Dissertations / Theses on the topic 'Restes de supernova – Spectre'

Nous présentons une nouvelle approche pour déterminer, d'une façon plus précise, l'indice spectral et sa variation spatiale dans les restes de supernova (RSN). Sachant que les RSNs sont des sources de rayonnement non-thermique (rayonnement synchrotron), nous éliminons la contribution du rayonnement thermique à l'aide de la corrélation entre le continu radio à 1420 MHz (CGPS) et le continu infrarouge à 60 pm (IRAS). De plus, nous étudions la contribution de l'émission de la poussière associée au gaz neutre HI. Cette contribution permet, à l'aide d'une simple soustraction, d'isoler l'émission associée au gaz ionisé (HII) seulement. La méthode a été appliquée à l'étude de l'indice spectral de cinq RSNs, soit G78.2+2.1, VRO 42.05.01, CTA1, Boucle du Cygne et HB 3. Dans certains cas, les indices spectraux obtenus sont significativement plus élevés que les valeurs obtenues précédemment.

Dans le domaine de l’astrophysique des hautes énergies, de nombreuses questions restent à ce jour sans réponse et, parmi elles se trouve l’origine des rayons cosmiques Galactiques. La première preuve observationnelle de ces particules accélérées a été apportée au sein d’un vestige de supernova il y a seulement vingt ans. Depuis, nous savons que les vestiges de supernova, les pulsars et leurs nébuleuses accélèrent efficacement des particules mais de nombreuses interrogations subsistent encore. Les preuves directes concernant l’accélération de protons (constituant 90% du rayonnement cosmique) sont rares et de nombreuses sources nouvellement détectées en gamma sont de nature inconnue. Les rayonnements produits au sein des accélérateurs Galactiques fournissent d’importants éléments de réponse quant à la nature des particules accélérées. En particulier, alors que les domaines de la radio et des rayons X ne tracent que les électrons accélérés, les rayons gamma peuvent inférer la présence d’électrons et également de protons (et noyaux en général) mais l’émission s’avère le plus souvent difficile à interpréter.Les mesures des rayons gamma de très hautes énergies dépendent de notre connaissance de l’atmosphère terrestre, dans lequel ils se propagent avant d’être détectés par les télescopes Tcherenkov au sol tels que le réseau H.E.S.S. La partie technique de cette thèse concerne l’étude de l’impact des profils d’atmosphère sur les données H.E.S.S. Grâce à des simulations et des analyses prenant en compte les caractéristiques propres à chaque prise de données, nous étudions l’impact des profils d’atmosphère mesurés sur les fonctions de réponse de l’instrument et sur la reconstruction spectrale.Le premier objectif scientifique de cette thèse est de comprendre la nature de l’émission gamma au sein de deux vestiges de supernova (G326.3-1.8 et RX J1713.7-3946) par le biais d’analyses spectro-morphologiques détaillées. L’analyse de G326.3-1.8, avec les données du Fermi-LAT, a mené à deux résultats importants: une nouvelle preuve d’accélération de protons et la première séparation morphologique et spectrale de deux composantes imbriquées en gamma. L’analyse de RX J1713.7-3946, avec les données H.E.S.S. et les outils d'analyse Ctools, a confirmé une extension plus importante en gamma qu’en rayons X mais dont l’origine reste encore incertaine.La deuxième partie de cette thèse entreprend de discuter la nature des sources Galactiques non-associées au TeV. Pour ce faire, nous présentons un code générique visant à rechercher des contreparties multi-longueurs d’onde sur ces sources au TeV, et permettant de poser des contraintes sur des paramètres physiques tels que le champ magnétique moyen et l’indice spectral en radio. En appliquant ce code sur cinq sources non-identifiées du relevé du plan Galactique de H.E.S.S., nous apportons des arguments quant à leur origine. En particulier, nous étudions deux sources, dont l’émission au TeV provient probablement de multiples contributions, soulevant ainsi l’importance des données multi-longueurs d’onde pour comprendre la nature de l’émission en gamma
In high energy astrophysics, several questions are still open and amongst them is the origin of Galactic cosmic rays. The first observational evidence of accelerated particles has only been revealed twenty years ago. Since then, supernova remnants, pulsars and their nebulae are known to efficiently accelerate particles but several questions still hold. In particular, evidence of accelerated protons (which consist on 90% of the cosmic-ray spectrum) is still elusive and several gamma-ray sources have unknown origin. Non-thermal emissions produced in Galactic accelerators provide insights about the nature of the accelerated particles. In particular, while radio and X-ray observations indicate the presence of accelerated electrons, gamma rays can be produced by both electrons and protons (or nuclei in general) but it may be difficult to assess the origin of the emission.The technical part of this thesis concerns the study of the impact on the reconstructed H.E.S.S. data when using atmospheric profiles measured with a lidar instead of a standard atmospheric model currently used. Very high energy gamma rays propagate into the atmosphere before reaching Cherenkov Telescopes and thus, the accuracy of our measurements depends on our understanding of the atmospheric composition. Using run-wise simulations based on lidar data, we study the impact on the instrument response functions and we analyse data to quantify the effect on the spectral reconstruction.The first scientific goal of this thesis is to understand the gamma-ray emission from two supernova remnants (G326.3-1.8 et RX J1713-3946) through detailed spectro-morphological analyses. The analysis of the composite supernova remnant G326.3-1.8, with Fermi-LAT data, has led to two major results: a new evidence of accelerated protons and the first morphological and spectral separation in gamma rays of two nested components. The study of RX J1713-3946, with H.E.S.S. data and using the Ctools package, confirms a significant gamma-ray extension beyond the X-ray emitting shell but its origin remains unclear.The second part of this thesis aims to constrain the nature of the unidentified TeV sources revealed in the H.E.S.S. Galactic Plane Survey. We thus present a generic code, based on a multi-wavelength approach, to find counterparts and estimate physical parameters like the radio spectral index and the mean magnetic field. We apply this code on five unidentified TeV sources and we put constraints on their nature. In particular, we present two high-confusion cases, for which the TeV emission is probably due to the contribution from different components, emphasizing the importance of multi-wavelength data to understand the origin of the gamma-ray emission

