L'Hydrogène moléculaire dans l'évolution des galaxies

Ce travail est dedie a la comprehension de l'emission du dihydrogene (H2 ) dans les phases actives de l'evolution des galaxies. La decouverte d'une nouvelle population de sources extragalactiques avec un spectre dans l'infrarouge moyen domine par les raies d'emission de H2 est un resultat inattendu des observations spectroscopiques du satellite Spitzer. La faiblesse des bandes d'emission des poussieres et des raies du gaz ionise par rapport a celles de H2 indique la presence de grandes quantites de gaz H2 (jusqu‘a 10^10 M⊙ au centre des amas de galaxies) avec peu de formation d'etoiles, contrairement a ce qui est observee dans les galaxies standard. Une interpretation physique de l'emission H2 associee a une collision a grande vitesse (1000 km/s) entre galaxies dans le Stephan's Quintet (SQ) est d'abord presentee. La dissipation de l'energie cinetique de la collision cree un milieu multi phases ou des fragments de gaz molecu- laire coexistent avec un plasma de gaz chaud (∼ 5 × 10^6 K) emetteur en rayons X. Notre interpretation relie la structure multi phases du gaz post-choc a la structure en densite du gaz pre-choc. L'interaction dynamique entre les phases entretient un cycle ou H2 se forme a partir de gaz atomique chaud qui se refroidit puis est excite de maniere repetee avant d'etre detruit. A ce cycle est associee une cascade energetique ou l'energie cinetique du gaz alimente une turbulence supersonique dans le gaz moleculaire. Le rayonnement H2 est associe a la dissipation de l'energie turbulente. Les resultats de nouvelles observations moyen-infrarouge et radio dans le choc de SQ sont presentes. L'emission de la poussiere et du gaz CO associe au gaz H2 est detectee. Le gaz CO est extremement turbulent, ce qui pourrait expliquer pourquoi la formation stellaire est si peu efﬁcace dans cet environnement. Pour tester notre interpretation de l'emission de H2 , les resultats de la modelisation de l'emission de la poussiere associee au gaz H2 , ainsi que les perspectives observationelles apportees par le satellite Herschel, sont discutes. Ces observations et ce travail theorique inscrivent l'etude du gaz moleculaire dans le cadre de la formation et de l'evolution des galaxies. Les memes caracteristiques d'emission H2 sont observees dans les interactions entre galaxies, la retroaction de la formation stellaire et celle des noyaux actifs de galaxies sur le milieu interstellaire, ainsi que l'accretion de gaz dans les amas. Un denominateur commun de ces phases violentes de l'evolution des galaxies est la liberation d'energie mecanique en quantite sufﬁsante pour affecter globalement le milieu interstellaire. Cette interpretation est etendue a l'emission H2 des radio-galaxies ou le jet relativiste est la source d'energie mecanique. Dans les deux cas, le gaz moleculaire apparait comme un acteur de l'evolution dynamique des galaxies en amont de la formation stellaire. Cette these presente egalement un travail d'analyse des tests de qualite optique realises au CEA sur l'instrument MIRI, une camera moyen-infrarouge qui sera integree sur le futur telescope spatial JWST. Cet instrument permettra d'etendre ce travail de these a haut redshift, pour comprendre l'impact du gaz moleculaire sur l'evolution des galaxies lorsque l'Univers etait plus jeune. Cette etude servira de base pour de futurs programmes d'observations avec le JWST.