Tests de cohérence de l'Univers et reliques cosmiques

In the last decades, a cosmological model that fits observations through a vast range of scales emerged. It goes under the name of ACDM. However, there are still challenging questions that remain unanswered by this model, such as what causes the observed accelerated expansion of the universe. Hence, many alternative models have been proposed. This thesis concerns an approach to test such models known as “Effective Theory of Dark Energy” . It applies to all models where general relativity is modified by adding a single scalar degree of freedom, called “ scalar-tensor theories”. In Chapter 1 I introduce the most general classof such theories currently known. In Chapter 2, I resume the Effective theory of dark energy. The inclusion of a general coupling between matter and the gravitational sector is the subject of Chapter 3. Chapter 4 analyses in details the stability of different classes of theories.Another goal of the thesis is to study the observable effects of deviations from ACDM. In Chapter5, I consider the possibility of an interaction between dark matter and dark energy and I analyse the constraining power of future surveys on the free parameters of the theory. Chapter 6 focuses on the observational effects of theories where a kinetic mixing between matter and the scalar field exists.This gives a peculiar effect, namely the weakening of gravity at large scale structure scales.Dans les dernières décennies, un modèlecosmologique, dénommé “modèle ACDM” ,a émergé et plusieurs observations ont montréqu’il est consistant avec les données. Toutefois, ilsexistent des problèmes encore ouverts ; en particuliernous ne connaissons pas la cause de l’accélérationobservée de l’expansion de l’Univers. De nombreuxmodèles alternatifs ont été proposés.Cette thèse traite d’une approche pour contraindreles alternatives au modèle ACDM dénommée “EffectiveTheory of Dark Energy”. Elle s’applique àtoutes les théories où un seul degré de liberté scalaireest ajouté aux deux degrés de liberté de la RelativitéGénérale. Ces théories sont appelées “théoriestenseur-scalaire”.Le chapitre 1 résume la plus générale classe de théoriestenseur-scalaire viables actuellement connue.Le chapitre 2 introduit la théorie efficace de l’énergienoire. L’inclusion dans la théorie efficace descouplages généraux entre le secteur gravitationnelle(métrique et champ scalaire) et la matière est décritdans le chapitre 3. Ceci inclut aussi la possibilitéque différentes espèces interagissent de façondifférente avec la gravité. La possibilité d’analyseren détail la stabilité de la théorie est explicité dansle chapitre 4.Un objectif de cette thèse est aussi l’investigationdes effets observables des déviations du modèleLCDM. Le chapitre 5 considère la possibilité d’uneinteraction entre la matière noire et l’énergie noire.Ce chapitre étudie les effets d’une telle interactionet, plus généralement, analyse la capacité des observationsfutures à imposer des contraintes sur lesparamètres libres de la théorie efficace. Le chapitre 6 se concentre sur les effets observationnels de lathéorie “ beyond-Horndeski” , en démontrant quedans ce théorie il existe un melange cinétique entrela matière et le champ scalaire. Ce melange donnelieu à un effets particuliers: l’affaiblissement de lagravité aux échelles des grands structures