Université Pierre et Marie Curie-Paris 6 École Doctorale d’Île-de-France THÈSE pour obtenir le titre de Docteur en Sciences de l’ Université Paris VI - Pierre et Marie Curie Spécialité : Astronomie & d’Astrophysique Présentée et soutenue par Alexandre GALLENNE LES CÉPHÉIDES À HAUTE RÉSOLUTION ANGULAIRE : ENVELOPPE CIRCUMSTELLAIRE ET PULSATION Soutenue publiquement le 19 Octobre 2011 devant le jury composé de : Président : Patrick Boisse´ - Institut d’Astrophysique de Paris Examinateur : Nicolas Nardetto - Observatoire de la Côte d’Azur Examinateur : Yann Clenet´ - LESIA (CNRS - Observatoire de Paris) Examinateur : Pascal Borde´ - Institut d’Astrophysique Spatiale ourard arXiv:1112.5658v1 [astro-ph.SR] 23 Dec 2011 Rapporteur : Denis M - Observatoire de la Côte d’Azur Rapporteur : Pascal Fouque´ - Laboratoire Astrophysique de Toulouse Directeur : Pierre Kervella - Observatoire de Paris Co-directeur : Antoine M´erand - European Southern Observatory Travaux effectués à l’Observatoire de Paris - LESIA, 5 place Jules Janssen, 92195 Meudon et à l’ESO, Alonso de Córdova 3107, Vitacura, Santiago de Chile Remerciements L’objectif fixé lors de ma reprise des études universitaires est maintenant atteint. Le chemin fut difficile mais j’y suis arrivé grâce à une motivation constante, au soutient de mes amis, de ma famille et de mes collaborateurs. Cette thèse est le résumé d’un travail de recherche effectué au sein de deux instituts, l’Observatoire Européen Austral (ESO) et le Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumen- tation en Astrophysique (LESIA). J’ai passé mes deux premières années à l’ESO, à Santiago du Chili, sous un climat ensoleillé et chaleureux, et ma dernière année au LESIA à Meudon, où le soleil était malheureusement beaucoup moins présent. Mes premiers remerciements vont tout naturellement à Pierre Kervella, qui m’a d’abord accueilli en stage de master 2 en 2008, puis par la suite encouragé à commencer mes travaux de recherche au sein de l’ESO. Bien que le contact direct pendant les deux premières années était compliqué, son encadrement, son soutient et sa confiance sont restés sans faille tout au long de ces 3 ans. La dernière année en France m’a permis d’avoir plus interactions avec lui, à la fois sur le plan scientifique et humain. Je le remercie de m’avoir encouragé à postuler pour une bourse de thèse à l’ESO au Chili, car cela a complètement changé ma vie. En bref, ces années de thèse ont été enrichissantes, et parfois même amusantes, grâce notamment aux nombreuses nuits passées au Mont Wilson (avec les ours et les pumas). La transition avec le Chili n’aurait jamais pu se faire sans la co-direction d’Antoine Mérand. Je le remercie pour les connaissances qu’il m’a transmises en astrophysique, en instrumentation et en programmation avec Yorick. Son arrivée à Santiago de seulement quelques mois avant moi a fait que nous avions tout les deux une même étape à franchir : l’apprentissage de l’espagnol. J’ai apprécié les nombreuses discussions très instructives que nous avons pu avoir, et ceux malgré ses devoirs à Paranal et ses "descanso". Un travail de thèse se doit d’être examiné par un jury, je tiens donc à remercier les membres de mon jury qui ont répondu présent. Merci pour le soin que vous avez apporté à l’examen de mon travail. Je remercie également les deux instituts qui m’ont accueillis dans leurs locaux. Tout d’abord l’ESO, qui m’a offert un financement de 2 ans à Santiago, permettant ainsi un contact plus direct avec les télescopes et les instruments, et surtout, la rencontre de cher- cheurs/ingénieurs dans des domaines astrophysiques variés. Je remercie particulièrement J. B. Lebouquin, J. Girard, G. Montagnier et F. Patru pour les discussions nombreuses et variées. Je remercie également tout le personnel de l’ESO, notamment M. West, P. Jiron, H. Schmidt, S. Silva et I. Riveros pour leur travail dans mon intégration à l’ESO et au Chili. De retour en France en octobre 2010 (un peu nostalgique), je suis prêt pour ma dernière année au sein du LESIA de l’Observatoire à Meudon. Mon insertion dans l’équipe de haute résolution angulaire du bâtiment 5 s’est faite de manière simple et chaleureuse, notamment grâce aux personnes que j’avais déjà rencontrées lors de mon stage de master 2. Je remercie toutes les personnes des bâtiments 5 et 6 pour avoir fait de cette dernière année (stressante), une année pleine d’humour et de sympathie. La bataille des places de bureau est rude dans ces deux bâtiments, je remercie donc particulièrement Pierre Léna qui m’a gentiment prêté le sien. Enfin, merci aux ITA de l’Observatoire de Meudon