Caractériser le milieu interstellaire : un clé pour comprendre l'Univers

What is there in common between the detection of atomic carbon at a redshift of 4, 1"-mapping of the 12CO(1-0) of the whirpool galaxy (M51), the study of the Galactic foreground emission in Planck data, and the kinematic study of the molecular disk and outflow of the HH30 proto-star? Beyond the fact that all these observations are done at (sub-)millimeter wavelengths, they are linked through the physical and chemical processes of the interstellar medium. Characterizing these processes permits us to understand the most diverse objects of the universe near and far and from smallest to largest. I describe here one decade of work directed toward understanding of the interstellar medium. I start with the description of two of the approaches I took. The first concerns the characterization of one of the less well-understood step in the gas on its way to form stars, the transition from HI to H2. I show how the interpretation of the 12CO(1-0) emission relates to cold dense gas as well as warm diffuse gas. Second, I present the need for and the making of an observational benchmark (the Horsehead Mane) for complex photo-chemical models, which are subsequently used in the contexts mentioned above. The decade to come promises to be as fruitful as the last one, for several reasons. The community studying the interstellar medium increasingly organizes itself around large projects. On my own part, I am the PI of the SCHISM ANR grant (Structure and CHemistry of the InterStellar Medium) that brings together observers, numerical specialists and theoreticians mainly from IRAM and the Observatoire de Paris. Moreover, radio instrumentation is making spectacular progress regarding high angular and spectral resolution spectro-imaging. IRAM has a preponderant role in these challenges to which I contribute software development and algorithms. Finally, I participate in the maturation of new instruments such as single-dish wide-field cameras and the ALMA and NOEMA interferometers. The conjonction of the factors will contribute to bring to light the origins of the galaxies, stars, planetary systems and pre-biotic molecules.Qu'ont en commun la détection de carbone atomique à un redshift de 4, la cartographie à 1" de résolution de l'émission 12CO(1-0) de la galaxie du tourbillon (M51), l'étude des avant-plans galactiques de Planck, et l'étude de la cinématique du disque et du flot moléculaire de la proto-étoile HH30 ? Au-delà du fait qu'elles sont réalisées dans le domaine (sub-)millimétrique, ces observations sont liées aux processus physiques et chimiques du milieu interstellaire. Caractériser ces processus permet de comprendre les objets les plus divers de l'univers, des plus proches au plus lointains, des plus petits au plus grands. Je décris ici une décennie de travail consacrée à la compréhension du milieu interstellaire. Je commence par présenter deux des approches scientifiques que j'ai prises. La première concerne la caractérisition d'une des transitions les moins bien comprises du gaz dans son chemin vers la formation des étoiles, à savoir la transition HI vers H2.Je montre comment l'interprétation de l'émission 12CO(1-0) pointe tout autant vers le milieu dense et froid que vers le milieu diffus et tiède. Dans un 2ème temps, je décris la nécessité et la mise en place d'une référence observationnelle (la chevelure de la nébuleuse de la Tête de Cheval) pour les modéles photochimiques, eux-mêmes utilisés dans tous les contextes évoqués ci-dessus. La décennie qui vient sera aussi féconde grâce à plusieurs événements. Tout d'abord, la communauté qui étudie le milieu interstellaire se structure rapidement autour de grands projets. A mon niveau, je suis porteur du contrat ANR > (SCHISM) qui réunit observateurs, numériciens et théoréticiens de l'IRAM et de l'Observatoire de Paris. Par ailleurs, l'instrumentation radio fait des progrès spectaculaires qui vont déboucher sur la spectro-imagerie grand champ à haute résolution angulaire et spectrale. L'IRAM a un rôle prépondérant dans cette aventure et j'y contribue au niveau logiciel et algorithmique. Enfin, je participe à la maturation des nouveaux instruments comme les caméras grand-champs pour les antennes uniques et les projets ALMA et NOEMA en interférométrie (sub-)millimétrique. La conjonction de ces facteurs contribuera à percer à jour l'origine des galaxies, des étoiles, des systèmes planétaires et des molécules prébiotiques