soit encore limitée à ce jour, ces résultats sont prometteurs quant à son exploitation à venir sur le télescope Subaru et aux développements futurs de cette technique, notamment dans le contexte de la détection et caractérisation de systèmes exoplanétaires.

De nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques tendent à montrer que l'essentiel de la matière de notre Univers est constitué de matière sombre. À l'échelle locale, la matière sombre serait rassemblée sous la forme d'un halo statique englobant la Voie Lactée.L'idée de la détection directionnelle est de mesurer la direction de reculs nucléaires produits par l'interaction avec les particules de matière sombre.Cette stratégie de détection pourrait alors mettre en évidence une corrélation entre la distribution angulaire des reculs nucléaires et le mouvement relatif du système solaire par rapport au halo permettant ainsi de découvrir et de contraindre les propriétés de la matière sombre.Dans ce contexte, la collaboration MIMAC a développé un détecteur gazeux permettant la mesure de la trace en 3D de reculs nucléaires.Afin de démontrer le potentiel de ce détecteur, un prototype bi-chambre a été installé au LSM en juin 2012.Cette thèse porte sur l'étude de la détection directionnelle avec le détecteur MIMAC selon quatre axes de recherche.Le premier axe concerne la caractérisation du détecteur avec l'étalonnage en énergie, la mesure du facteur de quenching et de la vitesse de dérive des électrons et la mise en place de la discrimination électron/recul.Le deuxième axe porte sur l'analyse des données expérimentales acquises au LSM. Ces donnés ont permis de réaliser la première mesure de traces en 3D de reculs de noyaux fils issus de la chaine du radon.Le troisième axe concerne la simulation du bruit de fond neutron au LSM avec un modèle de propagation des neutrons dans la caverne.Cela a permis d'estimer le taux d'événements neutron attendu et l'impact de la modélisation du fond neutrons sur la limite expérimentale.Enfin, le quatrième axe porte sur l'étude de l'impact des limites LHC sur la masse des squarks sur l'interaction entre les noyaux et la matière sombre
A large number of astrophysical and cosmological observations support the fact that the matter component of our Universe is mainly composed by dark matter.At the local scale, a static and dense dark matter halo should surround the Milky Way.The directional detection idea is to measure the direction of nuclear recoils produced by the interaction with dark matter particles.This detection strategy could highlight a correlation between the angular distribution of nuclear recoils and the relative motion of the solar system respect to the galactic halo.Such signature opens the possibility to discriminate such rare events with respect to neutron background allowing the positive direct detection of dark matter.In this context, MIMAC collaboration has developed a detector allowing the measurement of 3D nuclear recoil tracks.Since June 2012, a bi-chamber prototype is installed at the LSM to demonstrate the potential of this detector.This Ph.D. thesis presents a study of dark matter directional detection with the MIMAC detector including four different aspects.The first one consist in the characterization of the detector describing the energy calibration, the measurement of the quenching factor and the electron drift velocity and the electron/recoil discrimination.The second one focuses on the analysis of experimental data acquired at the LSM. This study shows, for the first time, the observation of low energy 3D nuclear recoil tracks from the radon progeny.The third one describes the neutron background simulation at the LSM with a neutron propagation model showingthe expected neutron event rate and the impact on exclusion limits.Finally, the fourth one is related to the study of the impact of squarks masse limits from LHC results on supersymmetric particles interaction with quarks

