Dissertations / Theses on the topic 'Champ gravitationnel'

Le centre de la Galaxie constitue un laboratoire idéal pour mettre à l'épreuve les prédictions de la relativité générale. Le trou noir supermassif qui y siège possède le rayon de Schwarzschild ayant la plus grande taille angulaire sur le ciel (10 μas). C'est donc un candidat de choix pour observer avec une grande précision les phénomènes relativistes qui se déroulent dans son environnement immédiat. La première partie de ma thèse a consisté à étudier la précision astrométrique de l'instrument de deuxième génération du VLTI, GRAVITY. Ce recombinateur de faisceau qui sera installé à Paranal en 2014 est conçu pour atteindre une précision astrométrique de l'ordre de 10 μas. Afin de vérifier si ce but pourra être atteint, j'ai utilisé un programme de simulation de l'instrument pour déterminer de façon réaliste l'erreur astrométrique commise, en prenant en compte les caractéristiques réelles de GRAVITY. J'ai pu ainsi montrer que l'instrument était capable d'atteindre son objectif pour des sources suffisamment brillantes, ainsi que de mettre en évidence le mouvement d'objets à proximité immédiate du trou noir. J'ai ensuite développé un code de calcul d'orbites relativistes, GYOTO, permettant de calculer les images et les spectres d'objets situés à proximité d'un trou noir. Différents objets sont à l'heure actuelle implémentés dans le code. On peut citer en particulier le disque mince d'accrétion, le tore d'accrétion, ou l'étoile en orbite autour du trou noir. GYOTO permet également de réaliser des calculs de transfert radiatif au sein de l'objet considéré, ce qui permet de prendre en compte la physique interne des structures d'accrétion. Signalons que GYOTO sera rendu public dans un proche avenir. J'ai pu alors utiliser GYOTO pour calculer la silhouette et le spectre d'un tore d'accrétion entourant le trou noir central de la Galaxie, en prenant en compte l'émission synchrotron générée par cette structure. L'intérêt de ce genre de simulation est de contraindre les paramètres du trou noir et du tore d'accrétion en ajustant les spectres modélisés aux données observées. J'ai également simulé grâce à GYOTO l'évolution d'une sphère de gaz chauffée en orbite très serrée autour du trou noir. Ce schéma constitue un modèle prometteur pour les phénomènes de sursauts de rayonnement qui sont régulièrement observés aux abords du trou noir central. Il a alors été possible de simuler de façon réaliste une observation par GRAVITY de ce phénomène, et de déterminer les contraintes que l'instrument permettra d'apporter sur ce modèle, et sur le paramètre d'inclinaison du trou noir. Je me suis également intéressé à la possibilité de modéliser des objets compacts alternatifs afin de tester le paradigme du trou noir au centre de la Galaxie. Afin de pouvoir prendre en compte de tels objets, il a fallu permettre à GYOTO d'intégrer des orbites de particules dans des métriques non standards calculées numériquement, dans le formalisme 3+1 de la relativité générale. Cette capacité de GYOTO à prendre en compte des métriques non standards en fait un code unique parmi les algorithmes de calcul d'orbites existant dans la littérature. Je me suis alors intéressé à fournir quelques perspectives d'utilisation de GYOTO en métriques numériques. L'implémentation d'un objet gravastar au sein de la bibliothèque LORENE n'ayant pas abouti, je me suis intéressé à représenter les images observées d'une étoile à neutrons en effondrement, à différents stades de son évolution. Ce genre de calculs pourra permettre dans l'avenir de calculer numériquement les contreparties électromagnétiques de phénomènes en champ gravitationnel fort, telle que l'émission de rayonnement à proximité d'un système d'étoiles à neutrons en coalescence.

La langue est un fait social, donc il y moins de langues que d'hommes. Chaque homme ne peut parler rien de moins qu'une langue, donc tout topolecte en est une. Une langue n'a pas de variétés. Toute diversité est donnée par l'interaction entre langues et par le devenir incessant qui en découle, donnant lieu à de nouveaux états de langue = langues. La communauté primaire, le centre habité, n'a pas de topolectes, linguistiquement elle est une point ; des communautés secondaires peuvent donner lieu à d'autres langues communes. "l'espace linguistique" est un champ de forces, les langues en sont les vecteurs. Les rapports entre langues sont réglés par la loi gravitationnelle. Les paramètres en sont la masse de parole – résultant du débit de parole x l'ampleur de l'auditoire x la teneur en la langue donnée – la distance, qui mesure l'exposition. Les deux déterminent l'intensité et le sens des attractions. La diversité interindividuelle se situe sur la ligne du temps ; la communauté a à tout instant une voix à elle, une et une seule langue. Il y a donc au monde environ 2 millions de centres habités = 2 millions de langues >, un terminus ad quem. L'identité absolue de deux langues en fait une langue unique, mais elle doit être prouvée cas par cas : nous pensons qu'elle ne pourra l'être que dans le cadre du village global/de la ville diffuse. La langue étant un vecteur, une grandeur mathématique (l'intensité) en est définitoire. L'interaction de ces grandeurs dessine l'état linguistique du monde ainsi que la prévision de son avenir. Une enquête sur le terrain, menée pendant neuf mois au Mali, nous pourvoit un essai de vérification du modèle
Language is a social fact, therefore there are less languages than men. Every man cannot speak anything less than a language, therefore every topolect is one. A language has no varieties. Any diversity originates from the interaction among languages and the ceaseless change it gives rise to, resulting in new states of language = languages. The primary community, the inhabited centre, has no topolects, it is linguistically a point ; secondary communities can give rise to more languages (“common languages”). The “linguistic space” is actually a field of force, whose vectors are languages. Relationships between languages are ruled from gravitational laws. Their parameters are the mass of parole, resulting from the release of parole x the width of the audience x the content in the given language ; as well as the distance, that measures exposure. Both bring about the intensity and the direction of attraction. Inter-individual diversity spans the time-line, alongside language change. There are accordingly worldwide, at any moment, about 2 million inhabited centres = 2 million languages >, a terminus ad quem. Absolute identity of two languages does add up to a single language, but it has to be proved each time : we think that it can't, unless within the framework of the global village / the diffuse city. As language is a vector, it is defined by a mathematical quantity-intensity. The interaction of these vectors sketches the linguistic state of the world as well as the forecast of future change. A nine-months field survey in Mali provides us with a test of validation of the model

Ce travail aborde quelques aspects lies au comportement des suspensions colloidales placees dans un ecoulement laminaire et soumises a un champ gravitationnel d'intensite controlee. Cette etude s'inscrit dans le cadre de la technique de fractionnement par couplage flux-force par centrifugation. La technique repose sur l'association entre un ecoulement laminaire assure continument dans un canal parallelepipedique en forme de ruban cintre sur le panier d'une centrifugeuse qui permet de generer un champ de force centrifuge dans le canal. La separation resulte de l'action du champ qui permet une repartition selective des particules selon la direction transverse de la cellule et la migration differentielle induite par un ecoulement, non homogene transversalement, dans la direction longitudinale du canal. Une espece est caracterisee par son temps de sejour (temps de retention) dans le canal. Une suspension de particules identiques placee dans un champ de force constant est caracterisee par un profil exponentiel de concentration dans la direction du champ. Une modification du champ entraine une modification de ce profil. Cette modification donne lieu a des phenomenes hors equilibre. On parle de relaxation primaire et de relaxation secondaire respectivement lors d'une augmentation et lors d'une diminution de l'intensite du champ. Ces phases transitoires ont ete etudiees pour determiner leur influence sur la distribution des temps de sejour des especes d'un echantillon dans le canal. Les effets de la rotation sur l'ecoulement dans la cellule se traduisent par des ecoulements secondaires dus aux forces de coriolis. Suivant le sens relatif de la rotation et de l'ecoulement principal, ces ecoulements vont modifier plus ou moins la distribution des temps de retention. Ces differents elements nous permettent de presenter un protocole de determination de la distribution granulometrique d'une suspension polydisperse. Ce protocole est applique a la caracterisation d'une emulsion.

