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Cette thèse porte sur le rôle des amas de galaxies dans la cosmologie et l'évolution des galaxies. J'utilise des observations photométriques et spectroscopiques multi-longueur d'onde (optiques, mm, proche/moyen-IR) que j'analyse avec des méthodes statistiques. Pour un échantillon d'amas détectés par le satellite Planck et ré-observés avec le télescope optique Gemini, j'étudie la dynamique des galaxies dans les amas afin de déterminer leur masse et de comprendre les erreurs systématiques sur ces estimations, d'une importance cruciale dans la cosmologie à l'heure actuelle. Dans le cadre de la collaboration CARLA (Clusters Around Radio Loud AGN), j’étudie les populations stellaires des galaxies dans les amas et les proto-amas dans leurs premières phases d'assemblage (z>1.4), afin d'étudier la suppression de la formation des étoiles et le rôle de l'environnement sur l'évolution des galaxies.

This thesis focuses on the role of galaxy clusters in cosmology and galaxy evolution. I use multi-wavelenght photometric and spectroscopic observations (optical, mm, near/mid- IR) which I analyse with statistical methods. For a sample of clusters detected by the Planck satellite and re-observed with the Gemini optical telescope, I have studied the dynamics of member galaxies to probe their mass and understand possible systematics affecting such estimates, of crucial importance in cluster cosmology at present. Within the CARLA (Clusters Around Radio Loud AGN) collaboration, I examine morphology and stellar populations of galaxies in clusters and proto-clusters in their first assembly phases (z>1.4), with the aim of shedding light on the quenching of star formation and the role of the environment on galaxy evolution.

Advisors/Committee Members: Mei, Simona (thesis director).

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Les galaxies locales ont des propriétés différentes selon leur environnement : couleur, morphologie, fraction de gaz, etc. Cette différentiation s'est opérée durant leur formation. Les observations indiquent que ce pic d'activité de formation stellaire a eu lieu vers z=2 et que les environnements denses étaient à cette époque des lieux de formation stellaire très intense, soit l'inverse d'aujourd'hui. C'est en observant les progéniteurs des amas massifs actuels que l'on pourra comprendre l’origine de ces différences. Mais les (proto-)amas à grand z sont difficilement observables. De bons candidats sont les galaxies sub-millimétriques, qui tracent directement la formation stellaire. Grâce aux observations des satellites Planck, Herschel et Spitzer, un échantillon de 82 candidats a été construit : SPHerIC (Spitzer–Planck–Herschel infrared clusters). Ses données indiquent des sources compatibles avec les progéniteurs des amas massifs locaux. 13 de ces champs ont été observés par le CFHT. J’ai tiré parti de ces nouvelles données afin de rendre SPHerIC plus robuste. Après avoir développé un pipeline photométrique pour créer les catalogues de sources JKs, j'ai généré des cartes de densité surfacique de galaxies par tranches de couleur J-Ks. J'ai défini 8 couleurs J-Ks à partir des modèles de Berta et al. (2013) pour contraindre le redshift des galaxies. Je quantifie la coïncidence entre les positions des surdensités JKs, des surdensités IRAC-rouges et des sources SPIRE-rouges. Les diagrammes couleur-magnitude (J-Ks) vs Ks couplés aux modèles de Kodama et al. (1998) semblent indiquer la présence d’une séquence rouge à z~2 pour 12 des 13 champs. Les diagrammes couleur-couleur [3.6]-[4.5] vs (J-Ks) des sources IRAC-rouges sont eux compatibles avec les modèles de galaxies en phase de formation stellaire de Berta et al. (2013), un résultat compatible avec ceux de Planck et Herschel. Toutes les analyses de nos données photométriques convergent vers la conclusion que nos candidats sont de réelles structures à grand redshift et à formation stellaire intense. Après l'observation spectroscopique de sources SPHerIC au télescope de 30 m de l'IRAM, je confirme notamment l'existence de 2 structures à z>2. À partir des flux CO, je dérive la luminosité infrarouge et le SFR dont les valeurs semblent indiquer là encore des structures en phase de formation stellaire intense. J'ai aussi contribué au projet spatial Euclid en étudiant les variations de la PSF de la caméra VIS en fonction du type d'objet observé et de sa position sur le plan focal, et je montre que les variations sont faibles pour les étoiles et galaxies standards.

The properties of local galaxies (color, morphology, gas fraction, etc.) greatly depend on their environment. The differentiation occurred during their assembly. Current observations indicate that the peak of star formation occurred around z=2 and that dense environments used to be cradles of intense star formation, unlike today. This differentiation may be explained by observing the high-z progenitors of today’s…

Advisors/Committee Members: Dole, Hervé (thesis director).

▼ Répondre aux questions fondamentales concernant notre compréhension de l’Univers, comme la cause de son expansion accélérée ou la nature de la matière noire, requiert de confronter les théories aux observations. Dans ce contexte, les amas de galaxies peuvent être utilisés comme de puissantes sondes observationnelles. Cependant, à l’heure actuelle, leur utilisation est limitée par des incertitudes et des effets systématiques, qui affectent notamment la mesure de leur masse, que l’on présume dominée par la matière noire. Les amas de galaxies peuvent être étudiés à différentes longueurs d’onde : le gaz chaud qui compose le milieu intra-amas (ICM en anglais) émet des rayons X et est observable dans le domaine millimétrique via l’effet Sunyaev Zel’dovich (SZ), alors que les galaxies rayonnent principalement en optique et infrarouge. Combiner et comparer ces observables permet de réduire les incertitudes et les effets systématiques des contraintes cosmologiques issues des amas. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de préparer les grands relevés observationnels du futur comme Euclid et le Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Elle présente les analyses multi-longueurs d’onde d’un échantillon d’amas détectés en X dans le relevé XXL, couvrant une large gamme de masses et de redshifts. La première partie de cette thèse introduit le contexte cosmologique et présente les propriétés observationnelles des galaxies et amas de galaxies, ainsi que les ingrédients pour construire des échantillons cosmologiques d’amas. La deuxième partie traite de la caractérisation optique des amas XXL et des propriétés de leurs galaxies membres. Nous commençons par la présentation de XXL et du Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS), un relevé optique associé. Ensuite, nous nous concentrons sur la caractérisation de la qualité des redshifts photométriques du CFHTLS et sur leur utilisation pour construire les fonctions de luminosité (LF en anglais) optiques des galaxies d’amas XXL. Il apparaît que la LF des galaxies satellites dépend légèrement de la richesse des amas, le principal proxy de masse en optique, mais ne montre pas d’évolution significative avec le redshift. Ensuite, nous entreprenons l’étude de la couleur et de la fraction de galaxies à noyaux actifs (AGN en anglais) dans les galaxies d’amas XXL et montrons que la masse joue un rôle clé dans la régulation de l’activité de formation stellaire dans les amas. Pour finir, l’algorithme de détection d’amas WaZP est utilisé pour étudier la contrepartie optique des amas XXL. La troisième partie de cette thèse est consacrée au projet observationnel dédié à la cartographie du signal SZ de trois amas XXL distants, avec la camera à haute résolution angulaire NIKA2. La préparation du projet est discutée, en se servant des données optiques et X afin de prédire le signal SZ attendu. Ensuite, nous présentons la procédure d’observation au télescope et la réduction des données, dédiée à la production des cartes SZ étalonnées. Le projet est en cours et un amas, XLSSC102, à z = 0.97, a… Advisors/Committee Members: Maurogordato, Sophie (thesis director).

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En tant que structures liées les plus massives de l’univers, les amas de galaxies permettent d’étudier l’influence de l’environnement sur l’évolution des galaxies. Dans ce manuscrit, je présente AMASCFI, un algorithme de détection d’amas développé durant la thèse et utilise le catalogue d’amas obtenu à partir des décalages spectraux photométriques du relevé Canada France Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS) pour étudier le rôle des amas sur l’évolution des galaxies. Je démontre les bonnes performances d’AMASCFI sur Euclid et le CFHTLS à partir de données simulées. Je l’applique au CFHTLS pour lequel AMASCFI est pur à 90% et complet à 70% à z<0.7 et déduis une masse pour chaque amas détecté à partir de la richesse. J’étudie alors l'évolution en décalage spectral des fonctions de luminosité des galaxies (GLF) de type précoce (ETG) et de type tardif (LTG) à différentes masses d’amas. J’observe que la GLF des ETGs faibles décroît à grand décalage spectral, la séquence rouge (RS) étant déjà formée à z~0.7, mais enrichie par de faibles ETG à z<0.7. Cela peut être dû à la suppression de la formation stellaire (“quenching”) des LTG dans l’amas ou à l'accrétion de faibles ETG pré-traités dans des groupes en chute sur l’amas. Pour étudier le rôle de ce pré-traitement, je détecte les filaments de la toile cosmique avec la méthode de Laigle et al (2018) et montre qu’elle est bien valide à la précision du CFHTLS. En comparant les distances aux amas AMASCFI des ETG et des LTG dans les filaments, je conclue que les filaments doivent être le siège de “quenching”. Cela pourrait être dû à l’étranglement des galaxies dans les groupes de galaxies mais plus de preuves sont nécessaires.