Le centre Galactique (GC) est une région très riche et complexe. Le taux de supernovae (SN) associé à la formation d'étoiles massives y est très élevée et devrait créer une injection continue de rayons cosmiques (CRs) dans le GC à travers les chocs qu'elles produisent. Cette région abrite également un trou noir supermassif (SMBH) de $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, nommé Sgr A*. De nombreux arguments ont permis de montrer que le SMBH pouvait accélérer des particules à très haute énergie (VHE); son activité actuelle et passée pourrait donc également contribuer à la population de CRs. En 2006, la collaboration H.E.S.S. a révélé la présence d'une émission diffuse à VHE dans les 100 pc centraux de la Galaxie, très corrélée à la distribution de matière moléculaire répartie dans la zone moléculaire centrale (CMZ). Une partie importante de cette émission a donc très probablement une origine hadronique mais celle-ci reste toujours inconnue. Nous présentons une nouvelle analyse spectrale et morphologique détaillée de la région en utilisant 10 ans de prise de données de H.E.S.S. ainsi qu’une modélisation de l'émission $\gamma$ induite par les SNe. Nous étudions l'impact de la distribution temporelle et spatiale des SNe dans le CMZ sur la morphologie et le spectre de l'émission: nous construisons un model 3D d'injection de CRs à VHE et d'une propagation diffusive dans la région avec une distribution de gaz réaliste. La contribution des SNe ne peut pas être négligée. Nous montrons qu’un profil piqué de rayon $\gamma$ ainsi qu’un excès de CRs vers le GC peuvent être obtenus en utilisant une distribution spatiale réaliste de SNe prenant en compte les amas d'étoiles massives centraux. La morphologie de l'émission est très dépendante de l'énergie dans ce scénario. Le profil de densité de CRs peut également être reproduit avec une injection stationnaire unique au centre par Sgr A* mais cela implique alors une morphologie stable en énergie. L'utilisation d'une analyse 3D est donc nécessaire pour distinguer les modèles. Nous présentons les premiers résultats de cette analyse que nous avons développé dans la librairie Gammapy afin d'ajuster simultanément un spectre et une morphologie sur des données. Avec la prochaine génération d'instruments comme le Cherenkov Telescope Array, les observations de régions avec une morphologie complexe, avec une émission diffuse ou de multiples sources, vont devenir de plus en plus nombreuses. Elles nécessitent donc également le développement de cette technique. Nous détaillons les premières validations de cette méthode appliquée sur des sources ponctuelles avec un outil Monte Carlo. Pour l’émission diffuse, nous présentons le nouveau spectre obtenu en utilisant une méthode que nous avons développée pour l’extraction spectrale 1D classique. Nous réalisons par ailleurs une analyse morphologique dans différentes bandes en énergie indépendantes en utilisant de nouveaux modèles spatiaux. Pour l'instant, aucune variation significative n'est détectée mais des observations supplémentaires sont nécessaires ainsi qu'une vraie analyse 3D de la région du GC pour pouvoir donner une conclusion définitive. Les observations de CTA permettront de donner des réponses précises à ces questions
The Galactic center (GC) is a very rich and complex astrophysical region. The high supernovae (SN) rate associated with the strong massive star formation should create a sustained cosmic rays (CR) injection in the GC via the shocks they produce. This region also harbors a Super-Massive Black Hole (SMBH) of $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, named Sgr A*. Since it has been argued that the SMBH might also accelerate particles up to very high energies (VHE), its current and past activity could contribute to the CR population. In 2006, the H.E.S.S. collaboration revealed the presence of a VHE diffuse emission in the inner 100 pc of the Galaxy in close correlation with the molecular matter spread in the central molecular zone (CMZ). A major part of this emission is thus certainly of hadronic origin but it still remains mysterious. We report a new detailed spectral and morphological analysis of this region using 10 years of H.E.S.S. observations as well as a detailed modelling of the $\gamma$-ray emission induced by the SNe. We study the impact of the spatial and temporal distribution of SNe in the CMZ on the VHE emission morphology and spectrum: we built a 3D model of VHE CR injection and diffusive propagation with a realistic gas distribution. The contribution of SNe can not be neglected. We show that a peaked $\gamma$-ray profile and CR excess towards the GC, can be obtained using realistic SN spatial distribution taking into account the central massive star clusters. A strong dependence on the morphology of the emission with the energy is expected in this scenario. The CR density profile can also be reproduced by a unique stationary injection at the center by Sgr A* but it implies a stable morphology across the energy range. To distinguish the models, we need a 3D analysis. We present the first results of this analysis that we started to design in the software Gammapy to simultaneously fit a spectral and morphological model to the data. The observations of complex morphological regions with diffuse emission or multiple sources will become more and more numerous with the next generation instruments such as the Cherenkov Telescope Array. They will also require the development of this technique. We detail the first validations of this method on point sources using a Monte Carlo tool. For the ridge emission, we report the new spectrum using a method that we developed for the classical spectral fitting necessary for faint emission. By using new spatial templates to describe the complexity of the diffuse emission, we perform a morphological analysis in different energy bands independently. No significant variation is found but more observations are needed to give a conclusive statement as well as a real 3D analysis in the GC region. The observations of CTA will allow to give precise answers to these questions

Les restes de supernova (RSN) s’étendent dans le milieu interstellaire (MIS) durant des dizaines d’années, sur des distances de plusieurs parsecs. Ils présentent des structures complexes dans leurs phases tardives (Sedov et radiative). L’instabilité de Vishniac (I. V. ) est supposée expliquer l’apparition de ces structures. Ce travail a pour objectif d’étudier le développement de l’I. V. , et de clarifier les conditions de croissance. Deux études analytiques, basées sur des travaux précédents, déterminent des relations de dispersion théorique pour les RSN en phase de Sedov, en se basant sur deux modèles : l’un où le RSN est modélisé par une coquille fine contenant un gaz très chaud et très ténu, et un autre où l’écoulement hydrodynamique est étudié dans son ensemble. Il apparaît alors que l’I. V. Devrait se développer durant la phase radiative des RSN plutôt qu’en phase de Sedov. Une étude numérique utilisant le code d’hydrodynamique radiative HADES en version parallèle permet alors de confronter ces conclusions à la simulation de RSN dans lesquels est introduit une perturbation, de mode propre l, le déclenchant le mécanisme de l’I. V. Le développement de l’I. V. Y est étudié en phase Sedov, confirmant les résultats analytiques. Ensuite, les effets des pertes d’énergie sur la dynamique du RSN décrits, et une loi concernant l’évolution auto-semblable du rayon RSN est établie. Enfin le développement de l’I. V. En phase radiative est simulé. On montre alors que l’I. V. Est susceptible de croître en phase radiative, et on observe le développement d’une perturbation de mode propre l’ doublé par rapport à celui de la perturbation initiale : l’=2l
Supernova remnants (SNR) expand in the interstellar medium (ISM) during few tens of thousands, over distances of many parsecs. They present complex structures during their late phases (Sedov and radiative phase). The instability of Vishniac (V. I. ) is supposed to explain the emergence of these structures. The objective of this work is to study the development of the V. I. , and to clarify the conditions to its growth. Two analytical studies based on previous works, determine the theoretical relations of dispersion for SNR expanding in the Sedov phase. We have considered two different models : a first one in which the SNR is modeled by a thin shell containing a very hot and low-density gas, and a second one in which the hydrodynamic flow is overall studied. These two approaches lead to the conclusion that the V. I. Should develop during the radiative phase of the SNR rather than in the Sedov phase. The radiative hydrodynamic code HADES is used with multiprocessors in order to perform numerical study of SNR evolution undergoing a perturbation of eigen model l. We follow the mechanism of the V. I. Triggering. We confront analytical results with numerical ones and we confirm the analytical dispersion relations in the Sedov phase. Then the effects of the radiative losses on the SNR dynamics are described, and a law about the self-similar evolution of the radius of the SNR is established. Finally, the development of the V. I. In radiative phase is simulated. We then show that the V. I. Can grow in the radiative phase, and we observe the development of a perturbation of eigen mode l’ twice the initial one we introduced : l’=2l