CHAPITRE 1 : le problème du mouvement d'un solide autour de l'un de ses points fixes admet une infinité de solutions stationnaires dépendant de trois paramètres. Le problème de l'influence d'une tige élastique sur la stabilité des rotations permanentes du solide de révolution place dans le champ newtonien central, conduit à la recherche du minimum d'une fonctionnelle convenable. On obtient des conditions suffisantes de stabilité. Celles-ci montrent l'influence déstabilisatrice de la tige élastique. CHAPITRE 2 : le problème de stabilité d'un solide tournant a cavité complètement remplie de liquide est traite dans le cadre de la théorie linéaire. Nous donnons des conditions suffisantes de stabilité qui, en première approximation, coïncident avec celle de Rumiantsev, et également des conditions d'instabilité. CHAPITRE 3 : le problème de stabilité du mouvement d'un solide se déplaçant dans un fluide et suspendu a une tige élastique est traité par application de la théorie de Rumiantsev. Nous obtenons des conditions suffisantes de stabilité par rapport aux paramètres d'orientation du corps et certaines fonctionnelles attachées a la tige

Ce travail présente l’étude des propriétés viscoélastiques des hématies soumises à des champs de gravitation oscillatoires. Ces hématies sont suspendues dans une solution physiologique et leur densité numérique est elle que l’influence de cellules voisines est négligeable. Une couche monocellulaire est formée dans une centrifugeuse en plexiglas transparent et soumise à différentes accélérations. Un faisceau laser traverse le milieu de suspension et produit une figure de diffraction circulaire. Un changement périodique de la vitesse de rotation de la centrifugeuse entraîne une déformation périodique des hématies. Cette déformabilité cellulaire est analysable grâce à la figure de diffraction et en particulier grâce au maximum d’intensité de premier ordre. Plusieurs signaux d’oscillation ont été utilisés sur un spectre de fréquence donné. L’influence de différents facteurs a été étudiée pour chaque signal afin de tester et valider la méthode : rigidification membranaire, variation de volume et de viscosité intracellulaire, variation de la viscosité du milieu externe, déoxygénation…Cette méthode, rapide et ne nécessitant que quelques uL de sang, permet la détection de variations relatives à la membrane ou la viscosité interne. Cette méthode de mesure en mode dynamique a été appliquée lors des contrôles qualités des concentrés d’hématies dans les centres de transfusion sanguine. Les propriétés viscoélastiques des hématies ont été évaluées à intervalles réguliers pendant 42 jours, soit la durée officielle de conservation des globules rouges.

Dans une première partie, nous exposons la théorie de la diffusion pour un champ de Dirac massif et chargé en métrique de DeSitter-Reissner-Nordstrøm ou de Reissner-Nordstrøm. Cette théorie consiste en l'étude de l'existence et de la complétude asymptotique des opérateurs d'onde à l'horizon et à l'infini. Dans la seconde partie de la thèse, nous présentons une étude mathématique de la radiation d'Hawking pour un champ de Dirac chargé : dans le cas d'une étoile s'effondrant en un trou noir, nous montrons qu'un observateur, au repos par rapport à l'infini, voit aux derniers instants de l'effondrement de l'étoile, dans son temps propre, l'émergence d'un état ther-mal d'Hawking.

Le but de cette these a ete d'etudier l'interaction d'atomes avec des lasers en presence de champs gravitationnels et inertiels. Elle propose un cadre de description a la fois quantique et relativiste a cette interaction. La premiere partie est une introduction aux travaux anterieurs a ce travail. La deuxieme et la troisieme parties exposent respectivement la theorie proposee en espace-temps plat et en espace-temps courbe. La quatrieme partie tire des applications de cette theorie; les corrections d'origine relativiste, gravitationnelle et inertielle a cette interaction sont donnees

Nous étudions le problème de diffusion inverse et un problème inverse de valeurs au bord pour l'équation de Newton-Einstein pluridimensionnelle décrivant le mouvement d'une particule classique relativiste dans un champ externe électromagnétique
(ou gravitationnel) statique. Le cas d'une particule classique non relativiste est aussi considéré. Nous supposons que le champ externe est suffisamment régulier et suffisamment décroissant à l'infini. Tout d'abord on rappelle (et on développe) des résultats donnant l'existence et des propriétés de l'opérateur de diffusion. Puis on obtient, en particulier, l'asymptotique aux hautes énergies de l'opérateur de diffusion, et on montre que cette asymptotique détermine de manière unique (par des formules explicites) le champ externe. Enfin on obtient un théorème d'unicité à énergie fixée pour le problème inverse de valeurs au bord, et on en déduit, en particulier, qu'à énergie fixée suffisamment grande l'opérateur de diffusion détermine de manière unique le champ externe lorsque celui-ci est aussi supposé à support compact. Les résultats de cette thèse ont été obtenus en développant, en particulier, des méthodes de [Gerver-Nadirashvili, 1983] et [R. Novikov, 1999].

La cosmologie est actuellement à un tournant de l'histoire de son développement. L'abondance de données observationnelles diverses et précises a permis de développer et de confirmer un modèle standard de concordance pour décrire les grandes échelles de l'Univers. Fort de ce succès, il devient crucial d'interroger les fondements de ce modèle standard, afin, notamment, d'éclaircir l'origine d'environ 90 % du contenu énergétique de l'Univers, qualifié de matière et d'énergie sombres.
En lien avec le problème de l'énergie sombre, cette thèse se propose d'explorer, à travers les propriétés dynamiques de champs scalaires, deux principes qui se trouvent au coeur de la cosmologie: les principes d'équivalence et cosmologique.
Le principe d'équivalence est abordé à travers les théories scalaire-tenseur de la gravité, permettant d'intégrer la Relativité Générale dans un cadre large de théories respectant la version faible du principe d'équivalence tout en permettant de tester sa version forte. Dans cette perspective, les propriétés dynamiques et les conséquences cosmologiques de ces théories sont discutées.
Le principe cosmologique quant à lui est reformulé; ses contours sont redéfinis, menant à la formulation de modèles cosmologiques différents du modèle standard, par le biais des cosmologies inhomogènes moyennées. Ces modèles permettent de prendre en compte de façon consistante la structuration à petites échelles de l'Univers et son homogénéité aux grandes échelles, ouvrant ainsi la possibilité d'expliquer l'énergie sombre par la formation des structures; il est également possible de les mettre en correspondance avec l'apparition de champs scalaires dans le cadre du modèle standard.

La presence d’inhomogénéite de matière le long de la ligne de visée d’une source lumineuseprovoque la déviation des rayons lumineux : c’est l’effet de lentille gravitationnelle. Dans cette thèse, nous etudions l’effet de lentille gravitationnelle qui affecte les supernovae détectées par le Supernova Legacy Survey et induit une dispersion supplémentaire dans leur distribution en magnitude observée. Cet effet est mis en évidence par la mesure d’une corrélation positive entre : d’une part, le résidu au diagramme de Hubble c’est-à -dire à l’ajustement de la dépendance en redshift de la magnitude de la supernova ; d’autre part, la magnification calculée en modélisant les halos galactiques présents le long de la ligne de visée. Une corrélation positive est estimée, en utilisant les données à cinq ans du Supernova Legacy Survey. Le résultat obtenu est compatible avec les résultats précédemments obtenus sur un lot de supernovae plus restreint
The presence of mass inhomogeneities along the line of sight of propagation of light fromdistant objects can induce deflection in the flight path of the photon. This phenomenon is called as gravitational lensing. Lensing can have both distortion (shear) and isotropic magnification effects on the source. We studied the effect of lensing magnification on supernova (SN) Ia in this thesis. Presence of lensing would introduce a source of contamination to the brightness distribution of the source (SN Ia in our case). Thus it also enables one to compute the lensing effect indirectly from the Hubble diagram (i.e. from the residual to the Hubble diagram). In this thesis we computed the correlation between these two effects : the Hubble residual and the computed lensing magnification for the SN by the line of sight foreground dark matter haloes. A detection of positive correlation between these two would signify the positivity of lensing signal detection. The data sample is the spectroscopic SNe Ia sample from the five years full SNLS data and the Hubble resiudals are those of the preliminary cosmology analysis performed on SNLS5 data. We obtain a signal of _ = 0.177 at 2.51_. This result is consistent with the previous SNLS three years data lensing analysis results