As the most massive bound structures in the universe, galaxy clusters are a powerful probe of the impact of environment on galaxy evolution. In this work, I present AMASCFI, a new cluster finder algorithm using photometric redshifts I developed during the PhD and use the cluster catalogue obtained on the Canada France Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS) to investigate the role played by clusters and their environment on galaxy evolution. We show the good performances of AMASCFI on Euclid and the CFHTLS using mock data. In particular AMASCFI is 90% pure and 70% complete to z<0.7 for the latter. We then apply AMASCFI to the CFHTLS T0007, and infer a mass for each detected cluster using richness as a proxy. Using our cluster catalogue, we study the redshift evolution of the galaxy luminosity functions (GLFs) of early-type (ETGs) and late-type (LTGs) galaxies at different cluster masses. We observe that the ETG GLF faint-end drops at high redshift, the red sequence (RS) being already formed at z~0.7, but enriched by faint ETGs at z<0.7. This could be due to quenching of LTGs in the cluster or accretion of faint ETGs pre-processed in infalling groups. To investigate the role of pre-processing, we use the method of Laigle et al (2018) to detect filaments from photometric redshifts and show that it allows to recover the 3D cosmic web at CFHTLS accuracy.…

Advisors/Committee Members: Durret, Florence (thesis director), Adami, Christophe (thesis director).

▼ 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,… Advisors/Committee Members: Pello, Roser (thesis director), Cuby, Jean-Gabriel (thesis director).

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Nous étudions la formation d’étoiles et d’amas d’étoiles dans les galaxies dominées par le gaz. Ce terme réfère en premier lieu aux galaxies de l’époque du pic de formation d’étoiles dans l’histoire de l’Univers, qui s’est déroulé vers z ~ 2, mais aussi à leurs analogues locaux, les galaxies naines de marées. En premier lieu, en utilisant des simulations numériques, nous montrons que les galaxies massives typiques de z=2, avec une fraction de gaz d’environ 50%, forment des structures gazeuses massives (10**7-8 masses solaires) et liées gravitationnellement, appelées grumeaux dans la suite. Ces grumeaux ne se forment dans des galaxies avec une fraction de gaz inférieure à 25%. Nous présentons ensuite une étude observationnelle d’un analogue local de grumeaux de galaxies à z=2, la galaxie naine de marée NGC 5291N. Une analyse des raies d’émission de cette galaxie montre la présence de chocs sur les pourtours de l’objet. La photométrie des amas d’étoiles de cette galaxie montre que les amas les plus jeunes (< 10 millions d’années) sont significativement moins massifs que les amas plus âgés. Ceci peut être le signe de fusions progressives d’amas et/ou d’une forte activité de formation stellaire dans ce système il y a environ 500 millions d’années.Dans un second lieu nous étudions comment la fraction de gaz influe sur la formation d’étoiles et d’amas stellaires dans des fusions de galaxies à z=2. En utilisant des simulations numériques nous montrons que ces fusions n’augmentent que relativement peu le taux de formation d’étoiles et d’amas stellaires comparativement aux fusions de galaxies locales, à faible fraction de gaz. Nous montrons que ceci est due à une saturation de plusieurs facteurs physiques, qui sont déjà présents naturellement dans les galaxies isolées à z=2 et sont donc comparativement peu accentués par les fusions. Il s’agit de la turbulence du gaz, des zones de champ de marée compressif et des flux de matières vers le noyau de la galaxie. Nous montrons aussi que les structures stellaires formées au sein des grumeaux de gaz sont préservées par la fusion : elles sont éjectées des disques et orbitent dans le halo de la galaxie résultante de la fusion, où elles peuvent devenir les progéniteurs de certains amas globulaires

We study the formation of stars and stellar clusters in gas-dominated galaxies. This term primarily refers to galaxies from the epoch of the peak of the cosmic star formation history, which occurred at z ~ 2, but also to their local analogues, the tidal dwarf galaxies.Firstly, using numerical simulations, we show that the massive galaxies at z = 2, which have a gas fraction of about 50%, form massive (10**7-8 solar masses) and gravitationally bound structures, which we call clumps thereafter. These clumps do not form in galaxies with a gas fraction below 25%. We then present an observational study of a local analogue of a z = 2 galactic clump, which is the tidal dwarf galaxy NGC 5291N. The analysis of emission lines show the presence of shocks on the outskirts of the object. Photometry of…

Advisors/Committee Members: Duc, Pierre-Alain (thesis director).

▼ Cette thèse présente un certain nombre de résultats récents à propos de l'évolution des galaxies et la cosmologie, à partir de l'observation d'amas de galaxies en lumière visible. Nous introduisons d'abord les principales propriétés des amas de galaxies (Chapitre 1.1) et la façon dont ces objets permettent de contraindre le modèle cosmologique standard (Chapitre 1.2). Une grande partie des résultats présentés ici ont été obtenus à partir de l'étude du relevé d'amas DAFT/FADA, qui regroupe des amas dans la gamme de décalages spectraux 0.4<z<0.9 (Chapitre 1.3). Cette thèse est séparée en deux parties, chacune traitant d'une observable particulière : la luminosité des galaxies, puis la forme des galaxies. La fonction de luminosité des galaxies, c'est-à-dire la distribution de leur luminosité, permet d'étudier l'évolution des galaxies dans les amas (Chapitre 2.1). Nous avons calculé les fonctions de luminosité pour un sous-échantillon de 25 amas DAFT/FADA, et avons montré que les galaxies faibles bleues, à fort taux de formation stellaire, évoluent en des galaxies rouges passives des hauts décalages spectraux à aujourd'hui. En comparant les fonctions de luminosité des amas à celles du champ, on observe que cette transformation est plus efficace dans les environnements denses. Nous avons également étudié la fraction de baryons dans les groupes et amas de galaxies (Chapitre 2.2). Nous avons remarqué que dans les groupes la fraction massique d'étoiles peut atteindre des valeurs du même ordre de grandeur que celles de la fraction de gaz intra-amas, alors que dans les amas, la fraction stellaire est généralement négligeable devant celle du gaz. En prenant en compte à la fois les étoiles et le gaz, nous avons posé des contraintes sur le paramètre de densité de matière Omega_M. Les galaxies apparaissent déformées par la présence d'objets d'avant-plan qui courbent les trajectoires lumineuses à leur voisinage. Ce signal de lentille gravitationnelle peut être exploité afin de mesurer la distribution de masse des amas d'avant-plan. Les bases du phénomène de lentille gravitationnelle faible et de la mesure du cisaillement sont introduites au Chapitre . Ces techniques sont ensuite appliquées à un sous-échantillon de 16 amas DAFT/FADA présentant des images Subaru/SuprimeCam ou CFHT/MegaCam (Chapitre 3.1). Nous avons estimé la masse de ces amas, et profité de la large dimension angulaire de ces images pour détecter des filaments et des structures autour de ces amas. Cette étude valide observationnellement le scénario de croissance hiérarchique des amas. Finalement, nous avons détecté les pics de cisaillement dans des simulations de type Euclid, et avons utilisé leur statistique en tant que sonde cosmologique, de façon similaire aux comptages d'amas (Chapitre 3.2). Nous avons calculé les contraintes cosmologiques que cette technique pourra apporter avec les données de la mission spatiale Euclid, et avons développé une approche tomographique qui ajoute l'information des décalages spectraux. Une discussion sur les développements envisagés… Advisors/Committee Members: Clowe, Douglas (thesis director), Durret, Florence (thesis director).

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La reionisation est le dernier changement d'état de l'Univers qui a fait passer l'ensemble de sa teneur en hydrogène d'un état neutre à un état ionisé. Cette transition rapide ainsi que le réchauffement du gaz ont eu des conséquences majeures sur la formation et l'évolution des structures, d'où l'importance de la reionisation pour comprendre l'Univers actuel. Dans notre compréhension actuelle, la réionisation s'est terminée à z ~ 6 et les sources responsables de cette transition sont probablement les galaxies de faible masse et à formation d'étoiles (SFG). Une des façons d'étudier cette population consiste à déterminer la fonction de luminosité (LF) des galaxies sélectionnées à partir de leur émission Lyman-alpha et à évaluer leur densité de flux ionisant. Toutefois, les études les plus récentes et leurs conclusions sont en général limitées par le flux le plus faible que l'on peut atteindre avec les instruments actuels. L'un des principaux objectifs du travail présenté dans ce manuscrit est l'étude de la LF des émetteurs Lyman-alpha (LAE) à l'aide d'observations profondes d'amas de galaxies avec l'IFU MUSE. L'utilisation combinée des cubes de données IFU et de champs lentillés rend cette analyse difficile sur le plan du temps de calcul. Pour contourner cette difficulté, nous avons mis au point de nouvelles méthodes pour tenir compte de la contribution de chaque LAE, y compris la détermination du volume effectif et de la complétude. Les LFs résultant de cette analyse ont établi un niveau de contrainte sans précédent sur la forme de la partie à très faible luminosité de la LF. En ne faisant aucune hypothèse sur la fraction d'échappement de l'émissions Lyα, nous observons que la population de LAE a un niveau de contribution à l'émissivité ionisante totale similaire à celui des galaxies sélectionnées par UV (LBG) à z ∼ 6. Dans la continuité de ce travail sur la LAE LF, nous étudions l'effet de la méthode de sélection sur cette conclusion. Ces derniers résultats ont montré que la proportion observée de LAEs augmente de manière significative parmi les galaxies à faible continuum UV et à grand redshift.