Lorsqu’une étoile massive arrive à la fin de sa vie, elle devient une supernova. Après l’explosion, un choc fort commence à se propager avec les éjectas de l’étoile dans le milieu circumstellaire puis dans le milieu interstellaire (MIS). Cet objet est appelé un reste de supernova (RSN). Lors de son expansion, le RSN accumule de la matière derrière le front du chocet une coquille se forme. La théorie décrit trois phases d’expansion du RSN. La première phase correspond à la phase d’expansion balistique avec un rayon R du RSN proportionnel à son âge t. Dans la seconde phase, appelée la phase de Sedov-Taylor (ST), l’évolution est adiabatique (l’énergie totale du RSN est conservée) et R croit comme R(t) ∝ t^2/5 . Dans ce travail de thèse, nous présentons une modélisation analytique et numérique de l'évolution du RSN dans la 3ème phase (phase radiative tardive) où l’énergie du RSN n’est plus conservée. Le reste peut alors perdre son énergie par des processus d'émission de rayonnement ou par ionisation du MIS. Dans cette dernière phase, le rayon est donné par R(t) ∝t^n où l’exposant n satisfait 1/4 < n < 2⁄5. Dans une première partie, nous étudions la structure d'un choc qui ionise le MIS et on montre que le taux de compression du choc peut devenir très élevé (de l'ordre de 40 au lieu de 4 pour un choc adiabatique dans un milieu monoatomique). En effet une partie de l'énergie du choc sert à ioniser le gaz et n'est plus disponible pour chauffer le milieu choqué, ce qui a pour effet de le comprimer. Ensuite, nous appliquons cette propriété pour modéliser le RSN en phase tardive et montrer que la coquille du RSN peut devenir dense et mince. Dans une deuxième partie nous effectuons l'étude analytique auto-semblable d'un RSN qui perd son énergie en volume de manière homogène par des processus radiatifs. Cette analyse démontre qu'il existe deux types de solutions hydrodynamiques. Des solutions de type ST régulières jusqu'au centre du reste et des solutions de type coquilles où la coquille est bornée par une discontinuité de contact interne qui la sépare de la partie interne chaude et raréfiée (bulle) du RSN. On montre également que la coquille du RSN devient dense et mince pour des pertes suffisamment élevées. Enfin nous complétons l'étude de la transition en phase radiative du RSN pour des pertes radiatives plus réalistes en utilisant la simulation numérique. On montre que bien que le processus de formation de la coquille fine et dense soit complexe (refroidissement catastrophique de Falle et formation de chocs secondaires), l'évolution du RSN en phase tardive conserve des propriétés communes à un grand nombre de refroidissements. En particulier, on montre que presque dans tout les cas on a R(t) ∝ t^n avec n proche de 2/7. Ce comportement est en accord avec la théorie, car cette valeur a déjà été trouvée antérieurement par d'autres auteurs et nous la mettons aussi en évidence dans notre approche auto-semblable
At the end of a massive (typically more than 5 to 6 solar masses) star life, the star becomes a supernova. After the explosion, the strong shock begins to propagate with the ejecta of the star in the circumstellar medium and later in the interstellar medium (ISM). This object is called a supernova remnant (SNR). During its expansion, the SNR accumulates matter behind the shock front to form a shell. Theory describes three stages of the SNR. The first stage corresponds to a ballistic expansion with a radius R of the SNR proportional to its age t. In the second stage, called the Sedov-Taylor (ST) regime, the evolution is adiabatic (energy conservation) and R increases like R(t) ∝ t^2⁄5 . In this PhD thesis, we present an analytical and numerical modeling of the SNR evolution in its third stage (radiative late stage) where the energy is not anymore conserved. The remnant loses its energy by radiative emission processes or by ionisation of the ISM. In this last stage, the radius is given by R(t) ∝ t^n where the exponant n satisfies 1/4 < n < 2/5. First, we study the structure of the shock which ionizes the ISM and show that the compression ratio can become high (of the order of 40 compared to 4 for a adiabatic shock in a monoatomic gas). Indeed, a portion of the shock energy is used to ionize the gas and is no longer available to heat the postshock medium, so the gas will be compressed. Then, we apply this property to the modeling of a SNR in late stage and show that the SNR shell can become dense and thin. In a second part, we perform the self-similar analysis of a SNR where energy losses are described by a spatially uniform cooling function. This study demonstrates that there are two types of hydrodynamic solutions : ST-type solutions which are smooth up to the center of the remnant and shell-type solutions where the shell is bounded by a contact discontinuity that separates it from the hot and rarefied interior (bubble) of the SNR. Also, we show that the shell becomes dense and thin when the energy loss is strong enough. Finally, we complete the study of the transition to the radiative stage of the SNR for more realistic radiative losses using the numerical simulation. We show that although the formation process of the thin and dense shell is complex (catastrophic cooling of Falle and secondary shocks), the evolution of SNR in the radiative stage shares common properties for a wide variety of cooling functions. In particular, we show that in almost every cases the SNR radius follows the law R(t) ∝ t^n where n is close to 2/7. This behavior is constistent with theory, because this value has been found previously by other autors and we highlight it also in our self-similar analysis

Mon travail de these a consiste en la modelisation de l'hydrodynamique et de l'emission en rayons x de restes de supernova, ainsi que dans l'observation et l'interpretation de leur emission en rayons x et en optique. J'ai developpe un code hydrodynamique base sur les solutions autosimilaires de chevalier (1982), auxquelles j'ai couple le calcul d'ionisation hors-equilibre et le calcul d'emission en rayons x. Cela a permis d'expliquer dans le cadre d'un modele coherent de supernova de type ii le spectre en rayons x du reste de supernova de kepler. Les observations en rayons x du satellite germano-americain rosat ont permis d'apprehender la partie nord du reste de supernova ancien de cygnus loop par une analyse spectrale detaillee de regions specifiques et par une approche globale en utilisant les capacites de spectro-imagerie de l'instrument. Les observations optiques ont permis d'etudier la geometrie de la region nord du reste par la cinematique des raies coronales du fer. J'ai modelise l'evolution hydrodynamique de restes de supernova plus anciens par un code hydrodynamique numerique. En tenant compte de conditions initiales realistes issues des modeles d'explosion de supernova, j'ai montre que contrairement aux idees recues, le role des ejecta et du choc en retour restait tres important jusque dans une phase tardive de l'evolution des restes massifs

