Structure chimique 3D du milieu interstellaire turbulent

The local interstellar medium (ISM) is an open and complex system, driven by the combined effects of turbulence, magnetic field, gravity, and ultraviolet photons.The rising amount of data collected by spectrometers from radio to ultraviolet (UV) wavelengths opens a new era where the statistical and chemical information contained in the observations can be used concomitantly to understand the specific role of each of these energy inputs.This Ph.D. aims to understand the physical processes governing the evolution of the local diffuse ISM and its 3D chemical composition. To quantify the impacts of the mean density, the UV radiation field, the integral scale, the resolution, the turbulent forcing, the magnetic field, and the gravity on the observables, we used state-of-the-art MHD simulations. The molecular hydrogen abundance is computed on-the-fly in the simulation, and a chemical solver is applied in post-processing to compute the chemical abundances of other species. To compare the results of the simulations to the observational sample, we propose a new version of the Kolmogorov-Smirnov test which is a valuable tool for estimating the distance between two probability distribution functions. The original feature of this work is to not only focus on the simulation of large samples of individual column densities but also on their statistics, meaning the probabilities of occurrence of these column densities along random lines of sight. We find that the transition from atomic to molecular hydrogen strongly depends on the Galactic midplane density, the density of OB stars, and the scale of neutral diffuse clouds. The approach to compare simulations and observations presented in this Ph.D. uses two observables but it can be extended to N-dimensions, using multiple observables simultaneously.Le milieu interstellaire local (MIS) est un système ouvert et complexe, gouverné par les effets combinés de la turbulence, du champ magnétique, de la gravité, et des photons ultraviolets.La quantité croissante de données collectées par les spectromètres de longueurs d'onde radio à l'ultraviolet (UV) ouvre une nouvelle ère où les informations statistiques et chimiques contenues dans les observations peuvent être utilisées de manière concomitante afin de comprendre les rôles spécifiques de ces différents réservoirs d'énergie.Cette thèse vise à comprendre les processus physiques régissant l'évolution du MIS diffus local et sa composition chimique 3D. Pour quantifier les impacts de la densité moyenne, du champ de rayonnement UV, de l'échelle intégrale, de la résolution, du forçage turbulent, du champ magnétique et de la gravité sur les observables, nous avons utilisé des simulations MHD de pointe. L'abondance de l'hydrogène moléculaire est calculée hors équilibre dans la simulation, et un solveur chimique est appliqué en post-traitement pour calculer les abondances chimiques d'autres espèces.Pour comparer les résultats des simulations aux observations, nous proposons une nouvelle version du test de Kolmogorov-Smirnov qui est un outil précieux pour estimer la distance entre deux distributions de probabilité. L'originalité de ce travail est de se concentrer non seulement sur la simulation de grands échantillons de densités de colonne individuelles mais aussi sur leur statistique, c'est-à-dire les probabilités d'occurrence de ces densités de colonne le long de lignes de visée aléatoires. Nous constatons que la transition de l'hydrogène atomique à l'hydrogène moléculaire dépend fortement de la densité du plan médian galactique, de la densité des étoiles OB et de l'échelle des nuages diffus neutres. L'approche pour comparer les simulations et les observations présentée dans cette thèse utilise deux observables mais peut être étendue à N dimensions, en utilisant plusieurs observables simultanément