Reionization is the last change of state of the Universe which made its entire hydrogen content transition from a neutral to a completely ionized state. This rapid transition and heating of the gas content had major consequences on the formation and evolution of structures which makes of reionization a key element to understand the present day Universe. In our current understanding, reionization was mostly done by z ~ 6 and the sources responsible for this transition are likely faint, low mass and star-forming galaxies (SFGs). One way to study this population is to determine the Luminosity Function (LF) of galaxies selected from their Lyman-alpha emission and assess their ionizing flux density. However, most recent studies and their conclusions are in general limited by the lowest flux that can be reached with the current observational facilities. One of the major goals of the work presented in this manuscript is the…

Advisors/Committee Members: Pello, Roser (thesis director).

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Je présente dans cette thèse les résultats obtenus à partir de la collaboration Franco Américaine appelée le Dark energy American French Team/ French American DArk energy Team (DAFT/FADA). Le but de la collaboration DAFT/FADA est de mener à bien un sondage sur la tomographie par lentilles faibles de riches amas de galaxies compris entre les redshifts z=0.4 et z=0.9. Contrairement aux autres méthodes comme les supernovae ou les comptages d'amas de galaxies, la tomographie par lentilles faibles est purement basée sur la géométrie et ne dépend pas de la connaissance sur la physique des objets utilisés comme indicateurs de distance. De plus, la raison pour analyser les observations dans la direction des amas est que le signal de cisaillement est augmenté d'un facteur 10 par rapport aux galaxies de champs. Notre travail contiendra les résultats de 91 riches amas de galaxies provenant du HST combiné avec le travail sur des données sol pour obtenir des redshifts photométriques. Cette combinaison de redshifts photométriques et de tomographie avec lentilles minces nous permettra de contraindre les équations d'état avec l'énergie noire, ainsi que l'évolution des propriétés des amas avec le redshift. C'est dans ce cadre que, durant ma thèse, j'ai étudié le comportement et des composants des amas DAFT/FADAS eux-mêmes. Cela s'est traduit par une étude de la lumière diffuse contenue dans 10 amas ainsi qu'une étude dynamique sur une gamme de redshifts allant de z=0.4 _a z=0.8.

I present in this thesis the results obtained from the American French collaboration called the Dark energy American French Team/French American DArk energy Team (DAFT/FADA). The goal of the DAFT/FADA collaboration is to carry out a weak lensing tomography survey of z = 0.4-0.9 rich clusters of galaxies. Unlike supernovae or other methods such as cluster of galaxy counts, weak lensing tomography is purely based on geometry and does not depend on knowledge of the physics of the objects used as distance indicators. In addition, the reason for analyzing observations in the direction of clusters is that the shear signal is enhanced by about 10 over the feld. Our work will contain results obtained on 91 rich clusters from the HST archive combined with ground based work to obtain photo-zs. This combination of photo-z and weak lensing tomography will enable us to constrain the equation of state of dark energy, and the cluster properties evolution with redshift. In this framework, during my PhD, I studied the behaviour and the comnents of the DAFT/FADAS clusters themselves. More precisely, I studied the difuse light contained within 10 clusters of the syrvey as well as their dynamical behaviour on a range of redshifts between z=0.4 and 0.8. indeed, The galaxy clusters themselves are still an important feld of study nowadays, mainly due to the fact they are the largest, at least partially virialized, structures we can observe, allowing us to better understand the history and evolution of our Universe. I present here the latest results obtained so far in my work on…

Advisors/Committee Members: Le Brun, Vincent (thesis director), Adami, Christophe (thesis director).

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Les amas de galaxies sont des structures massives composées à plus de 80% de matière noire. Leur coeur peut atteindre une densité de masse critique qui en déformant l'espace-temps fait converger les rayons lumineux vers l'observateur. Grâce à des relevés photométriques profonds de l'amas Abell 2744, de nombreux systèmes multiples ont été découverts. Identifier ces systèmes reste un défi, j'ai donc développé une méthode robuste basée sur les propriétés photométriques conservées par l'effet de lentille gravitationnelle qui permet de les détecter automatiquement. Le meilleur moyen de prouver que des images proviennent de la même galaxie reste la mesure de leur distance(redshifts) grâce à leur spectre. En analysant les données collectées par le spectrographe à intégrale de champ MUSE j'ai mesuré un grand nombre de sources (514) dont 83 d'entre elles sont des images multiples. Bénéficiant de cette large couverture spectrale, j'ai créé un modèle paramétrique de masse parmi les plus contraints à ce jour. La sensibilité atteinte par le modèle permet de sonder l'influence de structures périphériques (jusqu'à une distance de 700kpc), révélant ainsi des erreurs systématiques sur la mesure de la masse due à la paramétrisation du modèle (6%). Comparé aux précédentes études, on voit une diminution de 10% de la masse dans un rayon 100 kpc montrant ainsi en partie le gain offert par la spectroscopie. Ce gain, bien que négligeable sur la mesure de l'amplification, s'est avéré pouvoir contraindre la balance en masse entre les différentes composantes de notre modèle, dépassant par endroits 2 fois l'incertitude statistique

Clusters of galaxies are large and massive structures containing more than 80% of dark matter. In the cluster core, the mass density can reach a critical threshold making the curvature of space-time large enough to bend light path and then allow multiple convergence of images from the same sources to appear on the observer field of view. Thanks to deep photometric coverage of Abell 2744, a lot of multiply-imaged systems were discovered. Nevertheless, finding them remain a challenge and based on the preserved photometric properties by lensing, I developed a robust method to automatically find them. However, measuring the redshifts for each multiple images remains the best way to surely associate them. The deep coverage of the integral field spectrograph MUSE allowed me to identify a large number of sources ( 514 ) among them 83 were multiple images. Thanks to this large spectroscopic coverage, I built one of the most constrained parametric mass model for lensing cluster to date. The sensitivity raised by this model allow me to probe the influence of outskirts substructures ( at 700 kpc distance ), revealing systematic sources of uncertainties related to the mass model parametrisation ( 6% ). Compared to previous studies, I notice a 10% lower mass in the center ( within 100kpc ) showing one of the benefit of large spectroscopic constraints. This benefit, is smaller on the amplification estimation but shows a…

Advisors/Committee Members: Richard, Johan (thesis director).

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Les relevés à venir comme Euclid, LSST et WFIRST vont nous ouvrir la perspective d’étudier l’univers profond. Pour ces grands relevés, l’astigmatisme cosmique correspond à une sonde indispensable pour étudier la nature de l’énergie noire et la matière noire. Compte tenu de la précision attendue par ces observations, nous devons faire des prédictions basées sur des simulations correspondant à l’état de l’art afin de quantifier avec précision la variance, les biais et les dégénérescences potentielles liés aux baryons. Dans ce contexte, ma thèse se focalise sur la construction d’estimateurs précis basés sur les observables de lentillage. La première partie de ma thèse consiste à caractériser la géométrie des grandes structures par astigmatisme cosmique (Gouin et al. 2017). Une décomposition multipolaire du signal est appliquée afin de quantifier la distribution azimutale de la matière noire, centrée sur les amas. Les propriétés statistiques de ces moments sont estimées à partir d’une simulation cosmologique. Les distorsions harmoniques calculées dans le voisinage des amas tracent la structure filamentaire. Un plus grand nombre de filaments semblent connectés aux amas de forte masse. Dans la dernière partie de ma thèse, je synthétise le signal d’astigmatisme cosmique dans le cône de lumière de la simulation Horizon AGN. Pour ce faire, je propage les rayons de lumière le long du cône dans l’approximation des plans de lentillage multiples. L’effet des baryons est significatif dans la statistique du cisaillement aux échelles angulaires inférieures à l’arc-minute. Le signal de cisaillement galaxie-galaxie est comparée aux observations récentes, et semble être en bon accord.

Upcoming weak lensing surveys such as Euclid, LSST and WFIRST will provide an unprecedented opportunity to investigate the dark Universe. Through these large scale surveys, gravitational lensing is an indispensable cosmological probe to investigate the dark energy and the dark matter. Due to the new level of accuracy in observations, we must perform cosmological predictions in state-of-art simulations, to precisely quantify its variances, biases and potential degeneracies coming from baryonic physics. In this context, my thesis focuses on the construction of accurate weak lensing observables. The first part of my PhD work characterises the geometry of large-scale structure through weak lensing (Gouin et al. 2017). I relied on multipolar decomposition of weak lensing signal to quantify the azimuthal distribution of dark matter centred on galaxy clusters. The statistical properties of these moments are estimated from a large N-body simulation. The harmonic distortions computed in the vicinity of clusters appear to trace the filamentary structure. Larger number of filaments seem to be connected to high-mass clusters.The detection level of this statistical estimator is estimated. In the last part of my thesis, I mock the weak gravitational lensing signal in the light-cone of the Horizon-AGN simulation (Gouin et al. 2019). To do so, I propagate light-rays…

Advisors/Committee Members: Pichon, Christophe (thesis director), Gavazzi, Raphaël (thesis director).