Les rayons cosmiques ont été découverts il y a plus d'un siècle, mais leur origine reste inconnue. L'hypothèse la plus populaire est que les vestiges de supernova sont la source des rayons cosmiques. L'observation de plusieurs vestiges en rayons gamma, attendus comme produits de l'interaction entre les rayons cosmiques accélérés au niveau du vestige de supernova et le milieu interstellaire, est sans doute l'argument le plus fort pour soutenir cette hypothèse, mais ne constitue pas une preuve incontestable. En effet, un autre mécanisme, leptonique, peut aussi rendre compte des émissions gamma observées, et dans bien des cas, la situation reste ambiguë. Au lieu de se baser sur une étude au cas par cas des vestiges de supernova, nous proposons une étude de population reposant sur des simulations Monte Carlo, et nous estimons le nombre de vestiges de supernova qu'un télescope donné peut espérer détecter en partant de l'hypothèse que les vestiges sont effectivement les sources des rayons cosmiques Galactiques. Nos prédictions sont en accords avec les observations actuels du télescope H. E. S. S. , et notre travail constitue un nouveau test statistique pour l'hypothèse de départ. Le modèle développé peut alors être utilisé pour estimer la population de vestiges de supernova que les télescopes de la prochaine génération, comme par exemple le Cherenkov Telescope Array (CTA), peuvent espérer détecter. Enfin, cette procédure est utilisée pour commenter sur les chances de détection de neutrinos, qui témoigneraient directement de la présence de mécanismes hadroniques, et pourraient confirmer incontestablement que les vestiges de supernova sont les sources des rayons cosmiques Galactiques
Cosmic rays have been discovered more than one century ago, but their orirign remains unknown. The most popular hypothesis is that supernova remnants are the source of Galactic cosmic rays. The observation of several remnants in gamma rays, which are indeed expected as the result of hadronic interactions between the cosmic rays accelerated at the remnant and the interstellar medium, is probably the strongest support to this idea. However, another mechanism, leptonic, can also account for the the observed gamma—ray émission, and in many cases the situtation remains ambiguous. Instead of relying on a case—by—case study, we adopt here a different approach and consider a population study using Monte Carlo simulations. We investigate the the number of supernova remnants that a given telescope can expect to detect, starting from the hypothesis that supernova remnant are the sources of Galactic cosmic rays. We find that our predictions are in aggrement with current observation results, such as the one of H. E. S. S, thus providing a novel consistency check for the supernova remnant paradigm for the origin of Galactic cosmic rays. The developed model can then be used to investigate the population of remnants that the next generation of telescope can expect to detect, such as the Cherenkov Telescope Array (CTA). Finally, we discuss on the hope of detection of neutrinos fron supernova remnants, which would testify that hadronic mechanisms are at stake, and could show unequivocally that supernova remnants are the sources of Galactic cosmic rays

La thèse présentée ici concerne la recherche et l'étude de jeunes vestiges de supernova à partir des observations menées avec l'instrument IBIS/ISGRI à bord du satellite européen gamma INTEGRAL. Ce travail de recherche porte sur la nucléosynthèse explosive et l'accélération de particules. Le premier thème se décline par l'étude des raies de décroissance radioactive du 44Ti, élément à courte duré de vie exclusivement produit aux premiers instants du phénomène de supernova, et le deuxième par l'étude de l'émission continue non-thermique sous-jacente. La première partie du manuscript porte sur une présentation générale des supernovae des points de vue observationnel et théorique. La deuxième partie décrit le satellite INTEGRAL et les principaux instruments à bord, les méthodes d'imagerie et de détection avec l'instrument IBIS/ISGRI, ainsi que mon investissement personnel sur le développement d'outils spécifiques liés à l'analyse de données. Les résultats obtenus sur les vestiges des supernovae historiques tels que Cassiopeia A, Tycho, et Vêla Junior sont exposés dans la troisième partie. Le premier chapitre de la dernière partie pose la problématique des jeunes vestiges de supernova manquants et présente une étude de la détectabilité des supernovae dans le domaine visible, à partir d'un modèle d'extinction interstellaire galactique. Le deuxième chapitre rapporte les résultats de la recherche de jeunes vestiges de supernova par l'intermédiaire des raies de décroissance du 44Ti ainsi que par une approche multi-longueur d'onde, du domaine radio à la nouvelle fenêtre d'observation au TeV. Je discusse également les contraintes apportées sur la fréquence des explosions et sur les taux de production de cet élément, vis-à-vis des observations IBIS/ISGRI et de l'abondance solaire du 44Ca
This thesis deals with the search for and the study of young galactic supernova remnants using the observations performed by IBIS/ISGRI, one of the two main coded-mask instruments onboard the european gamma-ray satellite INTEGRAL. This research is based on the study of gamma-ray lines coming from the radioactive decay of 41Ti, a short-lived nucleus (~ 86 y) exclusively produced during the first stages of stellar explosions, and the study of the non-thermal continuum mechanisms which take place inside the young supernova remnants. The first part of the manuscript presents an overview of supernovae from an observational and theoretical point of view. The second part describes the INTEGRAL satellite with its instruments, the techniques used for analyzing the data collected by IBIS/ISGRI, and my personal investigations concerning different developments. The results obtained on historical supernova remnants like Cas A, Tycho, Vela Junior are presented in the third part. The first chapter of the last part is devoted to the study of the detectability of supernovae in the optical domain with a model of the interstellar extinction. The second chapter reports on the search for missing and hidden young supernova remnants in the Milky Way with the IBIS/ISGRI galactic plane survey through the 44Sc gamma-ray lines as well as with a multi-wavelength approach, from the radio domain to the new observational window at TeV energies. I also discuss the constraints on the supernova rate and the 44Ti production in core-collapse supernovae, based on these IBIS/ISGRI observations and the 44Ca solar abundance

L'instabilité de Vishniac est invoquée pour expliquer la fragmentation et la filamentation de la coquille fine de matière choquée présente dans les restes de supernova radiatifs. Toutefois l'implication et les conséquences de ce processus spécifique sur la morphologie complexe des restes de supernova ne sont pas entièrement démontrées. Nous avons réalisé des simulations numériques 2D d'une onde de souffle perturbée qui se propage dans un milieu ambiant homogène afin de mieux comprendre le mécanisme de l'instabilité de Vishniac. Le code hydrodynamique HYDRO-MUSCL 2D a été utilisé afin de déclencher la perturbation de la coquille fine dans les géométries plan-parallèle et sphérique. Dans ce travail, je montrerai que nous avons obtenu la surstabilité de Vishniac (" Vishniac overstability ") comme prédit par l'analyse théorique. Ce processus repose sur une oscillation d'amplitude et de période temporelle croissante des grandeurs fluides et spatiales. Nous avons testé l'effet de paramètres spécifiques sur la variation de masse d'une région donnée dans le cadre d'une étude paramétrique que nous avons réalisée sur le supercalculateur Titane. Nous avons trouvé que la perturbation est atténuée après quelques oscillations de la variation de masse pour tous les jeux de paramètres. Ainsi nous concluons que dans notre modèle, l'instabilité de Vishniac ne permet pas la fragmentation de la coquille fine à cause d'effets qui ne sont pas pris en compte par l'analyse théorique.

