Cosmologie, Fond diffus cosmologique, Analyse de données, Cartographie, Méthodes numériques, Solveurs de systèmes linéaires, Calcul haute performance

Durant les deux dernières décennies, la cosmologie a été propulsée par de nombreux développements théoriques et expérimentaux lui permettant d'entrer dans l'ère de la haute précision. De nouvelles expériences sont actuellement en cours de préparation pour débuter leurs opérations dans les prochaines années et continuer de pousser les frontières du savoir et améliorer notre compréhension théorique des rouages internes de l'Univers. En particulier, la prochaine génération d'observatoires du fond diffus cosmologique (Cosmic Microwave Background - CMB) permettra la cartographie des anisotropies de température et de polarisation du CMB avec une précision inédite, sur des échelles allant du degré sur le ciel jusqu'aux minutes d'arc. Ces observatoires vont ainsi ouvrir une fenêtre unique sur l'Univers primordial ainsi que sur son évolution récente. Ces mesures contiennent des informations clés sur la nature de la matière noire, l'énergie noire, ainsi que la physique des neutrinos, et pourraient également révéler l'existence des ondes gravitationnelles primordiales, qui seraient générées durant la phase inflationnaire à des énergies proches de l'échelle des théories de grande unification aux premiers instant de l'Univers. Atteindre ces ambitieux objectifs scientifiques nécessite la construction d'expériences d'une complexité exceptionnelle. Les signaux extrêmement faibles qu'on tente de mesurer requièrent de très grandes sensibilités, et donc la collection de volumes énormes de données, ainsi qu'un contrôle précis des effets systématiques. Ceci rend l'analyse et l'exploitation scientifique des données particulièrement difficile sur le plan, à la fois, computationnel et méthodologique. Le travail présenté dans cette thèse se donne pour objectif de s'attaquer à ces problèmes dans les premières étapes de l'analyse où l'on traite tout le volume des données dans le domaine temporel. Je généralise la procédure de cartographie afin de permettre une mitigation efficace de certains des effets systématiques majeurs dans le domaine temporel simultanément avec l'estimation non biaisée des cartes du ciel. J'aborde à la fois les problèmes computationnels et méthodologiques, posés lors du développement d'observatoires du CMB au sol de type "stage-3" comme Simons Array et Simons Observatory, en développant un environnement massivement parallèle testé et validé sur des supercalculateurs à l'état de l'art mondial. L'environnement offre des méthodes robustes pour la résolution du problème de cartographie en cas de présence de nombreux effets systématiques dans le domaine temporel, qui doivent être modélisés avec une précision suffisante pour permettre une mesure robuste des signaux cosmologiques d'intérêt comme les modes-B issus des ondes gravitationnelles produites lors de l'inflation.