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L’étude des amas globulaires (AGs) nous offre une opportunité d’appréhender l’histoire de leurs galaxies hôtes et ainsi l’histoire de l’univers. Dans cette thèse, je me suis intéressé aux propriétés des AGs dans différents environnements. Tout d’abord, je me suis concentré sur les AGs de l’amas de la Vierge, un amas de galaxies très dense situé à environ 16,5 Mpc. J’ai utilisé les données observées par le relevé NGVS (Next Generation Virgo Survey) pour définir un échantillon qui contient 1846AGs. J’ai ensuite comparé les couleurs de ces amas avec celles d’autres AGs originaires de la Voie Lactée et j’ai remarqué des différences de couleurs encore jamais observées, dont la nature exacte est encore énigmatique. Pour comprendre ces différences, j’ai ensuite comparé les AGs observés avec des AGs synthétiques basés sur 10 modèles de synthèse de populations stellaires. J’ai aussi étudié les âges et les métallicités ressortant de la confrontation directe des couleurs des AGs à ces modèles. En conclusion, en l’état actuel, les modèles ne rendent pas compte de la diversité identifiée dans ma thèse. Finalement, j’ai effectué une brève étude des propriétés spatiales des AGs autour de M87 pour repérer des marques d’accrétion.

Through the study of the globular cluster (GC) properties, it is possible to unravel the history of their host galaxies and by extension the history of the universe. During this thesis, I was interested in the GC properties in different environments. First, I looked at the GCs in the Virgo cluster, a dense galaxy cluster located at 16.5 Mpc. I used data from the survey NGVS (Next Generation Virgo Survey) to define a sample of 1846 GCs. Then, I compared the colors of these GCs with those of Milky Way GCs and I noted color differences never yet observed, which are still enigmatic. In order to understand these differences, I compared the observed GCs with synthetic GCs obtained with 10 stellar population synthesis models. I also studied the age and metallicity predictions of those models. In the end, in their current status, the models do not account for the diversity highlighted in my thesis. Finally, I assessed the spatial properties of the GCs around M87 in order to find any signatures of a recent accretion.

Advisors/Committee Members: Lançon, Ariane (thesis director).

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L'objectif de cette thèse est d'étudier la possibilité de construire la fonction de corrélation à 2 points des amas de galaxies détectés dans les grands relevés optiques de galaxies. En particulier j’étudie l’impact de décalages vers le rouge dégradés car dérivés de données photométriques seules comme cela sera le cas pour les grands relevés à venir. J’ai utilisé des sous-échantillons d’amas sélectionnés dans les catalogues simulés. Les décalages vers le rouge des amas sont modélisés à partir des décalages exacts auxquels sont rajoutés un brui gaussien d’écart type σ (z=0) = 0.005 à 0.050. La fonction de corrélation dans l’espace direct est calculées par une méthode de déprojection. L’étude a été menée sur 4 intervalles de masse et 6 de redshift couvrant le domaine 0<z<2, en s’appuyant dans un premier temps sur les redshifts cosmologiques, puis sur les redshifts bruités. Un accroissement clair de l’amplitude de corrélation avec le redshift et la masse a été trouvé. L’évolution du paramètre de biais b(M,z) est en bon accord avec les prédictions théoriques. La relation d’échelle r0-d est aussi confirmée pour tous les échantillons jusqu’aux plus hauts redshifts et masses. Pour les échantillons bruités il est montré que la fonction de corrélation peut être reconstruite avec une précision de 10% pour σ (z=0) = 0.030. Les paramètres des ajustements ainsi que les biais reconstruits pour tous les bruits envisagés sont compatibles avec le cas non bruité dans un intervalle de 1σ. L’impact de la sélection des échantillons en richesse plutôt qu’en masse est aussi envisagé. Il est montré que Σ(>N200) est similaire à Σ(>masse), ainsi que la fonction de biais qui peut être reproduite à 1σ près.

I aim to study to which accuracy it is actually possible to recover the real-space to-point correlation function from cluster catalogues based on photometric redshifts. I make use of cluster sub-samples selected from a light-cone simulated catalogue. Photometric redshifts are assigned to each cluster by randomly extracting from a Gaussian distribution having a dispersion varied in the range σ (z=0) = 0.005 à 0.050. The correlation function in real-space is computed through deprojection method. Four masse ranges and six redshifts slices covering the redshift range 0<z<2 are investigated, using cosmological redshifts (Zc) and then using photometric redshifts. A clear increase of the corretation amplitude with redshift and mass is found. The evolution of the bias parameter b(M,z) is in fair agreement with the theoretical expectations. The existence of the r0-d relation up to the highest mass, highest redshift sample is tested and is confirmed. It is found that the real-space correlation function can be recovered within and accuracy of 10% for σ (z=0) = 0.030. The best-fit parameters as well as the bias for all σz, are within the 1σ uncertainty of the Zc sample.

Advisors/Committee Members: Maurogordato, Sophie (thesis director), Benoist, Christophe (thesis director).

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Cette thèse se focalise sur l'étude des amas de galaxies, via l'effet Sunyaev-Zel'dovich (tSZ), qui consiste en l'interaction de ces même amas avec le fond diffus cosmologique. Pour ce faire j'ai utilisé les données expérimentale de l'instrument HFI du satellite PLANCK. Cette thèse ce découpe en trois parties majeures, (1) L'analyse et le traitement des données en temps, des données brut jusqu'au cartes du ciel, ce focalisant tout particulièrement sur les effets systématiques. (2) Le développement de méthode de séparation de sources, permettant la construction de cartes par émission astrophysique (tout particulièrement l'effet Sunyaev-Zel-dovich) à partir de données multi-fréquences. (3) L'analyse physique des cartes d'effet Sunyaev-Zel'dovich, produit par le gaz d'électron chaud présent dans les amas de galaxies. Ce travail permet la mise en place de contrainte, sur le profile de pression des amas de galaxies, sur la présence de filaments de matière entre des système binaire d'amas de galaxies, ainsi que la mise en évidence du spectre de puissance de l'effet tSZ.

This work is focusing on the study of the thermal Sunyaev-Zel'dovich (tSZ) effect produced by the gaz of hot electrons present in galaxy clusters. This effect consist on the interaction between the Cosmic Microwave Background (CMB) and galaxiy clusters. For this purpuse I used the data from the High Frequency Instrument (HFI) of the PLANCK satellite. This work can be divided in three main parts : (1) The study of systématics effects present in the Time Ordered Data and in the construction of the sky maps. (2) The devellopement of new components seperation methods for the tSZ effect in the context of multi-frequencies observations. (3) The physical analysis of the tSZ effect providing constraints on the galaxy clusters properties. This work allow to put some constraints on the galaxy clusters pressure profile, on the WHIM components present in the inter-clusters medium between binary system of galaxy clusters and on the detection of the tSZ power spectrum with PLANCK.

Advisors/Committee Members: Macias-Pérez, Juan-Francisco (thesis director), Désert, François-Xavier (thesis director).

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Issus de l'effondrement gravitationnel des fluctuations de matière primordiales, les amas de galaxies sont constitués d'un halo de matière noire, d'un plasma de baryon ou « gaz chaud » et de galaxies. Le comptage des amas apporte des contraintes fortes sur la cosmologie.Mon travail consiste à améliorer la détection de la composante de gaz chaud des amas, à la fois pour des structures proches et lointaines. Ce gaz chaud est détectable dans les cartes du satellite Planck par effet Sunyaev-Zel'dovich et dans les cartes du satellite ROSAT par rayonnement de freinage.La première partie de cette thèse consiste à détecter du gaz chaud dans les cartes de Planck à la position des quasars de l'expérience BOSS, donc dans des structures lointaines.Le signal est dominé par une émission de type poussière. J'ai donc élaboré un filtre capable d'extraire un signal de gaz chaud sous-dominant et de le séparer de l'émission de poussière. Le signal de gaz chaud obtenu par cette approche est significatif pour les structures à redshift z >2.5.La seconde partie de cette thèse, la détection simultanée, est dédiée à la construction d'un filtre capable d'extraire des amas (à z<1.5) individuellement dans les données ROSAT et adapté à la statistique du bruit. Ce filtre est en outre conçu dans la perspective d'être combiné avec le filtre utilisé pour détecter les amas dans les données Planck. L'objectif final étant d'obtenir plus d'amas moins massifs.

Originating from the gravitational collapse of the primordial fluctuations of matter, galaxy clusters are the mixture of a dark matter halo, a baryonic plasma also called « hot gas » and several galaxies. Cluster counts provide stringent constraints on cosmology.Improving the detection of the hot gas component in nearby or distant structures is the main goal of my work. We can detect this hot gas in the Planck satellite maps thanks to the Sunyaev-Zel'dovich effect and in the ROSAT satellite maps by bremsstrahlung.The first part of my thesis is dedicated to the detection of hot gas in Planck maps at the positions of BOSS quasars, so in distant structures.Dust-like emission dominates our signal. I developped a new filter in order to separate the possible sub-dominant hot gas emision from the dust one. I get a significnt hot gas signal for structures with redshift z >2.5.In the second part of the thesis, the simultaneous detection, I build a filter suited for extracting clusters (z<1.5) individually in the ROSAT data respecting the noise statitistics. This filter is also designed to be combined with the filter used for detecting clusters in Planck maps. Increasing the number of less massive clusters will be the final goal.

Advisors/Committee Members: Melin, Jean-Baptiste (thesis director).