Cette thèse présente l’étude de deux restes de supernova galactiques dans le domaine visible : la nébuleuse du Voile et Cassiopeia A. Les observations de ces objets ont été conduites avec deux spectromètres imageurs à transformée de Fourier (iFTS) : SpIOMM, installé à l’Observatoire du Mont-Mégantic, et SITELLE installé au télescope Canada-France-Hawaï. La première partie de la thèse consiste en une étude hyperspectrale du Voile. Grâce au grand champ de vue de SpIOMM (120STX120), la presque totalité des structures filamentaires situées au nord-est du Voile (NGC 6992/95) ont pu être cartographiées et analysées. Au total, près de 3 millions de spectres ont été obtenus couvrant les raies d’émission suivantes : HFF, HVT, [O III] NAK NAK4959,5007, [N II] NAK NAK6548,6583 et [S II] NAK NAK6716,6731. Afin de cartographier la raie de [O II] NAK3727+3729, l’instrument SITELLE a été utilisé pour observer un champ du Voile dans NGC 6992. Quelques spectres à longue fente couvrant tout le domaine visible (3624-7433 Å) ont été obtenus en complément. L’étude hyperspectrale du Voile a permis de générer plusieurs cartes de ratios permettant d’apprécier la variété et la complexité des différentes raies émissions et leurs intensités relatives aux régions observées. L’analyse systématique de ces observations en utilisant les modèles de choc évalués par le code de modélisation MAPPINGS a permis de mieux comprendre l’interaction complexe entre les chocs et le gaz circumstellaire et interstellaire autour du Voile. Les régions observées ont été analysées à l’aide de plusieurs diagrammes diagnostiques et cartes d’analyses mettant en évidence les différents paramètres de choc, tels que la localisation des chocs incomplets, les vitesses de choc et les densités électroniques. De plus, les cartes d’abondances d’oxygène, d’azote et de soufre sont présentées permettant d’apprécier la composition chimique des régions observées. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l’étude de Cassiopeia A avec SpIOMM. L’entièreté des émissions en [N II] NAK NAK6548,6583 et [S II] NAK NAK6716,6731 ont été cartographiées. Les quasistationary flocculi riches en azote ainsi que les éjectas riches en [S II] sont analysés. En combinant les données d’archive de Hubble et les données de SpIOMM, nous avons obtenu une vue tridimensionnelle de l’objet qui permet de localiser les positions spatiales des éjectas [S II] autour du centre de l’explosion, ce qui a permis d’apprécier l’inhomogénéité de leur distribution. À partir de nos données et à l’aide d’une nouvelle méthode, nous avons réévalué la distance de Cas A à 3.33 ACK 0.10 kpc.
This thesis presents the analysis of two galactic supernova remnants in the visible spectral range: the Veil Nebula and Cassiopeia A. The observations were conducted with two wide-field imaging Fourier transform spectrometer (iFTS) : SpIOMM installed at the Observatoire du Mont-Mégantic and SITELLE recently installed at the Canada–France–Hawaii Telescope. The first part of the thesis consists of a hyperspectral analysis of the Veil Nebula. With the wide field of view provided by SpIOMM (120STX120), nearly all of the filamentary structures located in the north-eastern part of the Veil have been mapped and analysed. In total, nearly 3 million spectra have been obtained covering the following emission lines : HFF, HVT, [O III] NAK NAK4959,5007, [N II] NAK NAK6548,6583 and [S II] NAK NAK6716,6731. In order to map the [O II] NAK3727+3729 lines, SITELLE has been used to observed one region in the Veil centered on NGC 6992. A few long slit spectra were also obtained covering the visible range 3624-7433 Å. The hyperspectral analysis of the Veil Nebula has allowed the creation of several ratios maps allowing to appreciate the variety and complexity of the different emission lines and their relative intensities in the observed regions. A systematic analysis of the observations using shock models evaluated by the modeling code MAPPINGS have helped to better understand the complex interaction between shocks and the circumstellar and interstellar gas around the object. The observed areas were analyzed using several diagnostic diagrams and ratios maps highlighting the different impact of several shock parameters such as the location of incomplete shock, impact velocities and electron densities. In addition, abundance maps of oxygen, nitrogen and sulfur are presented to assess the chemical composition of the remnant. The second part of the thesis is dedicated to the analysis of Cassiopeia A with SpIOMM. All the [N II] NAK NAK6548,6583 and [S II] NAK NAK6716,6731 emissions have been mapped, allowing the analysis of the nitrogen rich quasi-stationnary flocculi as well as the fast moving ejecta visible in [S II]. We used multi-epoch observations from the Hubble Space Telescope combined with data taken with SpIOMM to generate a three-dimensional spatial view of the [S II] NAK NAK6716, 6731 emissions showing their location, expansion velocity and the [S II] doublet line ratio for multiple locations in the remnant. Finally, we re-evaluate the distance to Cas A using a new method and obtained 3.33ACK0.10 kpc.