Un nouveau contrôleur de EMCCD (Electron multiplying Charge Coupled Device) est présenté. Il permet de diminuer significativement le bruit qui domine lorsque la puce EMCCD est utilisé pour du comptage de photons: le bruit d'injection de charge. À l'aide de ce contrôleur, une caméra EMCCD scientifique a été construite, caractérisée en laboratoire et testée à l'observatoire du mont Mégantic. Cette nouvelle caméra permet, entre autres, de réaliser des observations de la cinématique des galaxies par spectroscopie de champ intégral par interférométrie de Fabry-Perot en lumière Ha beaucoup plus rapidement, ou de galaxies de plus faible luminosité, que les caméras à comptage de photon basées sur des tubes amplificateurs. Le temps d'intégration nécessaire à l'obtention d'un rapport signal sur bruit donné est environ 4 fois moindre qu'avec les anciennes caméras. Les applications d'un tel appareil d'imagerie sont nombreuses: photométrie rapide et faible flux, spectroscopie à haute résolution spectrale et temporelle, imagerie limitée par la diffraction à partir de télescopes terrestres (lucky imaging), etc. D'un point de vue technique, la caméra est dominée par le bruit de Poisson pour les flux lumineux supérieurs à 0. 002 photon/pixel/image. D'un autre côté, la raie d'hydrogène neutre (HI) à 21 cm a souvent été utilisée pour étudier la cinématique des galaxies. L'hydrogène neutre a l'avantage de se retrouver en quantité détectable au-delà du disque optique des galaxies. Cependant, la résolution spatiale de ces observations est moindre que leurs équivalents réalisés en lumière visible. Lors de la comparaison des données HI, avec des données à plus haute résolution, certaines différences étaient simplement attribuées à la faible résolution des observations HI. Le projet THINGS (The HI Nearby Galaxy Survey a observé plusieurs galaxies de l'échantillon SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey). Les données cinématiques du projet THIGNS seront comparées aux données cinématiques obtenues en lumière Ha, afin de déterminer si la seule différence de résolution spatiale peut expliquer les différences observées. Les résultats montrent que des différences intrinsèques aux traceurs utilisées (hydrogène neutre ou ionisé), sont responsables de dissemblances importantes. La compréhension de ces particularités est importante: la distribution de la matière sombre, dérivée de la rotation des galaxies, est un test de certains modèles cosmologiques
A new EMCCD (Electron multiplying Charge Coupled Device) controller is presented. It allows the EMCCD to be used for photon counting by drastically taking down its dominating source of noise : the clock induced charges. A new EMCCD camera was built using this controller. It has been characterized in laboratory and tested at the observatoire du mont Mégantic. When compared to the previous generation of photon counting cameras based on intensifier tubes, this new camera renders the observation of the galaxies kinematics with an integral field spectrometer with a Fabry-Perot interferometer in Ha light much faster, and allows fainter galaxies to be observed. The integration time required to reach a given signal-to-noise ratio is about 4 times less than with the intensifier tubes. Many applications could benefit of such a camera: fast, faint flux photometry, high spectral and temporal resolution spectroscopy, earth-based diffraction limited imagery (lucky imaging), etc. Technically, the camera is dominated by the shot noise for flux higher than 0. 002 photon/pixel/image. The 21 cm emission line of the neutral hydrogen (HI) is often used to map the galaxies kinematics. The extent of the distribution of the neutral hydrogen in galaxies, which goes well beyond the optical disk, is one of the reasons this line is used so often. However, the spatial resolution of such observations is limited when compared to their optical equivalents. When comparing the HI data to higher resolution ones, some differences were simply attributed to the beam smearing of the HI caused by its lower resolution. The THINGS (The HI Nearby Galaxy Survey) project observed many galaxies of the SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey) project. The kinematics of THINGS will be compared to the kinematic data of the galaxies obtained in Ha light. The comparison will try to determine whether the sole beam smearing is responsible of the differences observed. The results shows that intrinsic dissimilarities between the kinematical tracers used are responsible of some of the observed disagreements. The understanding of theses differences is of a high importance as the dark matter distribution, inferred from the rotation of the galaxies, is a test to some cosmological models

Cette thèse porte sur la recherche et l'amélioration de cryoréfrigérateurs à désaimantation adiabatique (ADR) pour la gamme 4 K - 50 mK. Ce refroidissement à 50 mK permettra de répondre aux besoins de réfrigération des détecteurs les plus sensibles envisagés pour les instruments des missions d'astrophysique. Ce réfrigérateur doit être efficace et de masse optimisée.Les axes clefs de ce travail sont la mise au point d’une méthode d’identification de réfrigérants magnétiques de haute performance et l'étude d’interrupteurs thermiques efficaces. Parmi les matériaux étudiés, le YbGG (Yb3Ga5O12) a été identifié comme un excellent réfrigérant potentiel pour la gamme 1.5 K - 0.4 K, confirmé par sa caractérisation expérimentale. Le travail sur les interrupteurs thermiques à gaz d'échange a permis de supprimer ou de réduire de façon importante des effets de courts-circuits thermiques transitoires parasites, lesquels apparaissent dans les conditions particulières d’utilisation de ce type de cryocooler. Finalement, un démonstrateur de cryoréfrigérateur constitué de 3 étages d’ADR en série, adapté pour les besoins des futures missions spatiales, a été dimensionné et fabriqué
Highly sensitive detectors required for astrophysics missions demand temperatures of about 50 mK to operate with the targeted sensitivity. This PhD work is dedicated on the research and development of Adiabatic Demagnetization Refrigerators (ADR) for space in the 4 K - 50 mK range. In particular, this cryocooler is required to be efficient with optimized mass.The key points of this work are the development of a method allowing the identification of highly efficient paramagnetic materials and the improvement of thermal heat switches. Among the material studied, YbGG (Yb3Ga5O12) was identified to have a great potential as a magnetic refrigerant in the 1.5 K - 0.4 K range, which was confirmed by its characterization. Transient thermal short circuits may appear on the gas-gap thermal switches under the working conditions of this cryocooler. This study allowed us to suppress or to considerably attenuate this effect. Finally, a cryocooler prototype consisting of 3 ADR stages was designed and built