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Les connaissances sur l'origine de Radio Halos (RHs), sources radio diffuses de faible brillance de surface observées aux échelles des Mpc dans les amas de galaxies massives, ont progressé vers un consensus général au cours des dernières années. Le scénario généralement accepté pour le mécanisme responsable de ce type d'émission diffuse est la ré-accélération des électrons relativistes par les turbulence générées au cours de la coalescence entre amas. Dans ce cadre, les modèles prévoient une fraction plus importante de RHs dans intervalle z = 0.3-0.4. Cependant, les observations radio des amas de galaxies dans ce régime de redshift sont encore limitées. Le projet MACS-Planck Radio Halo Cluster Project vise à explorer l'origine des RHs, ainsi que leur lien avec l'état dynamique des systèmes hôtes, en explorant une gamme de redshift plus élevée par rapport aux études précédentes. Dans cette thèse, je présente les données publiées du sous-échantillon ATCA du projet et les perspectives pour les travaux futurs.

The knowledge on the origin of Radio Halos (Rhs), Mpc-scale low surface brightness diffuse radio emission observed in massive galaxy clusters, has moved towards a general consensus on the recent years. The generally accepted scenario for the mechanism responsible of this kind of diffuse emission is the re-acceleration of relativistic electrons by the turbulence generated in cluster mergers. On this framework, it is expected from models that a larger fraction of RH occurrence may appear at z=0.3-0.4. However, radio observations of galaxy clusters in this redshift regime are still limited. The MACS-Planck Radio Halo Cluster Project has the aim of exploring the origin and occurrence of RHs, as well as their connection with the dynamical state of the host systems by exploring a higher redshift range than previous studies. In this thesis, I present the published data of the ATCA subsample of the project and prospects for the future work.

Advisors/Committee Members: Ferrari, Chiara (thesis director).

▼ L'étude de l'évolution et de la composition des grandes structures de l'Univers, comme les amas de galaxies et les filaments cosmiques, est l'un des sujets de recherche les plus actifs en cosmologie. Au cours de ma thèse, j'ai analysé des relevés publiques multi-longueurs d'onde (SDSS, WISE, Planck), en utilisant des techniques d'analyse de données nouvelles comme l'apprentissage automatique ou les méthodes bayésiennes. Le but de mon travail était d'étudier la matière baryonique (gaz ionisé et chaud et galaxies) dans le milieu intra-amas, et dans la toile cosmique (ponts de matière et filaments cosmiques).Au cours de ma thèse, j'ai notamment développé un algorithme basé sur l'intelligence artificielle afin d'estimer les propriétés des galaxies, telles que le taux de formation des étoiles (SFR) et la masse stellaire dans la plage de redshift 0,05<z<0,3, directement applicable aux données infrarouge WISE. La détermination de ces deux propriétés pour de grands volumes de ciel permet de classer un grand nombre de galaxies en fonction de leurs types (actives, en transition, passives), une étape clé pour étudier l'effet de l'environnement sur l'évolution des galaxies.En combinant ces propriétés avec les informations sur le gaz chaud et ionisé observé via l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ), j'ai étudié la paire d'amas de galaxies A399-A401 reliée par un pont de matière de ~3Mpc de long, détecté de manière significative sur la carte de Planck. J'ai caractérisé le gaz et les galaxies dans ce système double exceptionnel, qui est un cas unique de filament cosmique chauffé par la collision des deux amas.En estimant le SFR et la masse stellaire du catalogue WISExSCOS (~15 millions de sources dans la gamme 0.1<z<0.3), j'ai étendu mon travail sur le pont de matière A399-A401 à une étude statistique des propriétés des galaxies le long des filaments cosmiques, de longueurs comprises entre 10 et 100 Mpc environ. Le catalogue de filaments, extrait de l'échantillon de galaxies spectroscopiques SDSS DR12, contient ~10000 objets. J'ai étudié les propriétés statistiques des galaxies actives, en transition, et passives, et de leurs SFRs et masses stellaires autour de ces structures pour explorer le processus d'arrêt de formation d'étoiles.Un autre aspect de ma thèse était la réduction et l'analyse des données d'un grand programme de l'ESO, qui visait à détecter les galaxies d'amas des sources SZ Planck dans les bandes optiques g, r, et z et en spectroscopie de 4000 à 8000 Angstrom. Le but de ce programme était de confirmer ou infirmer la détection de 129 amas massifs identifiés par Planck via l'effet SZ dans l'hémisphère sud. J'ai développé des pipelines pour réduire les données photométriques avec NTT/EFOSC et les données spectroscopiques avec VLT/FORS2. Des redshifts ont pu être fournis pour tous les amas confirmés. Un total de 49 amas avec des redshifts estimés z>0,5 ont été observés avec VLT/FORS2. L'analyse des ~3000 spectres obtenus est en cours et avec les données actuelles, nous confirmerons spectroscopiquement environ 10 amas avec… Advisors/Committee Members: Aghanim, Nabila (thesis director), Salomé, Philippe (thesis director).

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La composante baryonique de la structure à grande échelle de l’Univers est composée de concentration de gaz et de galaxies, donnant lieu à des groupes, à des amas, à des filaments allongés et à des murs étendus. Ces structures peuvent suivre la distribution de matière noire dans l’Univers. Néanmoins, selon le modèle cosmologique actuel, l’ensemble des matières baryoniques dans l’Univers n’a pas encore été observé. Cependant, les simulations numériques nous suggèrent qu’entre la moitié et deux tiers des parties des baryons sont localisées entre les amas de galaxies et peuplent les structures qui les relient. Les structures les plus concentrées, que nous appelons ici « des systèmes » (i.e. groupes et amas), ont généralement des gaz à haute concentration et une température élevée (1 - 10 keV). Cette température se refroidit en émettant des photons qui sont observables en rayons X. De plus les gaz interagissent avec les photons du fond diffuse cosmologique par l’effet Sunyaev–Zel'dovich (SZ) , observable à longueur d’onde millimétrique. Dans les filamentaires et murs qui sont des structures moins denses, les baryons sont probablement dans un état moins dense et à une température modérée (0.01 - 1 keV). Ces gaz tièdes sont appelés WHIM (Warm Hot Intergalactic Medium). Pendant cette Thèse de doctorat nous étudions les effets environnementaux associés aux différents composants de la structure à grande échelle de l’Univers. Pour les systèmes, l'objectif est la caractérisation du milieu intra amas en utilisant l’effet SZ. Pour cela nous utilisons les observations du satellite Planck et de l’Atacama Cosmological Télescope (ACT) afin d’analyser les profils de pression pour un échantillon d’amas de faible masse. D'autre part, pour l'étude des structures à faible densité (structures filamentaires). Nous avons construit un échantillon de candidats à filaments, cet échantillon se compose des chaînes d’amas reliées en une structure de super amas de galaxies. Notre objectif est de prouver leur nature filamentaire et de caractériser ses composants (galaxies, amas et gaz).

The baryonic component of the Large Scale Structure (LSS) of the Universe is composed by concentrations of gas and galaxies forming groups, clusters, elongated filaments and widely spread sheets which probably underline the distribution of dark matter. Nevertheless, according to the current cosmological models, most of the baryonic material in the Universe has not yet been directly observed. Numerical simulations suggest that from one-half to two-thirds of all baryons may be located out of clusters of galaxies, pervading the structures between them. The most concentrated structures, which we call systems of galaxies (i.e., groups and clusters) usually contain high density hot gas (1 - 10 keV) that cools radiatively, emits at X-rays wavelengths and interacts with the cosmic microwave background at millimeter wavelengths (Sunyaev Zel'dovich effect, SZ). For the less dense structures, filaments and sheets, the baryons are probably in moderately hot gas phase (0.01 -…

Advisors/Committee Members: Pointecouteau, Etienne (thesis director), Caretta, Cesar (thesis director).

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Dans le modèle standard de cosmologie ΛCDM, environ 72% de la densité d'énergie totale de l'Univers se présente sous la forme d'énergie sombre qui causerait la présente accélération de l'Univers. Parmi les sondes cosmologiques couramment utilisées, l'effet de lentille gravitationnel forte dans les amas est une technique prometteuse fournissant des contraintes orthogonales sur les paramètres cosmologiques. Le programme HFF a permis une amélioration significative de l'estimation de la distribution de masse des amas. Cependant, la modélisation de l'effet de lentille forte dans les amas semble ne pas atteindre la résolution angulaire des observations HST. Cette thèse fournit une meilleure compréhension de l'impact des erreurs systématiques dans la modélisation paramétrique de l'effet de lentille forte dans les amas de galaxies et, donc, sur la détermination des paramètres cosmologiques. Premièrement, j'ai analysé deux amas de galaxies simulés, ayant les mêmes caractéristiques que les amas du programme HFF, Ares et Hera. J'ai utilisé plusieurs estimateurs afin d'évaluer la qualité de nos reconstructions obtenues, permettant de quantifier l'impact des erreurs systématiques dues, au choix des profils de densité et configurations et, ensuite, de la disponibilité d'images multiples dans la détermination de paramètres cosmologiques. Deuxièmement, en utilisant deux amas de galaxies, j'ai testé quatre modèles cosmologiques pour lesquels l'équation d'état de l'énergie sombre, w(z), est paramétrisée en fonction du redshift. J'ai réalisé plusieurs modélisations pour quantifier l'impact des erreurs systématiques liées à la position des images multiples sur les paramètres cosmologiques.

