Nous vivons un moment remarquable de la cosmologie, principalement dû à l’accroissement des moyens d’observation et de la puissance de calcul. Certains paramètres cosmologiques sont connus à quelques pourcents près. La manière dont les structures croissent et évoluent est comprise avec une physique détaillée. La distribution et les propriétés de milliers de galaxies proches sont cartographiées et étudiées et leurs précurseurs tracés jusqu’à un redshift ~8. Bien des questions restent néanmoins ouvertes. Si la théorie qui trace le développement des structures de matière noire est maintenant bien maîtrisée, l’évolution du gaz et des étoiles n’est pas liée de manière simple à celle de la matière non baryonique. Les processus d’accrétion de gaz, de chauffage, de refroidissement, de formation d’étoiles sont mal compris, tant du point de vue théorique qu’observationnel. Mon travail se veut être une contribution à la compréhension de la structure, de la formation et de l’évolution des galaxies. Ces trois termes forment un ensemble indissociable. J’aborde directement ou indirectement les questions suivantes : Dans quel ordre les composantes galactiques apparaissent-elles ? Sur quelle échelle de temps se forment-elles ? Comment la formation d’étoiles s’organise-t-elle ? La formation hiérarchique des galaxies est-elle une hypothèse validée par les observations ? Quelles étaient la nature et les propriétés des protogalaxies, des premières étoiles ? Quelles sont les conditions qui définissent la morphologie des galaxies ? Quel est l’impact de l’environnement sur leur évolution ? Rapporteurs: Dr J. Bartlett, Dr F. Combes, Dr J.P. Kneib Examinateurs: Dr P. Bonifacio, Dr N. Prantzos

L'orbite gravitationnelle d'une comète est affectée par la sublimation de la glace d'eau, un des principaux composants du noyau, lorsqu'elle s'approche du Soleil. Ce dégazage anisotrope produit une force dite non-gravitationnelle qui modifie de façon significative l'orbite de la comète. L'amplitude des perturbations dépend de plusieurs paramètres qui peuvent être contraints par différents types d'observations telles que les observations astrométriques et photométriques ou encore les taux de production d'eau observés en radio astronomie. Jusqu'à maintenant, la modélisation de ces effets est essentiellement fondée sur un modèle empirique défini dans les années 70 par Marsden et al. (1973) utilisant un dégazage isotrope. Dans cette thèse, j'ai développé une nouvelle approche de la physique du problème des forces non-gravitationnelles faisant intervenir différents paramètres physiques tels que les position et vitesse initiales de la comète, son activité, la direction de l'axe de rotation, la masse du noyau et donc sa densité si son volume est connu, paramètre essentiel pour la compréhension de la formation des comètes. J'ai ainsi pu déduire leur valeur par ajustement d'orbite et de données photométriques. Ce travail a été appliqué à deux comètes : 19P/Borrelly pour le développement et la validation ma méthode, et 67P/Churyumov-Gerasimenko la cible de la mission spatiale européenne Rosetta dont la connaissance de la masse est primordiale.

Une horloge à réseau optique combine les avantages de piégeage des horloges à ions et les horloges à atomes neutres. En effet cette configuration idéale permet de réaliser un régime de confinement fort comme le régime Lamb-Dicke tout en travaillant avec un grand nombre d’atomes. Contrairement aux horloges à ions une horloge à réseau optique nécessite des puissances de lasers importantes pour placer les atomes dans le régime Lamb-Dicke, ce qui induit généralement un décalage différentiel des niveaux d’horloge. Cependant le concept de la longueur d’onde magique a permis de supprimer, à premier ordre, les perturbations induites par le piège. Ces travaux de thèse portent sur les dernières avancées de la réalisation de l’horloge à réseau optique à atomes neutres de mercure du LNE-SYRTE. La première partie du travail a consisté à la caractérisation du piège magnéto-optique via un système de détection assez sensible, ce qui nous a permis d’évaluer la température des différents isotopes présents dans PMO ainsi que la mise en évidence d’un refroidissement sub-Doppler des isotopes fermioniques. Suit la réalisation du piégeage des atomes de mercure est une tache redoutable vu la gamme de longueurs d’ondes magiques prédites par la théorie (362 +/- 5 nm). Tout ce travail a permis de réaliser la première spectroscopie de la transition 1S0 -> 3P0 dans le régime Lamb-Dicke pour l’isotope 199 Hg. Avec l’utilisation du système laser ultra-stable lié à la référence primaire du LNE-SYRTE, nous avons déterminé la fréquence centrale de la transition pour une large gamme de longueur d’onde et profondeurs du piège et l’analyse de ces mesures nous a permis de réaliser la première détermination expérimentale de la longueur d’onde magique, démontrons ainsi la faisabilité d’une horloge optique à atomes de mercure de haute exactitude.