Soutenance de thèse de Vincent PICOUET

L'évolution des galaxies est un sujet vivement débattu mettant en jeu des mécanismes physiques complexes intervenant à de multiples échelles. Toutefois, quelques consensus ont émergé ces dernières décennies. Parmi eux, le fait que l'univers ait atteint son pic d’activité de formation d'étoiles il y a environ 10 milliards d'années et que son activité stellaire ne cesse de décliner depuis. Les observations multi-longueur d’ondes de l’ultra violet (UV) à l’infrarouge lointain et la radio convergent vers une diminution d'un facteur dix depuis z~2. Le but de cette thèse est d'exploiter le relevé UV CLAUDS pour analyser cette période de déclin de la formation stellaire. Les observations UV sont particulièrement importantes, car elles donnent un accès direct à la formation d'étoiles récente. Elles fournissent aussi un échantillon complet jusqu’à de faible masses stellaires (10^9 Mo) permettant de s’affranchir des limitations rencontrées par les autres traceurs. Le relevé CLAUDS combine une profondeur (uAB~27) et une surface inégalée (20 deg2). Couplé avec les observations visibles (HSC-SSP) et infra-rouge (U-Vista, VIDEO), il permet d'obtenir une estimation précise du redshift et des propriétés des galaxies, notamment, leurs masses et luminosités UV non obscurcies, pour plus d'un million de galaxies. Toutefois, une grande partie de l'émission UV étant absorbée par les poussières et ré-émise dans l'infra-rouge lointain, nous avons développé et calibré une méthode empirique permettant d'établir le budget énergétique (UV/IR) pour 30K galaxies observées simultanément en UV et en infrarouge lointain. Cette calibration permet d’estimer le taux de formation d’étoile des galaxies UV en exploitant uniquement leurs couleurs optiques (NUV, r, K). Grâce à cette méthode nous pouvons dériver les premières fonctions de SFR, estimer l'évolution du taux de formation d’étoile cosmique sur toute la période du déclin de la formation stellaire, et mesurer la contribution relative des différentes populations. Malheureusement, les phénomènes régulant la formation d'étoile (accrétion, outflows) étant invisibles pour ce type de relevés, l'observation de ces phénomènes nécessite de nouvelles techniques et des instruments de nouvelle génération. La deuxième partie de cette thèse portera sur l'étude de l'environnement des galaxies, connu sous le nom de Milieu Circum Galactique (MCG) avec de nouveaux instruments UV. Ce milieu est à l'interface entre les galaxies et le Milieu Inter Galactique (MIG) et représente le lieu de prédilection pour les échanges gazeux et énergétiques entre les galaxies et le MIG, essentiel pour une meilleure compréhension des éléments régulant la formation d'étoiles. J'ai participé au développement du pathfinder FIREBall, un spectrographe UV multi-objets à fentes, ayant pour but d'imager l'émission Lyman alpha du MCG. Je présenterai donc ma participation au développement de cet instrument (intégration, calibration, évolution des performances) ainsi que l'analyse des résultats du dernier vol effectué en septembre 2018.

Galaxy evolution is a complex and heavily debated field as it involves mechanisms arising from a complex interplay between internal and external non-linear processes, driven by gravity at large scales and baryonic physics at small scales. However, a few consensuses have emerged in recent decades. Among them, the fact that the universe reached its peak of star formation activity about 10 billion years ago and that its stellar activity has been declining ever since. Multi-wavelength observations from ultraviolet (UV), far-infrared, and radio converge towards a decrease of a factor of ten since z~2. This study aims to exploit the CLAUDS UV survey to analyze this period of star formation decline. UV observations are particularly critical as they give direct access to recent star formation. They also provide a complete sample down to low stellar masses (109 MO), allowing to overcome the limitations encountered by other tracers. The CLAUDS survey combines an exceptional combination of depth (uAB~27) and area (20 deg2). Coupled with visible (HSC-SSP) and infrared (U-Vista, VIDEO) observations, it provides an accurate estimate of the redshift and physical properties to more than a million galaxies over the entire period of the SFR decline. However, because a large part of the UV emission is absorbed by dust and re-emitted in the infrared, we have developed and calibrated an empirical method to establish the energy budget (UV/IR) for 30K galaxies observed simultaneously in UV and far-infrared. The calibration allows us to obtain the total star formation of each galaxy and thus estimate the cosmic star formation density evolution for different types of galaxies as the universe evolves. Unfortunately, since the phenomena regulating star formation (accretion, outflows) are still invisible for these surveys, understanding the star formation decline will be extremely challenging without observing the underlying mechanisms with new (and future) instrument generations. Consequently, the second part of this thesis focuses on studying the environment of galaxies (known as the circumgalactic medium, CGM) with new UV instruments. The CGM is at the interface between galaxies and the intergalactic medium (IGM), which is the key location for gas and energy exchanges between galaxies and IGM, making it essential for a better understanding of star formation. I participated in the development of the FIREBall pathfinder, a multi-object slit UV spectrograph aimed at imaging the CGM Lyman alpha emission. I will therefore present my contribution to the development of this instrument (integration, calibration, performance evaluation) as well as the analysis of the 2018 flight's data.