Cette thèse se propose d'étudier plusieurs phénomènes hydrodynamiques et magnétohydrodynamiques pouvant induire une asymétrie dans les explosions de supernovae gravitationnelles. Dans la première partie de ce manuscrit consacrée au contexte général, nous décrivons d'abord les indications théoriques et observationnelles suggérant une asymétrie importante. Nous présentons ensuite plusieurs instabilités susceptibles de briser la symétrie sphérique initiale, en insistant en particulier sur le rôle de l'instabilité du choc d'accrétion nommée SÀSI. La deuxième partie constitue une étude hydrodynamique de SASI. Nous présentons tout d'abord un argument utilisant la fréquence des modes instables et permettant de trancher entre les deux mécanismes proposés pour expliquer la croissance linéaire de SASI. Dans un deuxième temps, nous étudions la dynamique non linéaire de SASI et proposons pour la première fois un mécanisme responsable de sa saturation. Dans ce scénario, la saturation est due à la croissance d'instabilités parasites sur le mode de SASI. La prédiction semi analytique de l'amplitude de saturation est comparée avec succès à des simulations numériques publiées. La troisième partie décrit l'effet d'un champ magnétique modéré. Nous montrons que celui-ci peut avoir un effet stabilisant ou déstabilisant sur SASI selon sa géométrie. Nous nous concentrons ensuite sur la dynamique d'une surface d'Alfvén, où les vitesses d'advection et d'Alfvén coïncident. Nous montrons que l'amplification d'ondes d'Alfvén à proximité de cette surface crée une rétroaction acoustique, qui pourrait affecter la dynamique du choc si l'énergie magnétique est comparable à l'énergie cinétique
This thesis is devoted to the study of several hydrodynamical and magnetrohydrodynamical phenomena that could create an asymmetry in core collapse supernovae. In the first part giving the general context, we first describe the theoretical and observational indications suggesting an I important asymmetry. We then present several instabilities that could break the initial spherical symmetry, insisting particularly on the role of the Stationary Accretion Shock Instability (SASI). The second part is dedicated to a hydrodynamical study of the Standing Accretion shock instability. We first give an argument using the frequency of unstable modes that enables us to distinguish between the two mechanisms proposed to explain the linear growth of SASI. As a second step, we study thé non-linear dynamics of SASI and propose for the first time a mechanism responsible for its saturation. In this scenario, the saturation occurs when parasitic instabilities are able to grow fast enough on a SASI mode. The semi-analytical prediction of the saturation amplitude is successfully compared with published numerical simulations. The third part studies the effect of a moderate magnetic field. We find that such a magnetic field can have either a stabilizing or a destabilizing effect on SASI depending on its geometry. We then concentrate on the dynamics of the Alfvén surface, where the Alfvén and the advection speed coincide. We show that the amplification of Alfvén waves near this surface creates a pressure feedback, which could affect significantly the dynamics of the shock if the magnetic energy is comparable to the kinetic energy

Les mirages gravitationnels de sources (quasi)-ponctuelles, quasars ou noyaux actifs, sont une consequence extreme de la deformation de l'espace-temps au voisinage de galaxies d'avant-plan: en jouant le role de lentille gravitationnelle pour les rayons lumineux, leur masse peut entrainer une demultiplication de l'image source. En particulier, lorsqu'existent quatre images-mirages fortement amplifiees, le nombre eleve d'observables independants laisse esperer d'importantes retombees astrophysiques concernant les zones emissives compactes des quasars, les masses lumineuses ou sombres des galaxies deflectrices, ou les parametres cosmologiques regissant notre univers. Le spectrographe integral de champ t. I. G. E. R. , que nous avons utilise, est particulierement bien adapte a l'etude de ces systemes compacts et complexes. Nous avons pu exploiter les hautes resolutions spatiales autorisees par le canada-france-hawai-telescope et cartographier en deux dimensions les grandeurs physiques interessantes dans un intervalle spectral donne. Suite aux observations de la croix d'einstein (2237+0305) et du trefle a quatre feuilles (1413+1117), l'etude de l'energie emise d'une part dans le continuum et d'autre part dans les raies d'emission nous a permis de mesurer, pour chaque image, les effets de scintillation gravitationnelle dus aux masses compactes constituant le deflecteur. Il a egalement ete possible de mieux separer, et donc caracteriser, les images de la source et celle de la galaxie lentille ainsi que de deduire les rapports d'amplification moyens entre les differentes composantes du mirage. Grace a la meilleure modelisation de ces phenomenes ainsi facilitee par la spectrographie bidimensionnelle, nous avons calcule que les decalages temporels, consecutivement a une variation de la source, mesures entre les images de mirages plus disymetriques comme pg 1115+080 ou b 1422+231, devraient permettre de determiner plus precisement, et par une methode plus fiable, le taux d'expansion de l'univers ainsi que de contraindre son degre d'homogeneite ou la courbure de sa geometrie

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs aspects concernant la nature des ondes gravitationnelles et leur détection. Les ondes gravitationnelles dans les jours présents sont l'objet d'intenses études théoriques et sont intéressants du point de vue de la détection. À l'heure actuelle, il ya plusieurs détecteurs visant la détection de nombreux objets compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs. Dans le cadre de ce que, dans cette thèse, nous étudions les émissions de gravitons par les trous noirs primordiaux dans l'univers primitif et prévoir leur spectre. Après le Bing-Bang la densité du plasma primordial qui compose l'univers était trop élevé et la probabilité d'effondrement gravitationnel de la matière en objet compact, à savoir les trous noirs auraient pu être élevé. Une fois que ces objets sont formées, elles commencent à interagir efficacement entre chaque gravitons électroluminescentes autres par plusieurs mécanismes. Nous étudions d'émission de lumière par graviton trous noirs primordiaux à la suite de la diffusion quantique et classique entre eux, l'émission de gravitons par les systèmes binaires de trous noirs primordiaux et l'évaporation graviton à travers le mécanisme Hawking. Le spectre des gravitons émis est assez large à partir de la partie inférieure de quelques Hz et fin à des fréquences très élevées au-dessus du GHz. Le spectre prédit peut être révélé par des interféromètres spatiaux tels que prévus DECIGO dans la partie inférieure de celui-ci. La partie haute fréquence du spectre est difficile à observer car il n'y a pas un tel détecteurs sensibles élevées afin de le détecter. En raison de cette difficulté, nous avons construit une nouvelle façon pour l'observer à travers le mécanisme du graviton à oscillation photon. Ce mécanisme est possible chaque fois qu'un couple d'ondes gravitationnelles à un champ magnétique de fond et comme un résultat est généré un non trivial tenseur énergie-impulsion qui serpente l'espace-temps. Basé sur les limites actuelles de la force de champ magnétique à grande échelle nous prévoyons un fond électromagnétique isotrope d'origine extragalactique qui pourrait remplir l'univers. Dans un tel contexte se pose en raison du fait que les gravitons s'évapore grâce trous noirs primordiaux pourrait osciller en photons dans le champ magnétique. De plus, nous montrons que ce contexte peut être le composant principal de la Cosmic X-ray de référence pour des trous noirs massifs ou même l'expliquer sans nécessiter AGN obscurcis
In this thesis we study several aspects regarding the nature of gravitational waves and their detection. Gravitational waves in the present days are object of intensive theoretical studies and are interesting from the detection point of view. At present there are several detectors aiming their detection from many compact objects such as neutron stars and black holes. In connection with that, in this thesis we study graviton emission by primordial black holes in the early universe and predict their spectrum. After the Bing Bang the density of the primordial plasma which composed the universe was too high and the probability of gravitational collapse of malter into compact object, namely black holes could have been high. Once these objects are being formed they start interacting effectively between each other emitting gravitons by several mechanisms. We study graviton emission by light primordial black holes as a result of quantum and classical scattering between them, graviton emission by binary systems of primordial black holes and graviton evaporation through Hawking mechanism. The spectrum of emitted gravitons is quite wide starting from the lower part of few Hz and ending at very high frequencies above the GHz. The predicted spectrum could be reveled by planned space interferometers such as DECIGO in the lower part of it. The high frequency part of the spectrum is difficult to observe because there are no such a high sensitive detectors in order to detect it. Because of this difficulty we constructed a new way in order to observe it through the mechanism of graviton to photon oscillation. This mechanism is possible whenever a gravitational wave couples to a background magnetic field and as a result is generated a non trivial energy-momentum tensor which curves the space-time. Based on present day limits on the strength of large scale magnetic field we predict an isotropic electromagnetic background of extragalactic origin which could fill the universe. Such a back-ground arises due to the fact that gravitons evaporated by primordial black holes could oscillate into photons in magnetic field. Moreover we show that this background can be the main component of the Cosmic X-ray Background for massive black holes or even explain it without requiring obscured AGNs

