Milieu interstellaire, Formation d'étoiles, Régions H ii, Gaz moléculaire, Galaxies naines, Spectroscopie, Infrarouge, Statistiques bayésiennes, Méthodes numériques

Dans cette thèse, je présente un nouveau formalisme mathématique adapté à l'étude des différentes phases du milieu interstellaire (MIS), y compris et en particulier dans les galaxies de faible métallicité.Dans de tels environnements peu évolués chimiquement, les mécanismes de chauffage et de refroidissement sont bouleversés, ce qui a un impact marqué sur les signatures spectrales qui en résultent.Nous souhaitons utiliser ces signatures spectrales caractéristiques pour sonder les conditions physiques dans les galaxies naines de faible métallicité. Ces conditions pourraient ressembler celles attendues dans l'univers primordial.Pour analyser les signatures spectrales complexes associées au chauffage du gaz interstellaire par des étoiles et des sources de rayonnement X, nous avons sélectionné un code de photo-ionisation et photodissociation (Cloudy). Bien que la géométrie de ces modèles 1D soit simpliste, ils peuvent être aisément adaptés avec des modèles topologiques qui reproduisent l'émission observée en combinant plusieurs modèles issus d'une grille pré-calculée. Pour explorer cet espace de paramètres à N dimensions,nous avons utilisé des méthodes Bayésiennes et développé un nouveau code, MULTIGRIS qui se base sur des suites de raies d'émission pour contraindre les distributions postérieures de probabilité de différents paramètres.Après la description technique du code et de son fonctionnement, je présenterai une première application à un échantillon de galaxies naines formant des étoiles dans l'univers proche, qui utilise des modèles topologiques multisecteurs pour prendre en compte la contribution de régions H ii bornées par la densité, par lesquelles des photons ionisants peuvent s'échapper. Nous trouvons des fractions d'échappement globalement plus élevées à faible métallicité, particulièrement pour les taux spécifiques de formation d'étoiles les plus hauts, avec cependant une large dispersion qui suggère l'influence de paramètres secondaires.Dans une seconde application, nous souhaitons déterminer la distribution en masse du gaz dans les différentes phases du MIS, en se focalisant particulièrement sur l'étude du gaz moléculaire et de sa composante sombre, invisible avec les traceurs habituels comme CO. Nous trouvons que le gaz moléculaire est dominé par cette composante CO-dark à faible métallicité et discutons l'impact de différentes distributions de nuages sur les facteurs de conversion de CO à H2 que nous dérivons.L'application d'outils comme MULTIGRIS, à la fois à des galaxies simulées et à des observations de galaxies proches, pourrait permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes en jeu au sein des premières galaxies à s'être créées, durant l'époque de la Réionisation. Cette approche ouvre la voie à de futures applications, y compris pour des galaxies lointaines, pour exploiter les observations actuelles et à venir avec des télescopes tels qu'ALMA ou le JWST.