De nombreuses évidences observationnelles parvenues de différentes expériences au début du 20e siècle ont révélé que la Terre est constamment bombardée par des rayons cosmiques, des particules de haute énergie d'origine extraterrestre. Étant donné que ces particules sont très énergétiques, on pense qu'elles pourraient pénétrer profondément dans les nuages moléculaires et ioniser les parties les plus denses de ces objets, où naissent de nouvelles étoiles. Cela signifie que les rayons cosmiques règlent le niveau d'ionisation qui contrôle non seulement la chimie des nuages moléculaires mais également le couplage entre le gaz et le champ magnétique qui soutient le nuage en contrastant la gravité pendant le processus de formation des étoiles. On remarque que les taux d'ionisation déduits des observations infrarouges et radio sont beaucoup plus importants que la valeur communément citée dans la littérature. Ce désaccord doit mener à une réévaluation du taux d'ionisation dans les nuages, d'un point de vue théorique. Cette tâche nécessite une meilleure compréhension du transport des rayons cosmiques dans les nuages et, plus important encore, la connaissance de la quantité de rayons cosmiques de basse énergie à différentes positions dans notre Galaxie. Le premier sujet a été étudié dans des documents pionniers des années 70 et 80, mais il pourrait y avoir de la place pour d'ultérieures améliorations. En ce qui concerne le deuxième, on a des connaissances récentes, du moins pour le milieu interstellaire local, grâce aux données des sondes Voyager. Il n'est cependant pas très clair si ces données pourraient être considérées comme des valeurs de référence pour la densité des rayons cosmiques de basse énergie dans l'ensemble de la Galaxie. L'objectif de ce travail est donc d'étudier la propagation des rayons cosmiques de basse énergie dans des environnements neutres et aussi de mieux interpréter les données d'observation du taux d'ionisation dans les nuages moléculaires isolés et ceux au voisinage des accélérateurs cosmiques, tels que les restes de supernova
It has been revealed by observational evidences from various experiments at the beginning of the 20th century that the Earth is constantly bombarded by cosmic rays, high-energy particles of extraterrestrial origin. Since these particles are very energetic, it is believed that they could penetrate deep into molecular clouds and ionize the densest parts of these objects where new stars are born. This means that cosmic rays regulate the level of ionization that controls not only the chemistry of molecular clouds but also the coupling between the gas and the magnetic field which support the cloud against gravity during the process of star formation. Interestingly, the ionization rates inferred from infrared and radio observations are much larger than the commonly quoted value in the literature. This calls for a reassessment from a theoretical point of view of the ionization rate in clouds. This task requires a better understanding of the transport of cosmic rays into clouds and, more importantly, the knowledge of the amount of low energy cosmic rays at different positions in our Galaxy. The former has been investigated in some of the pioneering papers in the seventies and eighties but there might be room for some improvements. The latter is known not too long ago at least for the local interstellar medium thanks to the data from the Voyager probes. It is, however, not very clear whether or not these data could be considered as reference values for the density of low energy cosmic rays in the entire Galaxy. The aim of this work is, therefore, to study the propagation of low energy cosmic rays in neutral environments and also to better interpret the observational data of the ionization rate in both isolated molecular clouds and the ones in the vicinity of cosmic accelerators like supernova remnants

L'origine du genou dans le spectre des rayons cosmiques aux énergies autour du PeV reste une question ouverte. En raison de leur budget énergétique élevé, les restes de supernovae (SNR) sont des candidats plausibles pour ces dénommés PeVatrons. Les particules chargées accélérées interagissent avec la matière environnante et produisent des pions neutres qui se désintègrent ensuite en rayons gamma de haute énergie. Ces rayons gamma, qui sont aux énergies TeV pour PeVatrons, peuvent ensuite être détectés par des télescopes Cherenkov ou d'autres observations en rayons gamma. Dans ce travail de thèse, nous étudions le potentiel du réseau de télescopes Cherenkov (CTA) à observer de tels rayons gamma. Après avoir sélectionné les candidats potentiels PeVatrons Galactiques présents dans le Data Challenge One (DC-1) de CTA, nous reconstruisons leur distribution spectrale d'énergie (SED) à l'aide du package ctools. Si des données mesurées existent à d'autres longueurs d'onde, nous les combinons aux SED simulés pour effectuer une analyse multi-longueur d'onde (MWL). Les SED sont ensuite ajustées à l’aide de différents modèles radiatifs non thermiques mis en œuvre dans le logiciel Naima, notamment de la composante pion neutre hadronique. Plusieurs résultats sont obtenus. Les paramètres spectraux reconstruits sont en bon accord avec les paramètres utilisés dans le DC-1. Les simulations donnent ainsi confiance dans le processus d'analyse des données. Parmi les SNR étudiés, certains candidats PeVatron potentiels ayant des spectres d'énergie dures sont trouvés. Il est également montré que les données MWL donnent une bonne contrainte pour la modélisation des SED et permettent de déterminer si une composante hadronique est présente dans les données. Si les données du DC-1 étaient représentatives de la réalité, nous pourrions exclure la plupart des sources en tant que PeVatrons. Des améliorations possibles des modèles spectraux d’entrée à simuler pour le prochain défi de données de CTA sont proposées
The origin of the knee in the cosmic-ray spectrum at PeV energies is still an open question. Due to their large budget, supernova remnants (SNRs) are plausible candidates for these so-called PeVatrons. The accelerated charged particles interact with surrounding matter, produce neutral pion particles which consequently decay into high-energy gamma rays. These gamma rays, that are in TeV energies for PeVatrons, can then be detected by Cherenkov telescopes or other gamma observations. In this thesis work, we study the potential of Cherenkov Telescope Array (CTA) to observe such gamma rays. After selecting potential galactic PeVatron candidates present in the simulated Data Challenge One (DC-1) of CTA, we reconstruct their spectral energy distribution (SED) by using ctools package. In case measured data in other wavelengths exist, we combine this to the simulated SEDs to perform Multi-Wavelength (MWL) analysis. The SEDs are then fitted by using different non-thermal radiative models, including hadronic pi0 component. For the modelling we use the Naima package. Several results are obtained. The spectral parameters are reconstructed in good agreement with parameters used in DC-1. Simulations giving confidence for the data analysis process. Some potential PeVatron candidates having hard energy spectra are found among the studied SNRs. It is also shown that the MWL data gives good constrain for SED modelling and allows to determine whether a hadronic component is present in the data. If the DC-1 data were representative of reality, we could rule out most of the sources. Possible improvements in the input spectral models to be simulated for the next Data Challenge of CTA are proposed