Depuis quelques decennies, le soleil est l'objet d'une attention toute particuliere. A petite comme a grande echelle, de nombreux observateurs scrutent sa surface, dans l'espoir de retirer des informations cruciales pouvant nous renseigner sur son fonctionnement precis. Parmi la multitude des methodes observationnelles, celle developpee a l'observatoire de bordeaux s'est fixee pour but d'etudier la dynamique convective solaire a large echelle. Le principe du spectrometre utilise est base sur la methode de resonance magnetique. L'instrument permet de sonder la raie nad1 du soleil en cinq points equirepartis autour de la longueur d'onde centrale. Une premiere partie de la these est consacree a la presentation de methodes de moindres carres non lineaires. Une deuxieme partie presente les etudes preliminaires qui ont permis de developper les routines de depouillements des donnees et decrit notamment la recherche qui a abouti a la fonction mathematique permettant de lisser les cinq points de mesure du profil. Une derniere partie montre les resultats obtenus avec les observations de la premiere campagne 91-92. Des resultats originaux concernant la dynamique observee dans les regions actives y sont presentes. On pourra aussi trouver une reflexion sur une modelisation simple de l'assombrissement centre-bord

Un siècle après leur prédiction par Albert Einstein, le 14 septembre 2015 des ondes gravitationnelles provenant de la coalescence de deux trous noirs ont été observées, ouvrant ainsi le champ à une toute nouvelle astronomie et une nouvelle manière d'étudier la gravitation. La faible amplitude des ondes gravitationnelles nécessite des détecteurs spécifiques et très sensibles. Advanced Virgo est un interféromètre kilométrique de deuxième génération dédié à la détection des ondes gravitationnelles. Un des éléments nécessaires pour atteindre la sensibilité requise est le système optique de filtrage appelé l’Output Mode Cleaner ou OMC, placé en sortie de l'interféromètre, et composé de deux cavités optiques. Ce manuscrit présente l'étude et la caractérisation de ce système optique de filtrage. Ce travail a permis de sélectionner les deux cavités actuellement installées dans le détecteur Advanced Virgo. Les performances de filtrage et l’impact de l’OMC sur la sensibilité du détecteur sont également décrits
About 100 years after their prediction by Albert Einstein gravitational waves produced by the coalescence of two black holes were observed on the 14th of September 2015, opening the field of gravitational wave astronomy and a new way to study gravitation. The small amplitude of gravitational waves requires specific and very sensitive detectors. Advanced Virgo is a second generation kilometric interferometer dedicated to the detection of gravitational waves. A necessary element to reach the required sensitivity is the filtering optical system named the Output Mode Cleaner or OMC, placed at the output of the interferometer, and composed of two optical cavities. This thesis shows the study and characterization of this optical system. This work informed the selection of the two optical cavities actually installed in the Advanced Virgo detector. The filtering performances and impact of the OMC on the detector sensitivity are also described

There is growing evidence that supermassive black holes may play a crucial role for galaxy evolution, in particular during the formation of massive galaxies at high redshift (z ~ 2 - 3). Our work focuses on quantifying the effects of jets of radiogalaxies and of large bolometric luminosities of quasars on the interstellar gas in their host galaxies. To this end, we studied the kinematics of the ionized gas in 12 moderately powerful radio galaxies and 11 quasars (6 radio-loud and 5 radio-quiet) at high redshifts with rest-frame optical imaging spectroscopy obtained at the VLT with SINFONI. We searched for outflows and other signatures of feedback from the supermassive black holes in the centers of these galaxies to evaluate if the AGN may plausibly quench star formation. In our sample of moderately powerful radiogalaxies, we observe velocity dispersions nearly as large as those observed in the most powerful ones (with FWHM ~ 1000 km/s), but the quantity of ionized gas is decreased by one order of magnitude (Mion gas ~ 10^8 - 10^9 Msun) and velocity gradients tend to be less dramatic (Δv < 400 km/s), when they are observed. In our sample of quasars, we had to carefully subtract the broad spectral component of emission lines to have access to its narrow, and spatially extended, component. We detect truly extended emission line regions in 4/6 sources of our radio-loud subsample and in 1/5 source of our radio-quiet subsample. We estimate that masses of ionized gas in these sources are smaller than in our sample of high-redshift radiogalaxies (with Mion gas ~ 10^7 - 10^8 Msun) and kinematics tend to be more quiescent, akin to what is observed in local quasars. Finally, detailed observations of two outliers among our sample of high-redshift radiogalaxies revealed that one of them is closely surrounded by 14 companions galaxies, hence lying in an overdensity. We therefore interpret the presence and morphology of ionized gas around these galaxies as evidence for repeated cycles ouf AGN outbursts, akin to what can be observed in local clusters of galaxies, which are prime examples of AGN feedback in the nearby Universe.