In the standard cosmological model ΛCDM, about 70% of the energy density of the Universe is in the form of a dark energy that would cause the current acceleration of the Universe. Among the extensively used cosmological probes, using strong lensing features in galaxy clusters is a promising technique yielding orthogonal constraints on cosmological parameters. The program HFF has led to a significant improvement of cluster mass estimates. However, strong lensing modelling appears to be still unable to match the HST observations angular resolution.This thesis provides a better understanding of how systematic errors impact the retrieval of cosmological parameters in order to use strong lensing clusters as reliable cosmological probes. Firstly, I have analyzed two simulated HFF-like clusters, Ares and Hera, I use several estimators to assess the goodness of our reconstructions by comparing our multiple models, with the input models. This allows to quantify the impact of systematic errors arising from the choice of different density profiles and configurations and, secondly, from the availability of constraints in the parametric modelling of strong lensing clusters and therefore on the retrieval of cosmological parameters. Secondly, I probe four cosmological models in which the equation of state of dark energy, w(z), is parameterized as a function of…

Advisors/Committee Members: Tilquin, André (thesis director), Jullo, Eric (thesis director).

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La thématique principale de mon travail de thèse est l’é;volution et la formation structures en fonction du décalage vers le rouge (redshift par la suite).Mon travail de thèse se divise en deux parties distinctes, qui finalement se regroupent au cours de mes derniers travaux. Dans un premier temps, j’ai étudié l’évolution du Fond Diffus Infrarouge (Cosmic Infrared Background, CIB par la suite) en fonction du redshift à 70 et 160 µm en utilisant des données provenant du satellite Spitzer. J’ai effectué ce travail dans les champs GOODS & COSMOS en appliquant la méthode d’empilement (stacking, par la suite). Dans un second temps, j’ai étudié la distribution de masse dans des amas de galaxies situé à grand redshift en utilisant le lentillage gravitationnel faible. Pour ce faire, j’ai utilisé des données optiques provenant du satellite spatial Hubble (Hubble Space Telescope, HST par la suite). Ces données proviennent du relevé d’amas MACS (MAssive Cluster Survey). Les amas de galaxies étudiés ici font partis d’un sous-échantillon MACS, l’échantillon "grand-z" (high-z subsample). Comprendre l’état d’évolution des amas de galaxies à grand redshift permettrait de mettre des contraintes sur les modèles de formation et d’évolution des structures. La compréhension du cycle d’évolution des amas de galaxies est l’un des enjeux majeurs de la Cosmologie observationnelle actuelle.

The principal thematic of my thesis work is the evolution and the formation of structures as a function of the redshift.My thesis analysis can be separated un two distinct parts, which can finally be merged in a third part with my last works.Firstly, I studied the evolution of the Cosmic Infrared Background (CIB) as a function of redshift at 70 and 160 µm using data from the Spitzer Space Telescope. This analysis was performed in the GOODS & COSMOS fields by applying a stacking method.Secondly, I studied the mass distribtuion in massive galaxy clusters at high redshifts by using the gravitational lensign effect.I used optical data coming from the Hubble Space Telescope. The sample of galaxy clusters I used comes from a subsample of the MAssive Cluster Survey (MACS, PI:E. Ebeling) named the "high-z" sample, and which comprises 12 clusters.Understanding the state of evolution of galaxy clusters at high redshift wil allow us to put constraints on formation and evolution models of structures. The understanding of the evolution cycle of galaxy clusters is mandatory in terms of Observational Cosmology.

Advisors/Committee Members: Kneib, Jean-Paul (thesis director).

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Le modèle ΛCDM permet de décrire avec une grande précision la plupart des présentes observations cosmologiques. Cependant, l'un de ses paramètres, σ 8, mesurant l'amplitude de fluctuations de la matière, présente une discordance entre sa valeur contrainte par le spectre de puissance angulaire du CMB de la mission Planck, les Cls, et celle déterminée à partir des amas SZ dans l'univers proche. Dans le présent travail on explore divers extensions du modèle ΛCDM comme origines possibles de cette anomalie. Pour tester les effets de ces extensions, nous avons effectué une analyse Monte Carlo on l'on compare les contraintes sur σ 8 à partir de ΛCDM avec celles résultantes de ces extensions, et ceci en utilisant principalement le spectre de puissance CMB seul ou combiné avec des comptages d'amas. Ces derniers sont basés sur différentes relations masse observables et couvrent différents redshift : des amas de rayons X dans l'univers local, des amas de la mission SZ Planck dans l'univers proche ou une estimation des amas détectés par leur richesse photométrique à partir du la future mission Euclid. Du fait qu'une mauvaise détermination de l'étalonnage de la masse des amas pourrait également être la raison de cette divergence, notre approche consistait, lorsqu'on combinait les deux sondes issues des amas et du CMB, à laisser le facteur d'étalonnage libre afin qu'il soit contraint comme les autres paramètres cosmologiques par les deux données. Dans le cas d'introduction de trois neutrinos massifs dégénérés, nous avons trouvé qu'ils n'ont aucun effet significatif sur la correction de l'écart entre les contraintes issues de comptage CMB et ceux issues des Xray ou SZ cluster. Nous avons ensuite permis à l'indice de croissance ƴ de varier. Nous trouvons une corrélation entre ƴ et le paramètre de calibration masse-observable des amas détectés par rayons X qui n'est pas affecté par la présence ou non des neutrinos massifs. [...]

The ΛCDM model has proved successful in describing to a high precision most of nowadays cosmological observations. However, one of its parameters, σ 8, measuring the present matter amplitude fluctuations, constrained from CMB angular power spectrum, the Cls, was found by the Planck mission, in significant tension with value constrained by SZ galaxy cluster counts in the near universe. In the present work we investigate extensions to ΛCDM model as possible origins behind this discrepancy. To test these extensions, we performed a Monte Carlo analysis to compare constraints on σ 8 in ΛCDM with constraints under these extensions, using mainly CMB Cls combined with cluster counts sample. The later were based on different mass observables relations and covered different redshift ranges: X-ray cluster in the local universe, SZ Planck mission clusters from the near universe or photometric richness estimated detected clusters from future high redshift upcoming Euclid alike mission. Because an improper determination of the calibration of cluster mass function could also be behind this discrepancy, our approach was,…

Advisors/Committee Members: Blanchard, Alain (thesis director), Farah, Wehbeh (thesis director), Bittar, Jamal (thesis director).

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Il est bien établit théoriquement et observationnellement que les amas de galaxies ne sont pas des objets sphèriques, et qu'ils sont beaucoup mieux décrits par la géométrie triaxiale. Malgré cela, les travaux sur la forme tri-dimensionnelle des amas de galaxies sont encore trés rares. L'objet de cette thèse est de contribuer à cette problématique naissante. L'originalité de ce travail est d'aborder ce sujet théoriquement et observationnellement. J'ai mesuré la forme d'amas de galaxies simulés, proposant des prédictions sur la forme des haloes de matière noire. J'ai ensuite développé un algorithme qui se propose de combiner des données en lentilles gravitationnelles et en rayons X afin de contraindre un modèle de haloe triaxial. L'algorithme est testé sur des données simulées. Finalement, je présente l'analyse en rayons X de Abell 1703, qui, combinée avec l'analyse en lentilles gravitationnelles, permettra de déterminer la forme de Abell 1703.

It is well established both theoretically and observationally that galaxy clusters are not spherical objects and that they are much better approximated as triaxial objects. This thesis focusses on the three dimencional shape of galaxy clusters. The originality of my approach is to tackle the problem both theoretically and observationally. First, I have measured the shape of dark matter haloes in the Millenium XXL and Sbarbine simulations, providing predictions for dark matter halo shape over 5 order in magnitude in mass. Then, I have developed an algorithm aimed at fitting simultaneously lensing and X-ray data in order to constrain a triaxial mass distribution. The algorithm is tested and characterized on mock data sets. It is found to be able to recover the input parameters. Finally, I present the X-ray analysis of galaxy cluster Abell 1703, which will be combined with the existing lensing analysis in order to investigate its shape.

Advisors/Committee Members: Limousin, Marceau (thesis director), Soucail, Geneviève (thesis director).

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Briser la frontière observationnelle de l’Univers lointain suscite de nombreux axes de recherches dans la cosmologie moderne. Exigeantes par la sensibilité demandée, ces observations constituent aussi bien un défi technologique pour les prochaines générations d’instruments qu’une étape nécessaire à la compréhension des différentes étapes d’évolution de l’Univers. Une des étapes importantes est la réionisation du milieu intergalactique, époque charnière marquant la fin des “Âges Sombres”. Déterminer quand et comment ce processus s’est déroulé et quelles ont été les sources l’ayant déclenché et entretenu sont les principales questions motivant ces recherches. Les travaux présentés dans cette thèse participent à l’effort de la communauté scientifique internationale dans la caractérisation de l’histoire de l’époque de la réionisation en recherchant des galaxies à grand décalage spectral vers le rouge (redshift). Après un panorama complet des contraintes observationnelles actuelles sur l’époque de la réionisation, sont ensuite présentés les deux projets ayant fournis les données constituant la matière première de cette analyse. En utilisant une même technique d’imagerie en bande étroite dans le domaine de longueurs d’onde proche-infrarouge, des observations avec l’instrument WIRCAM (CFHT) et d’autres avec l’instrument HAWK-I (VLT) ont permis d’établir des contraintes robustes sur la fonction deluminosité des Emetteurs Lyman-α au redshift z = 7.7. A l’occasion de la présentation du second projet, la problématique de la stratégie observationnelle est abordée, notamment via l’utilisation des amas de galaxies comme lentilles gravitationnelles amplifiant le flux des sources d’arrière-plan. L’absence de confirmation spectroscopique des Emetteurs Lyman-– sélectionnés durant l’analyse des données WIRCAM et l’absence de candidats dans le sondage HAWK-I suggèrent une évolution de la fonction de luminosité des Emetteurs Lyman-– entre les redshifts z = 6.5, telle quedéterminée dans d’autres études, et z = 7.7. La tendance de cette évolution, en luminosité ou en densité de galaxies, ne peut pas encore être déterminée compte tenu de la variabilité des résultats obtenus à plus bas redshift. Si cette évolutions’effectuait en luminosité, ce pourrait être le signe d’une augmentation de l’opacité du milieu intergalactique au rayonnement Lyman-α causée par une plus importante fraction d’hydrogène neutre, ce qui est une signature attendue de la réionisation.