Sous l'effet combiné de la rotation rapide et de l'interaction gravitationnelle avec une lune avoisinante, un corps céleste est elliptiquement déformé (marées). Dans les zones liquides à l'intérieur de la planète, cette déformation rend les lignes de courant elliptiques. Cet écoulement elliptique peut être instable, et des ondes inertielles peuvent croître à des amplitudes importantes. Ce mécanisme offre donc un alternatif à la convection pour exciter des écoulements dans les intérieurs planétaires, et donc aussi pour la génération du champ magnétique par effet dynamo. En première instance, il est important de mieux comprendre comment l'écoulement elliptique évolue après sa déstabilisation initiale. Nous proposons un modèle théorique, et nous étudions les scénarios de transition vers des écoulements de plus en plus complexes dans un système modèle en géométrie cylindrique. Nous mettons en place une expérience qui vise à étudier le même problématique, utilisant un métal liquide comme fluide, et mettant l'ensemble sous champ. Nous montrons qu'il est possible de se servir du champ magnétique induit comme méthode de détection des écoulements excités par l'instabilité. A champ magnétique imposé fort, la force de Lorentz devient non-négligeable et nous montrons comment celle-ci agit sur l'instabilité elliptique. Des études en géométrie cylindrique et sphéroïdales sont présentées. Le problème de la dynamo elliptique est de grande importance à l'échelle géophysique. Par une approche numérique, nous trouvons que les ondes inertielles, peuvent exciter une dynamo. Nous proposons une modélisation théorique pour le mécanisme de la dynamo d'ondes inertielles.

Environ 75% de la matière de l'Univers se composent d’une forme mystérieuse, appelée matière noire. La forme des halos de matière noire autour des galaxies contiennent d'importants indices sur la nature profonde de ses particules et sont un sujet de recherche actif depuis quelques dizaines d'années. De nombreuses techniques ont été employées afin d'aboutir a des estimations cohérentes des profiles de halos de matière noire, mais c'est une tache difficile. Ces dernières années, les structures stellaires à basse brillance de surface dans le halo des galaxies ont été observés. On pense que ces structures sont le reste de fusions de galaxies et sont ainsi un outil utile pour étudier les halos à des échelles galactiques. Parmi celles-ci, il existe de longues et minces structures connues sous le nom de courant stellaire, ou de courant de marée. Elles sont formées lors de la perturbation de marée de petites galaxies satellites par le champ gravitationnel de leur galaxie hôte. Puisque le courant de marée suit de prés l'orbite de son progéniteur, on peut l'utiliser efficacement comme traceur du profil de densité du halo, et le sonder le long des axes équatorial et vertical. Dans cette thèse, je poursuis les efforts précédents de modélisation avec une amélioration significative de la méthodologie. La routine d'ajustement est basée sur une méthode Bayesienne. Nous examinons la qualité des contraintes sur la distribution de matière noire des galaxies, le type et la quantité de données nécessaires pour le faire et, en particulier, si il est possible ou pas d'estimer les profils de halos de galaxies externes avec seulement les coordonnées projetées de leurs courants stellaires
About 75% of the matter content of the Universe consists of a mysterious form, termed dark matter. The shapes of dark matter halos around galaxies hold important clues to the underlying nature of their constituent particles and have been an active area of research for several decades. Although, several techniques have been employed to find consistent estimates of the profiles of dark matter halos, it has proved to be a difficult task. In recent years, interesting stellar structures have been observed around galaxies. These structures are thought to be the remnants of galaxy mergers and have emerged as a useful tool to study dark halos at galactic scales. Prominent among these are thing, long features known aptly as stellar streams, or tidal streams as they are formed due to the tidal disruption of small satellite galaxies by the gravitational field of their large host galaxies. Since a tidal stream closely follows the orbit of its progenitor, it can be used as an effective tracer of the halo density profile. In this thesis, I extend previous modelling efforts with a significant improvement in methodology. The fitting routine used is based on Bayesian sampling. We examine how effectively the dark matter distribution of galaxies can be constrained, the quality and quantity of information needed to do so and specifically, whether it is at all possible to estimate the profiles of dark halos of external galaxies with only the projected coordinates of their stellar streams

Nous étudions la dynamique des cordes cosmiques autogravitantes en relativité générale. - par un modèle géométrique de cône arrondi qui décrit localement un tube de matière, nous étudions la corde autogravitante étendue. Par un processus limite des équations d'Einstein, nous obtenons la corde infiniment mince et nous déterminons les équations de mouvement. Nous montrons que la corde engendre une surface de Nambu-Goto sous une contrainte spécifique, tandis que dans le cas générique la surface engendrée est totalement géodésique. - nous considérons un vortex global. Nous déterminons la dynamique d'une corde globale par les équations de champs couplées aux équations d'Einstein. Nous montrons que la gravitation impose à la corde globale d'engendrer une surface totalement géodésique. - dans un contexte sensiblement différent nous calculons pour une métrique statique à symétrie cylindrique, la self-force d'une charge ponctuelle à l'approximation linéaire.

Dans cette thèse, nous étudions deux aspects de la théorie de la gravitation : la correspondance holographique et les théories de la gravité modifiée. La correspondance holographique est une conjecture remarquable qui établit l'équivalence entre certaines théories de la gravitation et certaines théories quantiques des champs. Les recherches dans le domaine de la gravité modifiée portent sur le développement des théories cohérentes de la gravité qui diffèrent de la relativité générale d'Einstein. La première partie de la thèse est dédiée à la correspondance holographique, ou la dualité gauge/gravité. Nous présentons un nouveau formalisme pour étudier les théories d'Einstein- scalaires du point de vue de l'holographie. Nous appliquons ce formalisme à la théorie holographique duale à une théorie de Yang- Mills à quatre dimensions. Nous calculons holographiquement l'action efficace pour le condensat de gluons, ainsi que pour la version de cet operateur qui est invariant sous le groupe de renormalisation. La deuxième partie de cette thèse traite les théories de la gravité modifiée. Nous nous concentrons sur une limite intéressante de la gravité massive autour de l'espace de Sitter. La théorie est connue comme gravité partiellement massless. Nous abordons la question s'il existe une extension non-linéaire de la gravité partiellement massless
In this thesis, we will investigate two aspects of gravitational theories: holographic correspondence and modified gravity theories. Holographic correspondence is a remarkable conjecture which establishes the equivalence between certain gravitational theories and certain quantum field theories. The research in the domain of modified gravity concerns the development of consistent theories of gravity that are different from the standard general relativity. The first part of this thesis is dedicated to the holographic correspondence or the gauge/gravity duality. We will present a novel formalism to study the Einstein-scalar theories from the perspective of holography. We will apply this novel formalism to holographic Yang-Mills theory. We will compute the effective action for the gluon condensate and its relative that is renormalization-roup invariant. The second part of this thesis is about modified theories of gravity. We will focus on an interesting limit of massive gravity around de Sitter space. The theory is known as partially massless gravity. We will investigate whether a non-linear extension for partially massless gravity exists

