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Membres du jury M. Jean-Eudes AUGUSTIN M. Michel CASSE rapporteur M. Werner HOFMANN M. Michael JOYCE president de these Mme Sylvie LEES-ROSIER Mme Tiina SUOMIJARVI rapporteur M. Jean-Paul TAVERNET; The H.E.S.S. experiment (High Energy Stereoscopic System) consists of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study the southern astrophysical sources above 100 GeV. This thesis presents the detector as well as the analysis chain. The calibration methods are described in details and the systematic errors on the image amplitude are derived. Then, an analysis based on a semi-analytical model of the electromagnetic shower development in the atmosphere is presented. Tools to reconstruct the energy spectrum and the morphology of the very high energy gamma-ray sources are presented and applied to the Crab Nebula. Systematic errors associated to the spectrum analysis are estimated. All these techniques were applied to study the Galactic Centre emission above 100 GeV. The nature of the source detected in 2003 and 2004 obervations is still unknown and its spectrum, variability and morphology are studied. Various candidates are proposed, among them the supermassive black hole Sgr A* located at the dynamical centre of the Milky Way, the supernova remnant Sgr A Est or interactions of accelerated particles with the dense medium of this region. In this thesis, the signal was interpreted in terms of dark matter annihilation (neutralinos or Kaluza-Klein bosons) in a dense halo located at the Galactic Centre. This analysis showed that, in the framework of these models, dark matter annihilation alone can not explain the H.E.S.S. signal. The main componant would thus come from astrophysical sources.; L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique.

Membres du jury M. Jean-Eudes AUGUSTIN M. Michel CASSE rapporteur M. Werner HOFMANN M. Michael JOYCE president de these Mme Sylvie LEES-ROSIER Mme Tiina SUOMIJARVI rapporteur M. Jean-Paul TAVERNET; The H.E.S.S. experiment (High Energy Stereoscopic System) consists of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study the southern astrophysical sources above 100 GeV. This thesis presents the detector as well as the analysis chain. The calibration methods are described in details and the systematic errors on the image amplitude are derived. Then, an analysis based on a semi-analytical model of the electromagnetic shower development in the atmosphere is presented. Tools to reconstruct the energy spectrum and the morphology of the very high energy gamma-ray sources are presented and applied to the Crab Nebula. Systematic errors associated to the spectrum analysis are estimated. All these techniques were applied to study the Galactic Centre emission above 100 GeV. The nature of the source detected in 2003 and 2004 obervations is still unknown and its spectrum, variability and morphology are studied. Various candidates are proposed, among them the supermassive black hole Sgr A* located at the dynamical centre of the Milky Way, the supernova remnant Sgr A Est or interactions of accelerated particles with the dense medium of this region. In this thesis, the signal was interpreted in terms of dark matter annihilation (neutralinos or Kaluza-Klein bosons) in a dense halo located at the Galactic Centre. This analysis showed that, in the framework of these models, dark matter annihilation alone can not explain the H.E.S.S. signal. The main componant would thus come from astrophysical sources.; L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique.

The Fermi Gamma-ray Space Telescope was launched on 2008 June 11, carrying the Large Area Telescope (LAT), sensitive to gamma-rays in the 20 MeV – 300 GeV energy range. The Crab Nebula had been detected and studied in the 70 MeV – 30 GeV band using the CGRO-EGRET experiment, but no pulsar wind nebula (PWN) had ever been firmly identified in the high energy gamma-ray domain. PWNe are powered by the constant injection of a relativistic wind of electrons and positrons from their central pulsars. These charged particles are accelerated at the shock front forming the PWN and emit photons which can be observed along the entire electromagnetic spectrum, including the high energy gamma-ray domain. Data provided by the Fermi-LAT during the first two years of the mission have allowed the detection and the identification of three PWNe and their associated pulsars (Crab Nebula, Vela X and MSH 15-52) as well as the PWN HESS J1825-137 discovered by ground-based experiments sensitive to very high energy gamma-rays. Results of temporal, spectral and morphological analyses of the pulsar/PWN systems detected by Fermi-LAT, as well as results of systematic studies performed (i) around every gamma-ray pulsar detected by the LAT and (ii) around every very high energy source identified as a PWN or a PWN candidate are presented in this dissertation. These studies bring new insights and constraints on the physical properties of the sources as well as on emitting processes in pulsar magnetospheres and in PWNe., Dédié à l'étude de l'astronomie gamma, le satellite Fermi a été lancé le 11 juin 2008. Il comporte à son bord l'instrument Large Area Telescope (LAT), sensible au rayonnement gamma dans la gamme d'énergie de 20 MeV à 300 GeV. Bien que la nébuleuse du Crabe ait été étudiée dans la gamme d'énergie 70 MeV à 30 GeV couverte par son précédesseur, l'expérience CGRO-EGRET, aucune nébuleuse n'a jamais été clairement identifiée dans le domaine des rayons gamma de haute énergie jusqu'au lancement de Fermi. Les pulsars alimentent les nébuleuses qui les entourent par l'injection permanente d'un vent d'électrons et positrons relativistes qui, accélérés au niveau de l'onde de choc délimitant les nébuleuses de pulsars, émettent un rayonnement pouvant être observé dans les différents domaines du spectre électromagnétique, et notamment dans le domaine des rayons gamma de haute énergie. Les données recueillies par le Fermi-LAT au cours des deux premières années de mission ont désormais permis la détection et l'identification de trois nébuleuses et de leurs pulsars associés (nébuleuses du Crabe, de Vela-X et de MSH 15-52) ainsi que de la nébuleuse de pulsar HESS J1825-137 découverte par les instruments au sol dédiés à l'astronomie gamma de très haute énergie. Les résultats des analyses temporelle, spectrale et morphologique réalisées sur les systèmes pulsars/nébuleuses détectés par le LAT sont exposés dans ce manuscrit. La synthèse des études systématiques réalisées (i) dans les régions comportant un pulsar émetteur en rayons gamma et (ii) dans les régions comportant une source émettrice de rayons gamma de très haute énergie étant identifiée en tant que nébuleuse de pulsar ou candidate en tant que telle, sont également présentés dans cette thèse. Ces études apportent de nouvelles contraintes sur les propriétés physiques des sources ainsi que sur les mécanismes de rayonnement mis en jeu dans la magnétosphère des pulsars et au sein de leurs nébuleuses.