Le détecteur d'ondes gravitationnelles par interférométrie optique Virgo atteindra bientôt sa sensibilité nominale.
Les sources astrophysiques attendues sont principalement les coalescences de systèmes binaires d'objets compacts et les supernovas gravitationnelles. Les amplitudes des signaux sont à la limite de la sensibilité de l'instrument, les taux d'événements observables sont faibles et les formes d'ondes mal connues, notamment pour les effondrements gravitationnels.
L'analyse des données repose sur la recherche de signaux de faible amplitude dans du bruit coloré. Dans ce contexte, ce travail propose l'utilisation de décompositions temps-fréquence des séries temporelles pour la détection de signaux courts. Les performances de cette approche sont estimées en simulation et comparées à celles d'autres méthodes de détection disponibles dans la communauté.
Une autre difficulté pour l'analyse est la présence de structures spectrales étroites dans la distribution d'énergie en fréquence des données. Elles proviennent de résonances mécaniques des miroirs et du système d'isolation sismique de l'instrument. L'utilisation de filtres de Kalman pour éliminer ces bruits bien modélisés avant l'analyse est présentée. Le problème essentiel
de l'estimation des paramètres du modèle est traité, avec l'objectif d'une réestimation dynamique.
Enfin ces outils sont appliqués aux données Virgo disponibles, avec comme résultat principal la mise en évidence de sources de bruits instrumentaux importantes, dont la suppression demandera une amélioration du fonctionnement et une meilleure isolation de l'environnement.

Le système TRAPPIST-1 offre une opportunité sans précédent de caractériser les premières planètes potentiellement habitables en dehors de notre système solaire. Dans ce mémoire est décrit le développement d’un pipeline de réduction de données personnalisé pour le mode WIRC+Spec de la caméra infrarouge à grand champ récemment mise à niveau à l’observatoire Palomar. Nous introduisons une nouvelle approche d’ajustement de la fonction d’étalement du point basée sur la transformation de Karhunen-Loève pour extraire des courbes de lumière photométrique et spectroscopique de sources de forme irrégulière, que nous appliquons aux observations de l’exoplanète TRAPPIST-1d pour mesurer ses spectres de transmission dans les bandes J (1.1 à 1.4 µm) et Ks (1.95 à 2.35 µm). Un guide détaillé est présenté pour l’implémentation d’un calcul de profils de température incluant l’équilibre radiatif et convectif pour une modélisation atmosphérique efficace et précise. En comparant une multitude de scénarios atmosphériques aux observations de TRAPPIST-1d, nous obtenons des contraintes sur la composition et la structure de son atmosphère, excluant les scénarios sans nuages avec des métallicités inférieures à 300 fois la valeur solaire à 3σ.
The TRAPPIST-1 system provides an unprecedented opportunity to characterize the first potentially habitable planets outside our solar system. In this work we describe the development of a custom data reduction pipeline for the WIRC+Spec mode of the recently upgraded Wide Field Infrared Camera instrument on Palomar Observatory. We introduce a novel, Karhunen-Loève transform based approach to extract photometric and spectroscopic light curves from irregularly shaped sources, which we apply to observations of the TRAPPIST-1d exoplanet to measure the J band (1.1 to 1.4 µm) and Ks band (1.95 to 2.35 µm) transmission spectra. We also present a detailed guide into the implementation of a self-consistent, radiative-convective temperature structure calculation for efficient and accurate atmospheric modelling. Comparing a host of atmospheric scenarios to the observations of TRAPPIST-1d to date, we constrain its atmosphere, ruling out cloud-free atmospheres with metallicities lower than 300 times the solar value at 3σ confidence.