Durant les deux dernières décennies, de nombreux efforts ont été apportés pour comprendre le processus de formation des structures de l'Univers jeune. Les avancées dans les technologies observationnelles atteintes aujourd'hui permettent d'observer des galaxies de plus en plus loin, y compris celles responsables de la réionisation cosmique qui a eu lors du premier milliard d'années de l'Univers. L'objectif principal de cette thèse a été de poser des contraintes sur la nature et l'abondance des sources responsables de la réionisation cosmique. Plus précisément, l'étude s'est portée sur les galaxies qui forment des étoiles et qui ont une émission Lyman-alpha (LAE) entre z ~ 3 et 6.7. Il est à noter que cette thèse a été réalisée au sein du consortium MUSE, tout nouvel instrument installé au VLT en janvier 2014 dont nous avons exploité les données du GTO. Ce travail de thèse a permis de confirmer la puissance inégalée de MUSE au niveau de la détection et de l'étude de sources extragalactiques faibles sans aucune présélection. Nous avons observé quatre amas-lentilles dont l'amplification de la lumière permet la détection de sources à faible luminosité, au prix d'une diminution du volume d'Univers observé. Nous nous sommes d'abord focalisés sur l'étude de l'amas de galaxies Abell 1689 afin de structurer une méthodologie applicable aux autres amas. En comparant la densité volumique des LAEs détectés aux différentes fonctions de luminosité (FdL) de la littérature, nous sommes arrivés à la conclusion suivante : la pente de la loi de puissance que décrit la fonction de Schechter pour la partie la plus faible est plus petite que alpha <= -1.5, ce qui signifie que le nombre de LAEs croît extrêment vite vers les faibles luminosités. Nous avons ensuite appliqué cette méthode aux autres amas de notre échantillon observés par MUSE. Les LAEs identifiés et mesurés dans ces amas sont typiquement dix fois plus faibles que ceux observés dans les champs vides (39 < log(Lya) < 42.5). Environ un tiers de ces LAEs n'a pas de contrepartie dans le continuum jusqu'à AB ~ 28 sur les images HST et n'aurait donc jamais été vu sur des relevés pointés. Le catalogue final contient plus de 150 LAEs, ce qui nous a permis d'étudier la contribution des objets les plus faibles, ainsi que l'évolution de la pente en fonction du redshift. Les résultats obtenus semblent confirmer que la pente alpha est proche de -2 pour l'ensemble des LAEs compris entre 2.9 < z < 6.7. On observe aussi une évolution de alpha, qui passe de -1.8 à -1.95 entre z ~ 3-4 et z ~ 5-7, un résultat original et non dépendant des données utilisées pour la partie brillante de la FdL. L'intégration de cette FdL permet ensuite de calculer la densité de photons ionisants émis par ces LAEs et de déterminer leur impact relatif sur la réionisation cosmique. A l'avenir, la profondeur de champ atteinte par les données du James Webb Space Telescope (JWST) va repousser la limite de détection de ces galaxies jusqu'à z ~ 8. L'utilisation de spectrographes dans le proche infrarouge comme MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT ou le tout récent EMIR/GTC permettent déjà de confirmer des candidats à z >= 7. Cette thèse a apporté des nouvelles contraintes sur la partie faible de la FdL des LAEs pour un redshift allant jusqu'à z ~ 6, un début donc de ce que l'on va pouvoir faire dans les années à venir pour des redshifts de l'ordre de z ~ 7-8
Significant efforts have been put for the past two decades to understand the formation process of structure in the early Universe. The recent technological advances in the observational field allow for observing galaxies further and further, even the ones responsible for the cosmic reionization which occurred during the first billion years of the Universe. The main goal of this thesis was to impose constraints on the nature and the abundance of the sources responsible of the cosmic reionization. More specifically, the study was focused on the star-forming galaxies that have a Lyman-alpha emission (LAE) between z ~ 3 and 6.7. This thesis has been conducted within the framework of the MUSE consortium, a brand new instrument installed on the VLT in January 2014, as part of the exploitation of the Guaranteed Time (GTO). This thesis work has enabled us to confirm the unrivalled power of MUSE concerning the detection and the study of weak extragalactic sources without any preselection. We have observed four lensing clusters which magnify the incident light and make it possible to detect faint sources, at the expense of a decrease of the volume of the observed Universe. At first we started with the study of the galaxy cluster Abell 1689 in order to build up a methodology we intend to apply on other galaxy clusters. By comparing the volume density of the detected LAEs to the luminosity functions (LF) coming from the literature, we have reached the following conclusion : the slope of the power law from the Schechter function is smaller than alpha <= -1.5, which means that the number of LAEs increases drastically towards the faint luminoities. Then we have applied the new-build method to the other galaxy clusters of our sample observed with MUSE. The LAEs we have detected and measured in this sample are roughly ten times fainter than the ones observed in blank fields thanks to the lensing effect (39 < log(Lya) < 42.5). About one third of them lacks a counterpart in the continuum up to AB ~ 28 on the HST images and couldn't have been seen on targeted surveys. The final catalog includes more than 150 LAEs, this amount has enabled us to study the contribution of the faintest ones and also the evolution of the slope according to the redshift. The results of this work seem to confirm that the slope alpha is close to -2 for all the 2.9 < z < 6.7 LAEs. Furthermore, one can notice the evolution of alpha from -1.8 to -1.95 between z ~ 3-4 and z ~ 5-7, an original result and irrespective of the data set used to complement the present sample towards the bright region of the LF. The integral of the LF allows for working out the ionizing photons density emitted by these LAEs and for determining their relative impact on the cosmic reionization. In the future, the depth of the James Webb Space Telescope (JWST) observations will improve the limits of galaxy detection, certainly up to z ~ 8. The use of near-IR spectrographs such as MOSFIRE/Keck, KMOS/VLT or the very recent EMIR/GTC already provides the confirmation of z >= 7 candidates. This thesis brought new constraints on the faint-end part of the LF of LAEs for a redshift up to z ~ 6, which represents a beginning with respect to all we can do in the coming years for redshifts up to z ~ 7-8

Une étoile typique de la séquence principale peut être brisée dans le champ gravitationnel d'un trou noir massif de plusieurs centaines de milliers à centaines de millions de masses solaires sans toutefois franchir son horizon. Ce processus de rupture est présenté, ainsi que certaines observations d'éruptions de luminosité X-UV en provenance de centres galactiques proches interprétées comme des retombées d'étoiles brisées. Lorsque l'étoile s'aventure suffisamment proche du trou noir, les effets de marée l'aplatissent violemment en une configuration transitoire de "crêpe" ultra-chaude et dense préalablement à sa rupture. Un modèle hydrodynamique basé sur une stratégie numérique de type Godunov a été considéré pour analyser la formation de la crêpe stellaire et suivre le développement associé des ondes de choc. Les simulations hydrodynamiques montrent que les conditions thermodynamiques induites au coeur de l'étoile comprimée autorisent le déclenchement de réactions thermonucléaires explosives. En outre, elles font apparaître que les ondes de choc transportent à la surface de l'étoile un bref et intense pic de température susceptible d'engendrer un nouveau type de sursaut X ou gamma. Cette signature observationnelle permettrait ainsi de détecter directement des ruptures d'étoiles. La fréquence de tels sursauts est estimée à environ 10-5 par an par galaxie. Puisque la majorité des galaxies abritent un trou noir massif en leur centre, et puisque l'Univers est transparent aux rayonnements X et gamma, plusieurs événements de ce genre seraient détectables chaque année dans l'ensemble de l'Univers observable
Atypical main-sequence star can be disrupted by the gravitational field of a massive black hole of several hundreds of thousands to hundreds of millions solar masses without falling in the event horizon. Such a disruptive process is presented, as welI as some X-UV flares from nearby galactic nuclei interpreted as the aftermath of disrupted stars. When the star approaches sufficiently to the black hole, it is violently flattened in a transient ultra hot and dense "pancake" configuration by the tidal effects before being disrupted. A hydrodynamical model based on a Godunov-type approach has been considered to study the stellar pancake formation and to follow the development of shock waves. The hydrodynamical simulations show that the thermodynamical conditions induced within the compressed stellar core enable explosive thermonuclear reactions to be triggered. They also underline that the shock waves carry a brief but very high peak of temperature to the stellar surface likely to give rise to a new type of X or gamma flare. This observational signature would thus enable to directly detect stellar disruptions. The frequency of such flares is estimated to be about 10-5 per year per galaxy. Since most of the galaxies harbour a central massive black hole, and since the Universe is transparent in X- and gamma-ray bands, several events of this kind per year would be detectable in the full observable Universe