pour leur aide informatique et logistique. Ces trois ans ont été riches en expériences humaines, principalement grâce à la collocation dans la fameuse casa de la rue Ricardo Matte Perez. Mes colocataires, les gens de passage à la maison, les nombreux asados, les Miercoles Po’ et autres sorties ont fait de mon séjour en Amérique du Sud une expérience inoubliable. Merci à tout ceux qui ont contribué à ces années extraordinaires : Pedro (el crespo), Pedro (el pelado), Bene, Svante, Sky, Michel (el suizo), Michel (el gato), Thomas, Olivia, Claire, Ignacio, les suisses, Boris, Alex, Karen, Victor et Pao, ... et toutes les autres personnes formidables que j’aurais pu oublier de citer. Une pensée particulière pour l’un de mes coloc, Vincent, avec lequel s’est crée une réelle complicité tout au long de ces deux années. Voici une petite anecdote incroyable sur la naissance de cette amitié : Vincent et moi étions dans le même vol d’arrivée Paris-Santiago (sans se connaître) ; à peine sortie de l’aéroport, un peu dépaysé et troublé par tout ces gens parlant espagnol, que j’entends déjà deux personnes parler français, et de plus attendant le même taxi que moi. Viens alors le premier contact : "vous êtes Français ?", "non, nous sommes suisses !", disent-ils. De là a démarré une conversation dans laquelle j’ai appris que Vincent, l’un des deux suisses, allait rester au minimum 2 ans au Chili (il était technicien à la Silla pour le télescope suisse) et qu’il allait vivre dans la même maison que moi. C’est quand même incroyable : même vol, même taxi, même durée du séjour, même maison et en plus on parle tout les deux la même langue ! Ce séjour a donc commencé d’une manière assez inattendue, et cette rencontre a probablement facilité mon insertion dans ce pays merveilleux qui m’était complètement inconnu. Même à des milliers de kilomètres, mes amis de France étaient toujours présents. Mon retour m’a permis de passer plus de temps avec eux et de partager mon expérience transat- lantique. Je les remercie des bons moments passer en leur compagnie. Merci à Chris, Fredo, Bruno, Bubu, Audrey, Sam, Amélie, Adeline, ... et les autres. Merci ma belle-famille, Cesar, Irene, Danha et Mathias (el diablito), qui m’ont accueillis en leur sein. J’ai appris énormément de choses sur la culture chilienne grâce à eux, notamment leur sens de l’hospitalité et leur gentillesse. Merci également à ma famille, mon père, ma mère, Vincent, Mégane, Alexandra, et une nouvelle arrivée, Mélinda, qui ont toujours cru en moi et dont le soutient moral a toujours été présent. Todo esto no tendría mucha importancia sin mi mujer, Jerusnha, siempre a mi lado. Su encuentro en la Nona cambió completamente mi vida. Mi estancia en su país fue excepcional gracias a ella, tan maravilloso que decidimos casarnos en Chile. Ella hizo el esfuerzo por alejarse de su familia y pasar mi último año de tesis junto a mi en Francia, y le agradezco por esto. Gracias por haberse quedada a mi lado, sé que no fue fácil para ti en Francia, lejos de tu familia y de tus amigos, y además un marido muy ocupado para terminar su tesis. Gracias por haberme sostenido y animado siempre. À ma famille ... y a mi compañera de vida, Jerusnha Sommaire Introduction 1 1 Mesurer l’univers : les Céphéides3 1.1 Bref historique . .3 1.2 Les différents types de Céphéides . .6 1.2.1 Les types I . .6 1.2.2 Les types II . .7 1.3 Mécanisme de pulsation . 10 1.4 Intérêt et utilisation des Céphéides : mesure de distance . 11 1.4.1 L’échelle des distances . 11 1.4.2 La relation Période–Luminosité . 13 1.4.3 En pratique ... 13 1.4.4 L’étalonnage . 14 1.5 La méthode de Baade-Wesselink . 16 1.5.1 La méthode de brillance de surface . 16 1.5.2 La méthode interférométrique . 18 1.6 Environnement des Céphéides : mécanismes de formation . 20 1.6.1 La rotation . 21 1.6.2 Les vents radiatifs . 21 1.6.3 Le magnétisme . 23 1.6.4 La binarité . 23 1.7 Objectifs de la thèse : étude des enveloppes circumstellaires . 23 2 Imagerie à haute résolution spatiale : Optique adaptative et "lucky-imaging" 25 2.1 Introduction . 25 2.2 Principe de l’optique adaptative . 26 2.2.1 Fonction d’étalement de point idéale . 27 2.2.2 Fonction d’étalement de point réelle . 27 2.2.3 Shack-Hartmann et miroir déformable . 30 2.3 Lucky–imaging . 32 2.4 L’instrument NACO . 34 2.5 Observation de RS Puppis avec NACO . 36 2.5.1 RS Pup . 36 2.5.2 Les observations . 36 2.5.3 Méthode "shift-and-add" . 38 2.5.4 Étude statistique du bruit de speckles . 45 2.5.5 Conclusion de cette étude . 51 3 Étude d’excès infrarouge par photométrie 53 3.1 Introduction . 53 3.2 Notions de photométrie stellaire .