La découverte du rayonnement cosmique remonte à plus d'un siècle, mais son origine est encore incertaine aujourd'hui. Divers éléments théoriques et observationnels tendent à confirmer que les vestiges de supernova (SNRs) sont à l'origine de la majeure partie du rayonnement cosmique galactique jusqu'à des énergies de ~3 PeV, voire au-delà. Mais ce paradigme requiert encore une preuve irréfutable.Lors de l'expansion d'un SNR, les particules chargées du milieu circumstellaire/interstellaire sont accélérées par l'onde de choc et peuvent alors rayonner depuis le domaine radio jusqu'aux très hautes énergies (>100 GeV). Les mécanismes d'accélération et les processus d'émission des particules ont été étudiés et modélisés au cours de cette thèse.Les instruments d'astronomie Gamma permettent de détecter les rayonnements émis par les particules accélérées au choc des SNRs. En particulier, le télescope à création de paires Fermi-LAT et le réseau de télescopes au sol à imagerie Tcherenkov atmosphérique H.E.S.S. détectent, à eux deux, des photons Gamma d'énergie comprise entre ~30 MeV et plusieurs dizaines de TeV. Au cours de cette thèse, réalisée dans le cadre de l'expérience H.E.S.S., les données observationnelles de plusieurs SNRs ont été analysées et interprétées. Les études menées ont conduit à la détection d'une des sources les plus faibles encore jamais détectée et dont l'émission Gamma est associée à l'interaction du SNR G349.7+0.2 avec un nuage moléculaire adjacent. Des limites supérieures sur les flux intégrés de nombreux SNRs ont été extraites afin de contraindre les modèles d'accélération de particules. Le SNR Puppis A présente notamment un comportement spectral inattendu, difficile à expliquer dans le cadre des modèles d'accélération de particules actuels.Un cinquième télescope, de plus grande taille, a été ajouté mi-2012 au réseau de quatre petits télescopes H.E.S.S. afin d'abaisser le seuil en énergie et d'améliorer la sensibilité du réseau. Dans ce cadre, j'ai activement participé au développement, à l'intégration et à l'analyse des données du dispositif d'étalonnage de la caméra de ce cinquième télescope
The discovery of Cosmic Rays (CRs) dates back more than one century ago, however their origin remains unclear. There is rather convincing evidence that the bulk of Galactic CRs, up to ~3 PeV, and possibly beyond, is accelerated in supernova remnants (SNRs). However this paradigm still needs a conclusive proof. While the SNR expands, charged particles from the circumstellar/interstellar medium are accelerated at the SNR shock wave and radiate from radio to very high energies (>100 GeV). Particles acceleration and broad band radiation mechanism were studied and modelled during this PhD. $gamma$-ray astronomy instruments enable to detect radiation from particles accelerated at the SNR shock wave. In particular the pair creation telescope Fermi-LAT and the array of imaging atmospheric Cherenkov telescopes H.E.S.S., enable together to detect Gamma-ray photons in the ~30 MeV-30 TeV energy range. As a member of the H.E.S.S. collaboration, I analysed and interpreted observational data from several Galactic SNRs. These studies led to the discovery of one of the faintest sources ever detected whose Gamma-ray emission is associated with the interaction of the SNR G349.7+02 with an adjacent molecular cloud. Upper limits on the integrated flux of many SNRs were extracted in order to constrain models of particle acceleration. In particular, the SNR Puppis A shows an unexpected spectral behavior difficult to explain with current models. A fifth bigger telescope was added mid 2012 to the H.E.S.S. array of four small telescopes to lower the energy threshold and to improve the sensitivity of the array. In this context I actively participated to the development, integration end data analysis of the calibration hardware of the camera of this fifth telescope

Certaines sources étendues, telles que les vestiges de supernovae, présentent en rayons X une remarquable diversité de morphologie que les téléscopes de spectro-imagerie actuels parviennent à détecter avec un exceptionnel niveau de précision. Cependant, les outils d’analyse actuellement utilisés dans l’étude des phénomènes astrophysiques à haute énergie peinent à exploiter pleinement le potentiel de ces données : les méthodes d’analyse standard se concentrent sur l’information spectrale sans exploiter la multiplicité des morphologies ni les corrélations existant entre les dimensions spatiales et spectrales ; pour cette raison, leurs capacités sont souvent limitées, et les mesures de paramètres physiques peuvent être largement contaminées par d’autres composantes.Dans cette thèse, nous explorerons une nouvelle méthode de séparation de source exploitant pleinement les informations spatiales et spectrales contenues dans les données X, et leur corrélation. Nous commencerons par présenter son fonctionnement et les principes mathématiques sur lesquels il repose, puis nous étudierons ses performances sur des modèles de vestiges de supernovae. Nous nous pencherons ensuite sur la vaste question de la quantification des erreurs, domaine encore largement inexploré dans le milieu bouillonnant de l’analyse de données. Enfin, nous appliquerons notre méthode à l’étude de trois problèmes physiques : les asymétries dans la distribution des éléments lourds du vestige Cassiopeia A, les structures filamentaires dans l’émission synchrotron du même vestige, et la contrepartie X des structures filamentaires visibles en optique dans l’amas de galaxies Perseus
Some extended sources, among which we find the supernovae remnants, present an outstanding diversity of morphologies that the current generation of spectro-imaging telescopes can detect with an unprecedented level of details. However, the data analysis tools currently in use in the high energy astrophysics community fail to take full advantage of these data : most of them only focus on the spectral information without using the many spatial specificities or the correlation between the spectral and spatial dimensions. For that reason, the physical parameters that are retrieved are often widely contaminated by other components. In this thesis, we will explore a new blind source separation method exploiting fully both spatial and spectral information with X-ray data, and their correlations. We will begin with an exposition of the mathematical concepts on which the algorithm rely, and particularly on the wavelet transforms. Then, we will benchmark its performances on supernovae remnants models, and we will investigate the vast question of the error bars on non-linear estimators, still largely unanswered yet essential for data analysis and machine learning methods. Finally, we will apply our method to the study of three physical problems : the asymmetries in the heavy elements distribution in the supernova remnant Cassiopeia A, the filamentary structures in the synchrotron of the same remnant and the X-ray counterpart to optical filamentary structures in the Perseus galaxy cluster

Le télescope H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), implanté en Namibie, est actuellement le plus efficace pour l'observation de sources de rayons gamma de très haute énergie. Constitué de 4 télescopes de grand diamètre fonctionnant en stéréoscopie, il permet une cartographie sans précédent du plan de la Galaxie à ces longueurs d'onde extrêmes. L'expérience HESS a mis en évidence la présence de particules chargées d'énergie supérieure à une centaine de TeV dans plusieurs vestiges de supernova, lieux probables d'accélération de particules dans la Galaxie, sans toutefois pouvoir conclure sur la nature hadronique ou leptonique des particules. Cette thèse présente une démarche observationnelle alternative visant à mettre en évidence l'accélération de hadrons par onde de choc dans les vestiges de supernova. Une recherche de vestiges associés à des nuages moléculaires a été menée avec les sources déjà détectées par H.E.S.S. et dans l'ensemble des observations réalisées. L'analyse et l'interprétation de trois sources de rayons gamma sont décrites. La première est la nouvelle source découverte par H.E.S.S. dans la constellation de Monoceros. Je présente ensuite l'analyse des nouvelles observations réalisées en direction de la source non identifiée HESS J1745-303. Enfin l'analyse multi-longueurs d'onde de la nouvelle source de rayons gamma coïncidente avec le vestige de supernova CTB37A est décrite. Je développe les possibles interprétations de cette émission de rayons gamma. Un apport à la construction de la seconde phase de l'expérience H.E.S.S. est présentée. Cette deuxième phase consiste en l'adjonction d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. J'ai pris en charge les tests et la sélection des 6000 puces constituant le système d'échantillonnage de la caméra qui équipera ce télescope.