Les mouvements des galaxies dans l'Univers sont causés par le tir à la corde qui a lieu entre l'expansion de l'univers et la gravitation. Cette rivalité a un impact sur la formation et la croissance des grandes structures de l'univers. Par conséquent, l'univers est plus ou moins compact selon le gagnant de ce duel. Dans ce contexte, cette thèse est divisée en trois parties, allant des observations à 21 cm à la mesure du taux de croissance actuel des grandes structures de l'univers et de la compacité de l'univers local.La collaboration Cosmicflows prépare des catalogues de distances de galaxies. Jusqu'à présent, trois catalogues ont été publiés, le dernier étant Cosmicflows-3. Cette thèse présente et analyse les données obtenues à partir d'observations à 21 cm. Ces nouvelles données seront utilisées pour former le prochain catalogue de distances Cosmicflows-4 à l'aide de la relation de Tully-Fisher, afin de corriger le manque de données dans l'hémisphère céleste Nord dans le catalogue actuel.À partir de la distance d'une galaxie, il est possible d'en déduire la partie radial de sa vitesse particulière, correspondant à la composante de sa vitesse totale causée par la gravitation. Les vitesses particulières des galaxies sont des sondes non-baisées de la matière et permettent d'extraire des informations sur les grandes structures de l'univers. Deux méthodologies utilisant les vitesses particulières ont été développées durant cette thèse pour caractériser les grandes structures de l'univers local.D'une part, les catalogues de vitesses particulières peuvent être utilisés pour reconstruire des champs de vitesse tridimensionnels. De tels champs de vitesse permettent de cartographier la structure de l'univers local et sont exploités dans cette thèse, à l'aide des lignes de flux, pour identifier des bassins et vallées gravitationnels dans l'univers local.D'autre part, une méthode basée sur l'analyse des corrélations à deux points des vitesses particulières des galaxies a été développée afin d'exhiber le taux de croissance actuel des grandes structures de l'univers local à partir de données observationnelles. Cette méthodologie est appliquée au catalogue observationnel de vitesses particulières Cosmicflows-3
Motions of galaxies in the universe are due to the rivalry between the expansion of the universe and gravitation. This tug-of-war impacts the formation and the growth of large scale structures of the universe. Thus, depending on the identity of the winner of this duel, the universe is more or less compact. Within this context, this PhD thesis is divided into three parts, spanning from HI observations to the estimate of the growth of rate of large scale structures of the universe and the compactness of the local universe.The Cosmicflows collaboration assembles catalogues of galaxy distances. Up to now, three catalogues have been published, the last one being Cosmicflows-3. This thesis presents and analyses observational data obtained from HI observations. These new data will be used to construct the new compilation of distances Cosmicflows-4 by the use of the Tully-Fisher relation, in order to correct the lack of data in the Northern celestial hemisphere in the current catalog.From the distance of a galaxy, one can derive the radial part of its peculiar velocity corresponding to the component of its total velocity caused by gravitation. Peculiar velocities allow to probe the matter content of the universe and to extract information on large scale structures of the universe. Two methodologies using peculiar velocities have been developed during this thesis to characterize large scale structures of the local universe.On the one hand, peculiar velocity catalogues can be used to reconstruct tri-dimensional velocity fields. These velocity field allow one to map the structure of the local universe and are used in this thesis to identify gravitational basins and valleys within the local universe by computing streamlines.On the other hand, a method based on the analysis of two-point galaxy peculiar velocity correlations has been developed in order to constrain the growth rate of large scale structures of the local universe from observational data. This method is applied to the Cosmicflows-3 catalogue of observed peculiar velocities

Le théorème de Noether est l'un des plus beaux piliers de la mécanique classique et de la théorie des champs. Il a permis de démêler une relation entre les symétries et les lois de conservation, et a trouvé des applications dans tous les domaines de la physique. Parmi ses applications, le cas de la relativité générale est probablement l'un des plus subtils. La seule symétrie de la relativité générale est l'invariance sous les transformations de coordonnées, ou difféomorphismes. Mais cela ressemble plus à une symétrie de gauge locale, et comme pour les symétries de gauge locale, une application directe du théorème dit qu'il n'y a pas de charges conservées non triviales. Une analyse plus approfondie montre que si l'on prend correctement en compte les conditions aux limites, il y a des charges non triviales, mais ce ne sont pas des intégrales sur une hypersurface de Cauchy, mais plutôt des intégrales de surface sur les limites bidimensionnelles d'une hypersurface de Cauchy. De telles charges de surface ont joué un rôle clé dans la compréhension de la relativité générale depuis l'analyse Hamiltonienne de l'ADM (Arnowitt-Deser-Misner). Dans la recherche actuelle, ces charges de surface jouent un rôle important dans les applications phénoménologiques : par exemple, les quantités mesurées par LIGO et Virgo, comme la masse et le moment angulaire des trous noirs en coalescence emportés par les ondes gravitationnelles, sont comprises comme des charges de surface
Noether’s theorem is one of the most beautiful pillars of classical mechanics and fieldtheory. It unravelled a relation between symmetries and conservation laws, and foundapplications in all domains of physics. Among its applications, the case of generalrelativity is probably one of the most subtle ones. The only symmetry of generalrelativity is the invariance under coordinate transformations, or diffeomorphisms. Butthis is more like a local gauge symmetry, and like for local gauge symmetries, a directapplication of the theorem says that there are no non-trivial conserved charges. Amore careful analysis shows that if one correctly takes into account the boundaryconditions, there are non-trivial charges, but these are not integrals over a Cauchyhypersurface, like in applications to field theories on flat spacetime, but rather surfaceintegrals over the two-dimensional boundaries of a Cauchy hypersurface. Such surfacecharges have played a key role in the understanding of general relativity since theADM (Arnowitt-Deser-Misner) Hamiltonian analysis and later on the seminal paperby Regge and Teitelboim. In current research, these surface charges play an importantrole in phenomenological applications: for instance the quantities measured by LIGOand Virgo, like the mass and angular momentum of coalescing black holes carriedaway by gravitational waves, are understood as surface charges

Les ondes gravitationnelles sont une nouvelle sonde pour le régime de champ fort de la gravité. Il est donc essentiel d’identifier les prédictions de la Relativité Générale sur la nature du problème à deux corps et de les contraster à des théories alternatives. Cette thèse se propose de comparer les prédictions de la Relativité Générale et des théories tenseur-scalaires sur les observables gravitationnelles en utilisant des techniques de théories effectives des champs. Dans une première partie, on montrera comment de simples théories tenseur-scalaire peuvent être intégrées dans l’approche "Relativité Générale Non Relativiste" du problème à deux corps, et on soulignera leurs propriétés essentielles. De plus, l’effet d’un couplage disforme du scalaire sur la dynamique à deux corps sera étudié et une technique de resommation sera introduite. Ce nouveau formalisme "Tenseur- Scalaire Non Relativiste" formera les bases de l’étude du mécanisme de Vainshtein dans le cadre du problème à deux corps qui est au coeur de la seconde partie de cette thèse. Enfin, dans une dernière partie on introduira une nouvelle théorie effective des champs adaptée à l’étude de la génération d’ondes gravitationnelles dans les théories prédisant des "cheveux scalaires" autour de trous noirs, dans l’approximation d’un rapport de masse extrême
Gravitational waves provide a new probe into the strong-field regime of gravity. It is thus essential to identify the predictions of General Relativity on the nature of the two-body problem, and to contrast them to alternative theories. This thesis aims at comparing the predictions of General Relativity and scalar-tensor theories on gravitational observables using Effective Field Theory techniques. In a first part, we show how simple scalar-tensor theories can be embedded in the Non-Relativistic General Relativity approach to the two-body problem and highlight their essential features. Furthermore, we study the effects of a disformal coupling of the scalar on the two-body dynamics and introduce a resummation technique. This new Non-Relativistic Scalar-Tensor formalism will provide a basis for the study of the Vainshtein mechanism in two-body configurations which is at the core of the second part of this thesis. Finally, in a last part we devise an Effective Field Theory formalism adapted to gravitational wave generation in theories featuring scalar hair, in the extreme mass ratio regime

Le groupe des transformations canoniques de l'espace des phases d'une particule relativiste est considéré comme un groupe de Jauge auquel est associée une infinité de champs. En utilisant une méthode semblable à celle de Yang-Mills, on déduit d'un formalisme général sur l'espace des phases, les équations du mouvement de la particule et les équations d'évolution des champs. Un système d'approximation permet une interprétation physique de ce formalisme. A l'ordre zero on obtient le champ électromagnétique, à l'ordre un vient s'ajouter le champ gravitationnel. A l'ordre 2 un nouveau champ est introduit. On étudie l'impact de ce champ hypothétique dans l'approximation du mouvement keplerien. On porte une attention spéciale aux champs électromagnétiques et gravitationnels que l'on peut isoler au moyen d'une théorie restreinte. Dans ce dernier cas on compare avec les équations usuelles. On propose une interprétation en terme de vide et on pose les premiers jalons d'une extension de ce formalisme à la théorie des cordes.

