Interférométrie optique avec le Very Large Telescope - Application aux étoiles Céphéides

Installed at the heart of the Very Large Telescope Interferometer (VLTI, located on top of the Cerro Paranal, in northern Chile), the VINCI instrument allows to combine coherently the infrared light coming from two separate telescopes. Therefore, it opens an access to very high angular resolution observations of the sky (down to a few milliarcseconds). Many important astrophysical questions will be adressed by this instrumen t: the physics of stars, protoplanetary disks and extrasolar planets, among other programs. My thesis work on the VINCI instrument has covered its conception, in particular the functionnal definition of its software system, its installation on top of the Cerro Paranal and its first scientific observations. In the first part of this document, I describe the principles of the beam combination with VINCI and its performances both in the laboratory and in real observational conditions. In a second part, I describe the application of long-baseline optical interferometry to the study of the Cepheid variable stars. These pulsating supergiants play a fundamental role in the measurement of distances in the Universe, since it has been established that their photometric variation period it linked to their intrinsic luminosity through the famous period-luminosity relationship. The calibration of this relation requires that the distance to a number of nearby Cepheids is measured directly, unfortunately, these distances are currently poorly known, even to the closest Cepheids. The very high angular resolution allowed by VINCI and the VLTI will soon enable the refined study of the pulsation of the nearby Cepheids. By combining simultaneous observations of the radial velocity of their photosphere with angular diameter measurements, it will be possible to estimate directly their distance. The goal of this program: the calibration of the period-luminosity relationship with a precision better than 0,01 mag, a factor ten better than our current knowledge. In addition to this fundamental program, I decribe also the possibilities offered by VINCI for the study of the main sequence dwarfs, in particular solar-type stars (with an application to the binary star Aplha Centauri A and B), and I briefly discuss the case of the extrasolar giant planets.Installé au cœur de l'interféromètre du Very Large Telescope (le VLTI, situé au sommet du Mont Paranal, dans le nord du Chili), l'instrument VINCI permet de recombiner la lumière infrarouge de deux télescopes séparés de manière cohérente. Il ouvre ainsi un accès vers la très haute résolution angulaire (quelques millisecondes d'angle), et des programmes de recherche novateurs dans des domaines aussi divers que la physique stellaire, les disques protoplanétaires ou bien encore l'étude des exoplanètes. Mon travail de thèse sur l'instrument VINCI a porté sur sa conception, en particulier la définition fonctionnelle de son logiciel d'exploitation, son installation au sommet du Mont Paranal et ses premières observations scientifiques. Le principe de fonctionnement et les performances de cet instrument sont décrits dans la première partie de ce document. Dans une seconde partie, j'aborde l'étude des étoiles variables Céphéides par interférométrie. Ces étoiles pulsantes jouent un rôle primordial dans l'estimation des distances astronomiques depuis qu'il a été établi que leur période de variation était liée à leur luminosité intrinsèque par la célèbre relation période-luminosité. Leur observation photométrique permet donc de calculer directement leur distance. Toutefois, notre connaissance du point zéro de cette relation est encore imparfaite, car elle repose sur la mesure des distances aux Céphéides galactiques les plus proches, encore mal connues. La très haute résolution angulaire apportée par l'instrument VINCI et le VLTI permettra bientôt l'étude fine de la pulsation de ces étoiles. Par la mesure simultanée de la vitesse radiale de pulsation et de la variation du diamètre angulaire de l'étoile, il sera possible de calculer directement la distance aux Céphéides les plus proches, et donc d'étalonner la relation période-luminosité. L'enjeu de ce programme : la calibration de cette relation avec une précision de 0,01 magnitude, soit un gain d'un facteur dix par rapport à notre connaissance actuelle. Au-delà de ce programme fondamental, je décris également les possibilités offertes par VINCI dans le domaine de l'étude des étoiles naines de la séquence principale, notamment de type solaire (avec application au couple d'étoiles Alpha Centauri A et B), et j'aborde brièvement l'étude des exoplanètes