Etude dynamique des exoplanètes et des disques de débris révélés par SPHERE

Several decades after the discovery of the first debris disks and exoplanets, lots of questions remain regarding the mechanisms of formation and evolution of planetary systems. The recent progress of high-resolution high-contrast direct imaging, illustrated by the instruments VLT/SPHERE and Gemini/GPI, enables to unveil the outer architecture (> 5 au) of young ( 5 ua) des systèmes extrasolaires jeunes (< 200 Myr), à un âge où les interactions dynamiques sont encore fréquentes. Mon travail de thèse apporte un éclairage sur l'origine et les mécanismes d'évolution dynamique des systèmes planétaires à travers l'étude détaillée de systèmes clefs résolus par SPHERE et le développement d'outils de modélisations dédiés.La première partie de ce manuscrit aborde l'étude dynamique via les simulations N-corps. De nombreux algorithmes ont été proposés et implémentés, avec des choix de compromis différents sur leur vitesse, leur précision et leur polyvalence. Parmi ces algorithmes, SWIFT HJS permet de modéliser des architectures très différentes de notre Système Solaire sur des temps séculaires. C'est donc un outil essentiel pour étudier l'influence des planètes massives, naines brunes et compagnons stellaires souvent rencontrés en imagerie directe. Durant ma thèse, les fonctionnalités de l'algorithme ont été étendues pour pouvoir modéliser les changements de hiérarchie et les rencontres proches, des aspects de la mécanique orbitale qui ont souvent un rôle crucial dans l'histoire dynamique des systèmes planétaires. Ce code a notamment été utilisé pour étudier en profondeur l'énigmatique système HD 106906 et les différentes interactions entre ses principaux composants (binaire, planète, disque de débris). Dans la deuxième partie du manuscrit, j'introduis la problématique de l'ajustement orbital. Si l'observation d'un système à différentes époques permet théoriquement de retrouver les caractéristiques de son orbite, le problème peut se révéler complexe et dégénéré, en particulier quand le temps d'observation est insuffisant pour correctement échantillonner l'orbite. L'approche statistique la plus couramment adoptée, le MCMC, permet d'obtenir des estimations fiables dans la plupart des cas. Ces estimations sont ensuite exploitées pour étudier l'histoire et la stabilité du système et les interactions entre les orbites et leur environnement, notamment les disques. Ce rôle de l'ajustement orbital est ici illustré dans les études de plusieurs systèmes de référence, imagés par SPHERE