Étude de l'accélération des rayons cosmiques par les ondes de choc des restes de supernovae dans les superbulles galactiques

In this thesis we study the acceleration of cosmic-rays, high-energy particles pervading the Universe. Galactic cosmic-rays are believed to be produced by diffusive shock acceleration in supernovae remnants. The linear theory explains the formation of power-law spectra, but it has to be amended because of the back-reaction of cosmic-rays. We focus our attention on repeated acceleration by successive shocks, which hardens the spectra, and relies on the transport of cosmic-rays between the shocks.For this study we have developped a numerical tool which couples the hydrodynamical evolution of the plasma with the kinetic transport of the cosmic-rays. We have validated it against previous results. To resolve all the space- and time-scales induced by the energy-dependent diffusion of cosmic-rays we have implemented an adaptive mesh refinement technique. To save more computational power we have also parallelized our code, in the energy dimension. This enables us to present the first numerical simulations of non-linear acceleration by multiple shocks.We apply our tool to superbubbles, the big hot tenuous structures surrounding OB associations, as this is probably the place where most supernovae explode -- leading to substantial modifications of the standard model of the production of Galactic cosmic-rays. More precisely we have begun to investigate the effects of multiple shocks, through studying the role of pre-existing cosmic-rays upstream of a blast wave. Finally we review the radiation from superbubbles with a view to efficient cosmic-ray production.Dans cette thèse nous étudions l'accélération des rayons cosmiques (RC), ces particules très énergétiques qui emplissent l'univers. Il est admis que les RC galactiques sont produits par accélération diffusive par onde de choc dans les restes de supernovae. La théorie linéaire explique la formation de spectres en loi de puissance, mais elle doit être modifiée du fait de la rétroaction des RC. Nous nous concentrons sur l'accélération répétée par chocs successifs, qui durcit les spectres, et qui dépend du transport des rayons cosmiques entre les chocs.Pour cette étude nous avons développé un outil numérique qui couple l'évolution hydrodynamique du plasma et le transport cinétique des RC. Nous l'avons validé grâce à des résultats déjà connus. Pour résoudre toutes les échelles induites par la dépendance en énergie du coefficient de diffusion des RC nous avons implémenté une technique de grille adaptative. Pour réduire le temps de calcul nous avons aussi parallélisé notre code, dans la dimension d'énergie. Cela nous permet de présenter les premières simulations de l'accélération non-linéaire par chocs multiples. Nous appliquons notre outil aux superbulles, les vastes structures chaudes et peu denses entourant les associations OB, car c'est probablement là que la plupart des supernovae explose en fait -- ce qui induit des modifications substantielles du modèle standard de production des RC galactiques. Plus précisément nous avons commencé à explorer les effets de chocs multiples, par une étude du rôle de RC pré-existants en amont d'une onde de choc. Pour finir nous passons en revue l'émission haute énergie des superbulles dans l'optique d'une production efficace de RC