La détection des ondes gravitationnelles (GWs) par les interféromètres LIGO et Virgo a ouvert une nouvelle ère pour les observations multimessagers, en particulier la détection simultanée d'événements GW et de sursauts gamma (GRB). Le premier événement GW détecté par LIGO le 14 septembre 2015 (Abbott et al.,2016d) était une fusion de trous noirs binaires (BBH). Jusqu'en août 2017, neuf autres fusions de trous noirs ont été détectées lors des campagnes d'observation O1 et O2. Mais l'objet le plus intéressant pour l'astronomie multi messager a été la fusion de deux étoiles à neutrons (BNS) détectée le 17 août 2017 (Andreoni et al., 2017). Cette fusion a été détectée par divers détecteurs d'ondes électromagnétiques et a permis de confirmer l'existence du modèle kilonova. Mon travail de thèse a commencé par l'analyse d'images enregistrées par les télescopes TAROT lors des campagnes O1, O2 pour essayer de détecter de nouvelles sources optiques associées aux fusions de trous noirs (BBH). J'ai développé la chaîne d'analyse pour traiter les images TAROT. Aucun transitoire optique n'a été détecté, mais la magnitude limite de l'événement BBH du 14 août 2017 a apporté de nouvelles contraintes concernant le lien hypothétique avec les sursauts gamma et a donné lieu à une publication (Noysena et al.,2019). Les trois événements GW150914, GW170104 et GW170814 observés par TAROT nous ont permis de contraindre la valeur alpha < 10^-5 de la fraction d'énergie émise par les ondes gravitationnelles convertie en lumière optique. Une couverture d'environ 100% de la localisation de GW170814 a été observée 0,6 jour après l'émission des ondes gravitationnelles sans signe de transitoire optique. Cette limite, comparée à 147 courbes de lumière optiques de GRB de redshift connus, a permis de conclure que 65% des GRBs connus auraient été détectés si GW170814 avait été associé à un GRB. La possibilité de détecter un transitoire optique a repris lorsque les interféro-mètres GW ont effectué la campagne O3 entre le 1er avril 2019 et le 27 mars 2020. À la fin de la campagne O3, 55 événements ont été détectées par LIGO et Virgo et 47 événements GW ont été suivi par TAROT. Des milliers d'images ont été enregistrées et analysées pour rechercher les transitoires optiques avec une chaîne logicielle utilisant des techniques de traitement décrites en détail dans ce manuscrit. Aucune nouvelle source optique crédible associée aux événements GW n'a été trouvée. 34 circulaires GCN rapportant les limites de détection des observations optiques ont été publiées dans les circulaires GCN. L'efficacité de conversion alpha pour BNS, BBH et NSBH est respectivement de 2×10^-6, 3×10^-7 et 2×10^-8. La limite de détection et le court délai pour commencer les observations optiques avec TAROT nous ont permis de réduire fortement l'hypothèse de l'association entre GWs et GRBs en cas de fusion BBH. Cependant, nous n'avons pas suffisamment de cas pour exclure définitivement l'association. Cinq fusions d'étoiles à neutrons binaires ont été détectées pendant la campagne O3 mais aucune d'entre elles n'était plus proche que 100 Mpc, ce qui est au-delà de la distance limite où TAROT pouvait détecter la kilonova associée. En conséquence, nous ne tirons pas de conclusion sur les observations optiques de BNS. Le suivi optique par TAROT a été une expérience pionnière, passionnante, et nous avons ajusté la méthodologie événement après événement afin d'augmenter l'efficacité de la chaîne de détection. Le fait d'avoir rejoind le groupe GRANDMA nous a apporté plus d'opportunités pour détecter les transitoires optiques pendant la campagne O3 et a donné lieu à deux articles scientifiques publiés en collaboration (Antier et al., 2019, 2020). Un plus grand nombre de détection d'ondes gravitationnelles et d'observations optiques seront nécessaires dans le futur et nous sommes prêts à participer au suivi optique des prochaines campagnes GW
The detection of gravitational waves (GWs) from LIGO and Virgo interferometers opened a new era for multimessenger observations especially with the coincident detection between GW events and gamma-ray burst (GRB) detection. The first GW event detected by LIGO on the 14th September 2015 (Abbott et al., 2016d) was a binary black hole merger (BBH). Until August 2017 nine other mergers of black holes were detected during runs O1 and O2. But the most interesting object for multimessenger astronomy was the merger of two neutron stars (BNS) detected on 17th August 2017 (Andreoni et al., 2017). This merger was detected in various electromagnetic waves and allowed to confirm the kilonova model. This research started with the analysis of images recorded by the TAROT telescopes during runs O1, O2 to detect new optical sources associated to black hole mergers. The analysis pipeline was developed to process images and none of optical transient detected but the limiting magnitude of the particular BBH event of 14th August 2017 gave new constraints about the hypothetical link with gamma ray bursts (Noysena et al., 2019). Three GW events; GW150914, GW170104 and GW170814 were observed with TAROT allowing us to constrain alpha < 10^-5, the fraction of energy emitted by gravitational waves converted into optical light. An approximately 100% coverage of localization of GW170814 was observed at 0.6 days after GW triggering with no evidence of optical transient and 65% of 147 optical light curves of GRBs known redshift were excluded. The chance to observe optical transient began when GW interferometers started the run O3 on 1st April 2019 and the campaign ended on 27th March 2020. At the end of run O3, 55 events were detected by LIGO and Virgo and 47 GW events were followed-up by TAROT, thousands of images were searched and analyzed for transient by pipeline using processing techniques described in this manuscript. No new credible optical source associated to GW events was found and 34 GCN circulars reporting optical observations were published to GCN network. The conversion efficiency alpha for BNS, BBH, and NSBH is at 2×10^-6, 3×10^-7 and 2×10^-8 respectively. The limiting magnitude and the short delay to start optical observations allow us to reduce severely the hypothesis of the association between GWs and GRBs in case of BBH mergers. However, we have not enough number of cases to exclude definitively the association. Five binary neutron star mergers were detected before the end of GW observation but none of them was closer than 100 Mpc which is beyond limiting distance where TAROT could detect the associated kilonova. As a consequence, no conclusion to derive any relevant with BNS optical observations. The optical follow up by TAROT was a pioneering experience with a lot of exciting jobs to adjust event after event to increase the efficiency of the detection pipeline. Joining the GRANDMA group brought more opportunity to detect optical transient during run O3 and result in scientific papers published by Antier et al. (2019, 2020). More GW counterparts and optical observations are needed and we are ready to participate to the optical follow-up of the next GW runs

Nous détaillons dans cette thèse les différentes étapes nécessaires l’implémentation numérique optimale du calcul de la vraisemblance des paramètres cosmologiques appliqué aux relevés modernes de lentillage gravitationnel faible des grandes structures. En particulier, nous nous concentrons sur la détection conjointe du spectre de puissance et du bispectre du lentillage gravitationnel faible. Pour ce faire, nous avons relevé les défis numériques requis par une analyse complète. Dans un premier temps, nous dressons l'état de l'art nécessaire à la compréhension du formalisme de la sonde cosmologique susmentionnée et nous décrivons comment obtenir une estimation non biaisée de la matrice de covariance pour les observables considérées. En supposant une vraisemblance gaussienne multivariée, nous avons développé un algorithme de haute performance permettant de prédire les observables tomographiques rééchantillonnées avec leur matrice de covariance conjointe en tenant compte des fonctions de corrélations de 2 à 6 points et des corrélations avec les modes hors du relevé. La performance de notre code nous permet de répondre aux exigences scientifiques des relevés de galaxies des dix prochaines années. Nous montrons que le bispectre du lentillage gravitationnel faible améliore le signal sur bruit (S/N) de notre analyse conjointe du spectre et du bispectre d'environ 10% en comparaison avec une analyse du spectre seulement. Par conséquent, le bispectre est une source non négligeable d’information cosmologique pour les relevés futurs. En outre, nous sommes capables de quantifier l’impact des incertitudes théoriques liées à la description de la matière noire dans le “modèle des halos” qui est utilisé pour construire nos observables; cet impact se trouve être négligeable pour l’analyse du S/N. Finalement, nous étudions la possibilité de réduire les données pour optimiser les analyses futures du bispectre du lentillage. Nous trouvons qu’en ignorant les erreurs systématiques une analyse ne concernant que 5 échantillons en décalage vers le rouge permet d’obtenir la même quantité d’information que dans le cas d’un relevé semblable à celui d'Euclid, qui utilise 10 échantillons sans améliorer le S/N. Nous explorons également l’analyse en composantes principales et la dépendance de l’information cosmologique en fonction de la forme des triangles comme méthodes permettant de réduire la complexité du problème
In this thesis, we address key points for an efficient implementation of likelihood codes for modern weak lensing large-scale structure surveys. Specifically, we will focus on the joint weak lensing convergence power spectrum-bispectrum probe and we will tackle the numerical challenges required by realistic analyses. In order to clearly convey the importance of our research, we first provide an in-depth review of the background material required for a comprehensive understanding of the final results. The cosmological context of the study is provided, followed by a description of the technical elements inherent to unbiased covariance matrix estimation for the probe considered. Under the assumption of multivariate Gaussian likelihood, we developed a high performance code that allows highly parallelised prediction of the binned tomographic observables and of their joint non-Gaussian covariance matrix accounting for terms up to the 6-point correlation function and super-sample effects. This performance allows us to qualitatively address several interesting scientific questions. We find that the bispectrum provides an improvement in terms of signal-to-noise ratio (S/N) of about 10% on top of the power spectrum alone, making it a non-negligible source of information for future surveys. Furthermore, we are capable to address the impact of theoretical uncertainties in the halo model used to build our observables; with presently allowed variations we conclude that the impact is negligible on the S/N. Finally, we consider data compression possibilities to optimise future analyses of the weak lensing bispectrum. We find that, ignoring systematics, 5 equipopulated redshift bins are enough to recover the information content of a Euclid-like survey, with negligible improvement when increasing to 10 bins. We also explore principal component analysis and dependence on the triangle shapes as ways to reduce the numerical complexity of the problem

