Dark Energy and the formation of the large scale structures of the Universe

In this thesis, I will present a method I developped to treat cosmological perturbations at linear order, called the Effective Field Theory for Dark Energy (EFT of DE). It has the advantage of quantifying deviations from the standard model ΛCDM in compact and model independent manner. Secondly, I will discuss new theories that I discovered, that extend Horndeski theories, which were thought to be the most general theories to describe a system gravity + scalar that is stable. Indeed, I will argue that the usual conditions that are required for a theory to be stable, namely that its equations of motion are second-order in derivatives, are too restrictive. Then, I will show the work I did on primordial gravitationnal waves. More precisely, I will explain how the standard predictions for tensor modes coming from inflation are very robust, contrarily to the scalar ones. This implies in particular that measuring the power spectrum from gravitationnal waves would give a direct access to the energy scale of inflation. Finally, I will end by a description of my studies on consistency relations. These are relations between the n+1 and n correlations functions of the cosmic density fields when one of the fields varies much less than the others. They are interesting since the derivation needs very little information on the rapidly varying fields: only that their initial conditions are Gaussian and that they obey the Equivalence Principle.Dans ma thèse, je vais présenter une méthode que j'ai développée pour traiter les perturbations cosmologiques à l’ordre linéaire, appelée théorie des champs effective de l’énergie noire. Elle a l’avantage de quantifier les déviations du modèle ΛCDM d’une façon compacte et indépendante d’un choix de modèle spécifique. Dans un second temps, je parlerai de nouvelles théories que j'ai découvertes, qui vont au delà des théories d’Horndeski, que l’on pensait être les plus générales pour un système gravité + champ scalaire qui soit stable. En effet, j’expliquerai que les conditions habituelles qui sont requises pour qu’une théorie soit stable, i.e. que ses équations du mouvement ne possèdent pas de termes avec plus de deux dérivées, sont trop restrictives. Ensuite j’exposerai des travaux que j’ai menés sur les ondes gravitationnelles primordiales. Plus spécifiquement, j’expliquerai que les prédictions pour les modes tensoriels venant de l’inflation sont très robustes, contrairement aux modes scalaires. Cela implique en particulier que mesurer le spectre de puissance des ondes gravitationnelles donnerait directement accès à l’échelle d’énergie durant l’inflation. Je terminerai par une description de mon étude des relations de cohérence. Ce sont des relations entre les fonctions de corrélations des champs de densité cosmiques à n + 1 points et à n points, quand un des champs varie beaucoup plus lentement que les autres dans l’espace. Leur intérêt vient du fait que pour les dériver, nous n’avons presque pas besoin d’informations sur les champs qui varient rapidement : seulement que leurs conditions initiales sont gaussiennes, et qu’ils respectent le Principe d’Equivalence