Littérature scientifique sur le sujet « Astrophysique – Instruments »

The european X-ray observatory (EXOSAT), which was launched in 1983 and which finished operations in April 1986, has brought a rich harvest of results in the period 1984-1987, surveyed here. The EXOSAT payload consisted of three sets of instruments: two low energy imaging telescopes (LE:E<2 KeV), a medium-energy experiment (ME:E=l-50KeV) and a gas scintillation proportional counter (GSPC:E=2-20KeV). Over most of the energy range covered, EXOSAT was not more sensitive than its predecessor, the american EINSTEIN satellite. But the EINSTEIN satellite is far from having exhausted the treasures of the X-ray sky. And EXOSAT, thanks to its elliptical 90-hour orbit, had the extra advantage of being able to make long, continuous observations of interesting objects, lasting up to 72 hours. Thus, EXOSAT was very well suited for variability studies, and many of its most important findings are in this area. EXOSAT observations sample a vide range of astrophysical sources: X-ray binaries, cataclysmic variables and active stars; supernova remnants and the interstellar medium; active galactic nuclei, and clusters of galaxies. Among the highlights, let us mention:

AbstractBecause modern astronomy associates the quest of our origins and high-tech instruments, communicating and teaching astronomy explore both science and technology. We report here on our work in communicating astronomy to the public through Web sites (www.herschel.fr), movies on Dailymotion (www.dailymotion.com/AstrophysiqueTV) and new ITC tools that describe interactively the technological dimension of a space mission for astrophysics.

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