Topics in bouncing cosmology

This thesis concerns two questions in bouncing cosmology, as addressed in the papers arXiv:1404.4364 and arXiv:1406.6049. In the first part of this thesis, we explore the possibility for several models of bouncing cosmology to produce a tensor-to-scalar ratio of the order of 0.2. We start by analyzing the matter bounce curvaton scenario and the matter-Ekpyrotic scenario, two models which use matter fields violating the Null Energy Condition at high energy. We then analyze the Horava-Lifshitz bounce, the f(T) bounce, and the Loop Quantum Cosmology bounce, three models which use modified gravity to avoid the singularity. We generally find that these matter bounce scenarios produce large amounts of primordial gravitational waves, but the tensor-to-scalar ratio can be suppressed for some models, for instance via the curvaton mechanism. In the second part of this thesis, we explore two possible reheating mechanisms in the context of the matter-Ekpyrotic bounce, namely gravitational particle production and particle creation via the coupling of the bounce field with the matter field. We find that gravitational particle production, where the background field couples only to gravity, is sufficient to produce radiation at high enough temperatures after the bounce. Thus, there seems to be no need to introduce an extra coupling to the model Lagrangian, contrary to inflation.Cette thèse concerne deux questions sur la théorie de l’univers rebondissant, telles qu’adressées dans les articles arXiv:1404.4364 et arXiv:1406.6049. Dans la première partie de cette thèse, nous explorons la possibilité de produire un rapport tenseur-sur-scalaire de l’ordre de 0.2 dans le cadre de plusieurs modèles d’univers rebondissant. Nous commençons par analyser le modèle d’univers rebondissant composé d’un champ scalaire de type curvaton et le modèle composé d’un champ de matière et de type Ekpyrotic. Ces deux modèles utilisent des champs qui brisent la condition d’énergie de genre lumière à haute énergie. Nous analysons ensuite les modèles d’univers rebondissant utilisant la théorie de la gravité de Horava-Lifshitz, puis ensuite la théorie modifiée de la gravitation de type f(T), et la théorie de la cosmologie quantique à boucles. Ces trois modèles utilisent des théories modifiées de la gravitation pour éviter la singularité. Nous concluons qu’en général ces scénarios produisent des ondes gravitationnelles primordiales en grande quantité, mais le rapport tenseur-sur-scalaire peut être réduit pour certains modèles, par exemple grâce au mécanisme de curvaton. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous explorons deux méchanismes de réchauffement pour le modèle d’univers rebondissant composé d’un champ de matière et de type Ekpyrotic : la production de particules dans un champ gravitationel et grâce au couplement du champ de rebondissement avec le champ de matière. Nous concluons que la production de particules dans un champ gravitationel, où le champ dominant interagit uniquement avec la gravité, produit suffisamment de radiation à haute température après le rebondissement. Ainsi, il ne semble pas nécessaire d’introduire des interactions supplémentaires au Lagrangien du modèle contrairement à la théorie de l’inflation