La cosmologie en général et plus particulièrement le problème de la constante cosmologique sont d'une extrême importance et une ouverture vers une nouvelle physique. En effet grâce à la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers, un tout nouveau groupe de théories est apparu. Jusqu’à présent la théorie utilisée pour décrire l’Univers à grande échelle était la Relativité Générale, mais maintenant plusieurs théories alternatives sont de bons candidats pour décrire et étudier le comportement de notre Univers à grande échelle. Parmi ces théories, la gravité massive sans fantôme (dRGT), propose d’ajouter une masse au graviton dans le but de simuler une constante cosmologique au lieu d’utiliser ce que l’on appelle l’énergie noire. Il a été prouvé que cette théorie est cohérente, mais aujourd’hui l’existence de cosmologies viables fournies par cette dernière est toujours une question ouverte. Au début de ma thèse, j’ai obtenu une procédure permettant d’obtenir toutes les solutions du type de Sitter dans la théorie dROT, en utilisant l’espace de Sitter comme espace physique et une métrique de référence plate dépendante d’un champ de Stuckelberg noté T(t,r). Une autre partie de ma thèse a été consacrée à l’analyse des perturbations anisotropes autour d’une des solutions mentionnées précédemment, pour pouvoir étudier la stabilité des solutions cosmologiques au sein de cette théorie. J’ai aussi exploré la possibilité de répondre à une question de longue date, qui est l’origine de la matière noire en utilisant la théorie dRGT. En effet l’idée est de partir de cette dernière pour obtenir une théorie mathématiquement et physiquement cohérente d’un champ massif de spin-2 sur un fond arbitraire, Ainsi, à la place de décrire l’énergie noire, j’ai conjecturé que le champ maintenant décrit pouvait faire partie de la matière noire, dont la nature est une des grandes questions de la physique moderne
Cosmology in general and the cosmological constant problem are highly important as an insight on new physics. Indeed thanks to the discovery of the accelerating expansion of the Universe a whole bunch of new theories appeared. Until then, the General Relativity was the theory describing the Universe at large scale, but now several alternatives are good candidates to provide a better description about the large scale behaviour of our Universe. Among these theories, there is one called ghost-free Massive Gravity which gives the graviton a mass in order to mimic the cosmological constant instead of using the so-called dark energy. This theory was proved to be consistent but, until nowadays, the existence of viable cosmologies is still an on-going issue. In the first part of this thesis, we investigated a procedure to obtain all de Sitter solutions in dRGT theory, using de Sitter space as the physical space, with at reference metric depending on a Stuckelberg field T(t; r). The second part is devoted to the analysis of the anistropic perturbations around one of this solution, to investigate the stability of the cosmology of the theory. In the last part, we explore the posibility to answer a long-standing question, using the ghost-free Massive Gravity as a starting point in order to obtain a consistent theory of a massive spin-2 field on an arbitrary background. This time, instead of describing the dark energy, we conjecture that this field can be a part of dark matter, which is one of the substantial question for modern physics

Nous proposons dans cette recherche une solution nouvelle quant à l'existence et à la nature de la singularité initiale d'espace-temps. Dans le contexte de la supergravité N=2 et de la théorie topologique des champs, nous considérons que la singularité initiale d'espace-temps correspond à un instanton gravitationnel singulier de taille zéro caractérisé par une configuration Riemanienne de la métrique (++++) en dimension D = 4. Associée à un état topologique correspondant à l'échelle zéro de l'espace-temps, la singularité initiale n'est pas ici considérée en termes de divergences des champs physiques, mais peut être résolue dans la cadre de la théorie topologique des champs. Nous obtenons ce résultat à partir de l'observation physique selon laquelle le pré espace-temps doit être considéré en équilibre thermique à l'échelle de Planck. En conséquences, nous suggérons de manière naturelle qu'à l'échelle de Planck l'espace-temps à l'équilibre doit être soumis à la condition KMS. Dans ce contexte, l'état KMS dans lequel se trouve le pré espace-temps à l'échelle de Planck pourrait être interprété comme le résultat d'une unification entre " état physique" (métrique lorentzienne +++-) et "état topologique" (métrique riemanienne ++++). Ceci correspond à la phase d'oscillation quantique de la signature de la métrique déjà mise en évidence dans des travaux antérieurs. Nous suggérons alors que "la singularité d'échelle zéro" doit être comprise en termes d'invariants topologiques, en particulier le premier invariant de Donaldson. En conséquences, nous proposons ici un nouvel invariant topologique, asssocié à l'échelle 0 et de la forme Z = TR (-1)s, que nous appelons "invariant de singularité". Enfin, dans ce contexte, nous proposons la conjecture selon laquelle le problème de l'interaction inertielle pourrait être expliqué en termes d'amplitude topologique liée à l'instanton gravitationnel singulier caractérisant, dans notre approche, l'échelle zéro de l'espace-temps.

Dans le cadre de ce mémoire nous nous sommes intéressés au champ de gravité martien. Nous avons utilisé les données du géopotentiel afin de tenter de définir l'ellipsoïde de référence donnant la meilleure approximation de la forme géométrique de la planète. Ensuite, nous avons voulu tester quantitativement si les formes géomorphologiques observées dans l'hémisphère nord, qui suggèrent la présence d'un paléo-océan sur Mars, sont cohérentes avec les conditions géophysiques qui définissent les lignes de rivage observées sur Terre. Supposant que la forme de l'ellipsoïde de référence martien a varié au cours du temps, nous avons testé si les formes géomorphologiques possiblement modelées par un fluide ont enregistré cette déformation. Nous avons aussi calculé et illustré les neuf composantes du tenseur des dérivées secondes du potentiel de gravité afin de déterminer s'il serait pertinent d'envoyer d'un gradiomètre en orbite autour de Mars lors d'une future mission de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). Les données du géopotentiel utilisées pour ces calculs ont été obtenues au cours des missions spatiales dirigées par la NASA depuis les années 70. Ces données sont sous forme de coefficients du développement en harmoniques sphériques du potentiel de gravité et sont disponibles sur le site web de MOLA. Suite au traitement des données nous avons montré qu'un ellipsoïde de référence triaxial représenterait mieux la forme de Mars que l'ellipsoïde biaxial actuel. Ensuite, nous avons conclu qu'un seul des linéaments identifiés comme paléo-lignes de rivage en a les caractéristiques physiques. Nous suggérons donc la possibilité d'au moins un paléo-océan sur Mars, durant le premier milliard d'années suivant sa formation. Cependant, la variation du géopotentiel le long de ce même linéament, suggère que la forme de l'ellipsoïde de référence a changé après la disparition de l'océan. D'autre part, nos calculs des neuf composantes du tenseur des dérivées secondes du géopotentiel nous permettent de conclure que la sensibilité des gradiomètres n'est pas encore suffisante pour fournir une plus grande résolution du champ de potentiel de gravité que les données actuellement acquises par effet Doppler.