Breaking through the observational frontier of the distant universe motivates numerous scientific cases in modern cosmology. Demanding by the required sensitivity, high-redshift observations provide both a technological challenge for next generation instruments and a necessary step toward the understanding of cosmic evolution. One critical epoch is the reionization of the intergalactic medium bringing to light the end of the so-called “Dark Ages”. Determine when and how this process took place and what were the sources that started and maintained the reionization are the mainquestions…

Advisors/Committee Members: Cuby, Jean-Gabriel (thesis director), Kneib, Jean-Paul (thesis director).

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La mesure de la distribution de matière dans l'Univers offre une sonde importante pour la cosmologie. Elle peut être tracée à différentes étapes de la formation des structures en utilisant l'analyse des anisotropies primaires et secondaires du fond diffus cosmologique (CMB). Cette thèse se focalise sur l'analyse des données du satellite Planck et celles de la caméra NIKA installée au sol au télescope de 30 mètres de l'IRAM.La première partie introduit le contexte, en se concentrant sur: 1) l'inflation, qui procure une origine naturelle aux fluctuations de matière observées dans l'Univers; 2) la réionisation, qui correspond au moment où les premières étoiles se forment; 3) les amas de galaxies, qui sont les briques de l'Univers plus récent.La seconde partie se concentre sur la réduction des données de NIKA. Le développement de la chaîne d'analyse, qui permet de passer des données brutes aux cartes astrophysiques, est présenté. Elle est dédiée aux détecteurs à inductance cinétique, nouvellement développés pour la caméra NIKA. Les outils et les simulations utilisés pour caractériser les cartes sont aussi présentés.La troisième partie est dédiée à l'observation et l'analyse des amas de galaxies par effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ), i.e. l'interaction Compton inverse entre les photons du CMB et les électrons énergétiques dans les amas. Une fois obtenues, les cartes SZ sont combinées avec des données X afin de mesurer les propriétés thermodynamiques et de matière des amas observés. Les résultats principaux sont: la première observation de l'effet SZ avec des détecteurs à inductance cinétique, la mesure du profil de pression dans un amas à haut redshift (z=0.89), l'étude de la contamination par les sources ponctuelles dans un amas résolu, et la cartographie SZ dans un amas en collision triple.La dernière partie présente l'analyse des données de Planck en polarisation. Les effets systématiques aux grandes échelles angulaires et les outils développés pour les identifier et les corriger y sont discutés. Les données en polarisation aux grandes échelles permettent à la fois de chercher les empreintes des fluctuations quantiques générées pendant l'inflation et de mesurer la réionisation.

The measurement of the matter distribution in the Universe provides valuable tests for cosmology. It can be traced at various steps of the formation of structures using the analysis of the primary and secondary anisotropies in the Cosmic Microwave Background (CMB). This thesis focuses on the data analysis of the observations of the Planck satellite and that of the ground-based camera NIKA installed at the IRAM-30m telescope.The first part introduces the context, focussing on: 1) the inflation, which provides a natural origin for the matter fluctuations seen in the Universe; 2) the reionization, which corresponds to the moment when the first stars form; 3) clusters of galaxy, that are the building blocks of the more recent Universe.The second part focuses on the data reduction of the NIKA data. The development of the data reduction pipeline,…

Advisors/Committee Members: Macias-Pérez, Juan-Francisco (thesis director), Désert, François-Xavier (thesis director).

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La distribution de masse dans l'Univers telle que tracée par les amas de galaxies constitue une sonde cosmologique puissante. La caractérisation des processus associés à l'origine et à la croissance des grandes structures permet de contraindre des paramètres cosmologiques via l'étude de la distribution des amas en fonction de leur masse et de leur redshift. Cependant, il existe un désaccord statistiquement significatif observé entre les contraintes cosmologiques établies par l'étude des anisotropies primaires du fond diffus cosmologique et celles issues de l'analyse de la distribution des amas de galaxies. Cela pourrait signifier que le modèle standard de la cosmologie est incomplet. L'une des méthodes d'observation des amas de galaxie exploite l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) qui permet de contraindre la pression du gaz contenu dans ces derniers. Cette observable peut être directement liée à la masse des amas via une relation d'échelle et un profil de pression. Il est donc essentiel de caractériser précisément ces derniers afin de limiter les potentiels biais et effets systématiques affectant les analyses cosmologiques. Cette thèse présente l'ensemble des travaux réalisés dans cet objectif. Elle porte sur des thématiques allant des observations SZ effectuées avec la caméra NIKA2 installée au télescope de 30 mètres de l’IRAM jusqu'à l'estimation des paramètres cosmologiques en passant par l'analyse des données brutes de NIKA2 et des cartes SZ réalisées.Une part du travail de thèse présenté dans ce document est consacrée à l'étude et l’amélioration des différentes étapes effectuées, depuis les observations d'amas de galaxies au télescope avec la caméra NIKA2 jusqu'à la production de cartes de l'effet SZ. Les procédures développées pour estimer les performances instrumentales de NIKA2 sont détaillées et la chaîne d'analyse utilisée pour réduire les données brutes est présentée.Les travaux réalisés dans cette thèse ont également consisté à caractériser les propriétés thermodynamiques d'amas de galaxies via des analyses jointes combinant les cartes SZ NIKA2 avec des données X mesurées par le satellite XMM-Newton. Nous détaillons les méthodes employées dans le logiciel de traitement des données SZ créé pour le grand programme SZ de NIKA2, la procédure de déprojection non-paramétrique développée pour caractériser le profil de pression des amas de galaxies et les résultats de la première observation SZ avec NIKA2.Les dernières activités présentées sont dédiées aux analyses réalisées afin de quantifier l'impact du grand programme SZ de NIKA2 sur la cosmologie. Nous analysons l'effet des perturbations dynamiques du milieu intra-amas sur la caractérisation du profil de pression avec NIKA2 via l'utilisation d'amas de la simulation numérique MUSIC. Finalement, nous détaillons l'étude permettant d'estimer l'impact d'une variation du profil de pression universel sur l'estimation des paramètres cosmologiques déduite du spectre de puissance de l'effet SZ mesuré par Planck.

The mass distribution in the Universe, as traced by galaxy…

Advisors/Committee Members: Mayet, Frédéric (thesis director).

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Des découvertes inédites dans le domaine de l'astronomie en rayons X nécessitent une nouvelle génération d'instruments, pouvant observer le ciel en combinant des hautes résolutions spatiales et spectrales. Ce besoin constitue le fondement du X-ray Integral Field Unit (X-IFU) de la mission Athena de l'ESA, dont le lancement est prévu en 2031. La complexité de la chaîne de détection du X-IFU nécessite un suivi de ses perturbations instrumentales. Des simulations bout-à-bout, reproduisant les observations en rayons X de l'émission des photons d'une source représentative à leur détection, sont un outil de choix pour ces études. Dans la première partie de cette thèse, j'utilise ces simulateurs pour quantifier l'effet de la diaphonie entre les pixels, pour dériver une spécification sur la connaissance du bruit de fond instrumental, ou encore pour estimer la sensibilité spectrale de l'instrument. Mes résultats confirment que le X-IFU atteindra ses exigences en taux de comptage pour des sources étendues brillantes. Ils démontrent aussi qu'une bonne connaissance des raies spectrales, ainsi que du niveau bruit de fond instrumental (à mieux que 2%) est indispensable pour éviter des erreurs systématiques dans le traitement des données. L'analyse des performances doit cependant être couplée à des études de faisabilité des objectifs scientifiques du X-IFU. Cela concerne particulièrement les observations de sources étendues, qui feront appel à tout le potentiel de l'instrument. La deuxième partie de ce travail analyse les capacités du X-IFU à caractériser les propriétés physiques et chimiques du milieu intra-amas, ainsi que sa turbulence. Pour obtenir des simulations représentatives, des modèles ou d'autres simulations numériques sont utilisés comme point de départ de ces études. Mes résultats montrent la puissance du X-IFU à mesurer les propriétés des amas de galaxies, même à haut redshift (z ~ 2) et sur des temps d'exposition de 100ks. Je présente également une nouvelle façon d'aborder les biais sur les diagnostics spectraux. Elle permettra d'optimiser les observations de la turbulence dans les amas. Enfin, pour remplir ses objectifs scientifiques, le X-IFU nécessitera une calibration très précise. La troisième partie de cette thèse aborde différents points de la calibration du X-IFU, notamment la connaissance de son échelle de gain, de son efficacité quantique et de son bruit de fond instrumental. Je démontre que de nouvelles méthodes de correction de gain et de surveillance du niveau de bruit de fond instrumental sont nécessaires pour vérifier les spécifications attendues. Ces résultats permettent d'optimiser l'architecture de l'instrument (par ex., sources modulées de rayons X, stratégies de corrections) et de mieux préparer ses phases de calibration au sol et en vol. Les études de calibration se feront aussi et surtout par des essais en conditions représentatives, comme dans le banc cryogénique développé et caractérisé à l'IRAP au cours de ma thèse.