Malgré de nombreux efforts tant sur le plan observationnel que théorique, nous ne connaissons que très peu de choses sur la nature des sources X très lumineuses qui n'appartiennent pas au noyau de la galaxie hôte et qui semblent dépasser (ou dépassent) très largement la limite d'Eddington d'un objet de quelques masses solaires. Ce travail présente dans une première partie l'étude multi-longueurs d'onde d'un échantillon de certains de ces objets à travers les observations X des satellites ROSAT et XMM-Newton et les résultats d'observations optiques menées à l'Observatoire de Haute-Provence, à l'ESO et au CFHT. Ces objets ont été étudiés depuis des décennies sans qu'ils aient livré aucun de leurs secrets, et pour la première fois de nombreuses nébuleuses en émission ont été découvertes à proximité de la source X. Et plus encore, une de ces nébuleuses semble être photoionisée par les rayons X ce qui tend à prouver par la même occasion que l'émission X de l'objet dépasse largement la limite d'Eddington d'un objet de quelques dizaines de masses solaires ! Une deuxième partie de ce travail est consacrée à une tâche plus technique qui fut l'écriture d'un programme intégré à une chaîne de traitement automatique des données du satellite européen XMM-Newton.

Après plus d'un siècle d'étude des rayons cosmiques, des questions persistent à propos de leur origine. À l'échelle de notre galaxie, les vestiges de supernovæ sont d'excellents candidats en tant que sources de rayons cosmiques et il est aujourd'hui avéré que ces ondes de choc générées par l'explosion d'étoiles en fin de vie accélèrent des électrons jusqu'au TeV. Cependant, des preuves tangibles manquent toujours pour confirmer que les protons, qui représentent ~90% du rayonnement cosmique, y sont également accélérés. Ces preuves sont à chercher entre 100 MeV et 10 GeV où la forme spectrale de l'émission gamma nous renseigne sur la nature des particules accélérées.Ce domaine en énergie est observé par le satellite Fermi qui scrute le ciel à haute énergie grâce au Large Area Telescope (LAT), un instrument capable de détecter les rayons gamma d'énergies comprises entre 20 MeV et plus de 300 GeV. Avec la dernière version des données en date (Pass 8) rendue publique en 2015, la surface efficace a été sensiblement accrue, notamment à haute énergie. L'objet de cette thèse a été de mettre à profit les nouvelles performances du LAT pour étudier le rayonnement provenant de jeunes vestiges de supernovæ en coquille afin d'évaluer leur capacité à accélérer des particules à haute énergie. Au total, quatre vestiges de ce type ont été étudiés en détail : RCW 86, HESS J1731-347, SN 1006 et RX J1713.7-3946.L'analyse morphologique et spatiale de ces sources nous a menés à d'importants résultats : HESS J1731-347 et SN 1006 ont été détectés pour la première fois au GeV, nous avons mis en évidence une morphologie en coquille pour RCW 86 qui était précédemment détectée comme une source ponctuelle et RX J1713.7-3946 a révélé une forme spectrale plus complexe que ce qui était alors connu. Grâce à la modélisation de l'émission non-thermique de ces sources, en s'aidant des données au TeV obtenues par H.E.S.S., nous avons montré que leur émission gamma est très largement dominée par le rayonnement Compton inverse des électrons de haute énergie diffusant sur les champs de photons ambiants. Cependant, des modifications spectrales ont également été trouvées dans certaines parties de SN 1006 et RX J1713.7-3946 où l'onde de choc est en interaction avec des régions denses en matière, traçant la possible accélération de protons en leur sein
After more than a century of cosmic-ray studies, questions about their origin remain unanswered. In our galaxy, supernova remnants are excellent candidates to be the sources of cosmic rays and it is now certain that these shock waves created by the explosion of dying stars accelerate electrons up to TeV energies. However, undeniable proof is still missing to confirm that protons, which represent ~90% of the cosmic radiation, are also accelerated. Such proof can be searched for between 100 MeV and 10 GeV, where the spectral shape of the gamma-ray emission changes according to the nature of the particles that are accelerated.This energy range is covered by the Fermi spacecraft which observes the high energy sky with the Large Area telescope (LAT), an instrument detecting gamma-rays from 20 MeV to more than 300 GeV. With the latest version of the data, released in 2015 (Pass 8), the effective area has been greatly improved, especially at high energy. The goal of this thesis was to take advantage of the improved performance of the LAT to study the radiation coming from young shell-type supernova remnants and to evaluate their ability to accelerate particles to high energy. Four such remnants were studied in detail: RCW 86, HESS J1731-347, SN 1006 and RX J1713.7-3946.Spatial and spectral analyses of these sources yielded important results: HESS J1731-347 and SN 1006 were identified for the first time in the GeV range, we detected a shell-like morphology for RCW 86 which was previously seen as a point source, and RX J1713.7-3946 revealed an unexpected spectral shape. Broadband modeling of the non-thermal emission of these remnants, using in particular TeV data obtained with H.E.S.S., showed that their gamma-ray emission is dominated by the inverse Compton scattering of electrons on ambient photon fields. However, we also found spectral modifications in some parts of SN 1006 and RX J1713.7-3946 where the shock is interacting with dense regions that could trace the acceleration of protons

L'instrument SNIFS a été conçu pour l'observation des Supernovae de type Ia à bas redshit afin de mieu connaître et caractériser ces objets. Le but étant de savoir si ces objets peuvent être utilisés comme des chandelles standards afin de contraindre les paramètres cosmologiques. La première partie de cette thèse porte sur le développement d'une simulation numérique détaillée de l'instrument SNIFS. Cette simulation reproduit les données issues de l'instrument de la manière la plus réaliste possible en tenant compte de toutes les aberrations présentes, ce qui inclut l'instrument mais aussi l'atmosphère. A terme ces images pourront être utilisées pour préparer la calibration de l'instrument. Le seconde partie tente d'établir une méthode capable d'analyser les résultats produits par l'instrument SNIFS. En se basant sur des outils morphométriques, cette méthode montrera comment l'on peut comparer des séries temporelles de spectre de supernovae et extraire des informations statistiques de celles ci.

Les dix dernières années ont été marquées par l'arrivée à maturité de la technique d'imagerie Cherenkov atmosphérique, ce qui a permis, notamment grâce au réseau de télescopes HESS, l'ouverture d'une nouvelle fenêtre sur l'Univers non thermique. Ce mémoire d'habilitation retrace dix années de recherche en Astronomie Gamma de Très Haute énergie avec HESS puis CTA. Les aspects techniques tels que la conception de l'instrument, son calibrage, la reconstruction des événements et l'analyse de données sont présentées dans une première partie, tandis que la seconde brosse un panorama des grandes découvertes dans ce domaine.