Future breakthroughs in X-ray astronomy require a new generation of X-ray…

Advisors/Committee Members: Pajot, François (thesis director), Pointecouteau, Etienne (thesis director).

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L'étude de la structure à grande échelle de l'univers est l'un des éléments les plus importants pour comprendre l'origine et l'évolution de l'Univers. Les amas de galaxies qui se sont formés à partir d'effondrements gravitationnels dans le champ de densité cosmique sont les plus grandes structures gravitationnelles liées. En utilisant la corrélation à deux points, nous pouvons quantifier le regroupement des galaxies aux échelles spatiale et angulaire. Le catalogue d’amas de la mission Planck contient des sources détectées par l'effet Sunyaev-Zel’dovich (SZ) pendant les 29 mois d’observation de la mission. C'est le plus grand catalogue d’amas SZ existant. Il couvre environ 85% du ciel. Dans cette thèse, nous étudions la fonction de corrélation angulaire à deux points w (thêta) de ce catalogue. Nous avons obtenu une indication d’un signal de regroupement des amas de Planck avec décalage vers le rouge inférieur à 0,4 et un rapport signal sur bruit SNR ≥ 6. Nous avons aussi détecté significatif pour un décalage vers le rouge z <0,2 et SNR ≥ 6. La corrélation des amas de Planck s'avère tout à fait compatible avec notre prédiction. Nous explorons également le potentiel de la fonction de corrélation à deux points ξ (r) du catalogue de halos de matière noire de la simulation Flagship Euclid. Euclid est une mission spatiale en cours de développement visant à étudier l’énergie noire et la matière noire en mesurant l’expansion accélérée de l’univers. Nous avons trouvé que la corrélation entre les halos de matière noire de la simulation Flagship évolue avec le décalage vers le rouge. Sur des échelles inférieures à 60 h-1 Mpc, la corrélation du halo de matière noire est bien ajustée par une loi de puissance avec une longueur de corrélation entre 16 et 19 h-1 Mpc selon le décalage vers le rouge. Nous avons également mis en évidence la signature BAO (Baryonic Acoustic Oscillations) dans les groupes avec décalage vers le rouge z> 0,2. Enfin, nous montrons également, dans le contexte du défi scientifique 3 du consortium Euclid, les résultats de la validation de données de simulations des données externes nécessaires à Euclid. Dans cette partie, nous présentons des méthodes pour mesurer la photométrie, des outils astronomiques pour mesurer l'astrométrie, extraire des objets d'une image astronomique.

Studying the large-scale structure of the universe is one of the most important elements to understand the origin and evolution of the universe. Galaxy clusters which formed from gravitational collapses in the cosmic density field are the largest gravitationally bound structures. Using the two-point correlation we can quantify the clustering of galaxy clusters in both spatial and angular scales. Many galaxy surveys have been carried out for similar purpose. The Planck Sunyaev-Zel’dovich (SZ) cluster catalog contains sources detected through the SZ effect from the 29-month full sky Planck mission. This is the largest SZ cluster catalog and it covers about 85% of the sky. In this thesis, we investigate the angular two-point correlation…

Advisors/Committee Members: Beckmann, Volker (thesis director), Rosset, Cyrille (thesis director).

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À la fin des années 90, deux équipes indépendantes ont montré l’expansion accélérée de notre Univers, à partir des mesures de distances de supernovas de type Ia (SNIa). Depuis, une des priorités de la cosmologie moderne est de caractériser ce phénomène et d’en comprendre ses fondements. L’amélioration des mesures de distance réalisées à partir des SNIa est une technique majeure permettant de mieux caractériser l’accélération et donc de déterminer la nature physique de ce phénomène. Ce document développe un nouveau modèle de distribution spectrale en énergie de SNIa nommé le Supernova Useful Generator And Reconstructor (SUGAR) permettant d’améliorer les mesures des distances. Ce modèle est construit à partir des propriétés spectrales des SNIa et des données spectrophotométriques de la collaboration The Nearby Supernova Factory. L’avancée principale, proposée dans SUGAR, réside dans l’ajout de deux paramètres supplémentaires pour caractériser la variabilité des SNIa. Le premier dépend des propriétés des vitesses des éjectas des SNIa, le deuxième dépend de leurs raies du calcium. L’ajout de ces paramètres, ainsi que la grande qualité des données de la collaboration the Nearby Supernova Factory font de SUGAR le meilleur modèle qui existe pour décrire la distribution spectrale en énergie des SNIa et améliore les mesures des distances de l’ordre de 15% par rapport à la méthode usuelle. Les performances de ce modèle en font un excellent candidat pour préparer les expériences futures comme LSST ou WFIRST. Par ailleurs, ce document présente une analyse sur l’effet de l’appartenance d’une SNIa à un amas de galaxies sur sa mesure de distance. Les galaxies d’un amas possèdent une vitesse propre largement supérieure à la valeur supposée lors de la mesure des distances avec les SNIa. Ceci a pour conséquence d’introduire une source d’erreur systématique sur la mesure de distance. Le fait de ne pas prendre en compte cet effet peut dégrader la mesure de distance de l’ordre de 2,5% pour les SNIa appartenant à un amas. Cette analyse à été réalisée en utilisant les données de la collaboration the Nearby Supernova Factory et des catalogues public d’amas de galaxies.

At the end of the 90s, two independent teams showed, based on distance measurements of type Ia supernovæ (SNIa), that expansion of our Universe is accelerating. Since then, one of the priorities of modern cosmology is to characterize this phenomenon and to understand its nature. The improvement of distance measurements of SNIa is one technique to improve the constraints on acceleration and to determine the physical nature of it. This document develops a new SNIa spectral energy distribution model, called the Supernova Useful Generator and Reconstructor (SUGAR), which improves distance measurement. This model is constructed from SNIa spectral properties and spectrophotometric data from The Nearby Supernova Factory collaboration. The main advancement proposed in SUGAR is the addition of two additional parameters to characterize the SNIa variability. The first depends on the…

Advisors/Committee Members: Gangler, Emmanuel (thesis director).

▼ Les supernovas de type Ia (SNIa) sont des objets transitoires, observables pour une durée de quelques mois et dont la luminosité à son maximum équivaut à celle d'une galaxie entière. Une fois standardisées (c'est à dire corrigées de leurs principales variabilités), elles représentent, un excellent indicateur de distance et ont permis de mettre en évidence, en 1998, ce que l'on peut représenter comme une accélération de l’expansion de l'Univers. Cette thèse s’intéresse à trois points qui concerne l’étude de la cosmologie par les SNIa :En premier lieu on s'intéresse à la chaîne de production des données et à la qualité des images pour le Large Synoptic Survey Telescope (LSST), qui couvrira un large éventail de domaines scientifique, y compris l'observation des SNIa. Actuellement en préparation pour LSST (dont les observations commenceront en 2020), cette chaîne de production a été testée en effectuant le traitement d’images provenant d’un relevé antérieur (champ profond du CFHT). Les paramètres de qualité astrométriques et photométriques présentent une dispersion légèrement supérieure à celle requise par le cahier de charges du LSST. En ce qui concerne la photométrie, les sources de cette dispersion restent à être comprises. Pour ce qui est de l'astrométrie, la qualité obtenue sera vraisemblablement suffisante lorsque l'ajustement par astrométrie simultanée sera implémenté.Ensuite, on propose une méthode permettant de corriger l'effet induit par les vitesses propres des SNIa se trouvant dans des amas de galaxies. En effet, ces vitesses propres sont particulièrement importantes du fait des interactions gravitationnelles, et perturbent la mesure du décalage spectral cosmologique lié à l'expansion de l'Univers. On a pris en compte un échantillon de 145 SNIa à faible décalage spectral (0,005 < z < 0,123), observées par la collaboration Nearby SuperNova Factory. Parmi ces SNIa, 11 SNIa ont été associées à des amas de galaxies. Ces corrections de vitesses propres ont ainsi permis de diminuer la dispersion sur le diagramme de Hubble de 0,137+/-0,36 mag à 0,130 +/- 0,38 mag, pour les SNIa appartenant à des amas. Bien que le poids de ces corrections soit relativement modeste, on a montré qu'elles sont statistiquement significatives. Ce type de corrections pourraient être prises en considération dans de futures analyses cosmologiques. Enfin on s'intéresse à la question de la détectabilité de possibles anisotropies de l’expansion de l'Univers avec les données de SNIa. Étant donné que la distribution spatiale des données actuelles est connue pour limiter la détection d’une anisotropie dans les distances mesurées des SNIa, on a établi des simulations permettant de déterminer si un effet dipolaire d'amplitude comparable à la borne supérieure des observations actuelles (AD=10-3) pourrait être détecté avec les observations futures du LSST. Plusieurs scénarios ont été considérés, chacun considérant un nombre de SNIa différent. Chacun de ces scénarios est étudié suivant deux variantes correspondant à deux directions, l'une (polaire)… Advisors/Committee Members: Gris, Philippe (thesis director).