Exploring the primordial universe, inflation and primordial gravitational waves with QUBIC, the Q & U Bolometric Interferometer for Cosmology.

Explorer l'univers primordial, inflation et ondes gravitationnelles primordiales avec QUBIC, le "Q & U Bolometric Interferometer for Cosmology" La détection des modes B primordiaux de polarisation du fond diffus cosmologique est aujourd'hui l'un des défis majeurs de la cosmologie observationnelle. Leur mesure permettrait de contraindre les modèles d'inflation cosmique, cette phase d'expansion accélérée aux tout premiers instants de l'univers. Le projet QUBIC a terminé la campagne de tests et de validation en France et l'instrument a été envoyé en Argentine. L'observation du ciel débutera après une nouvelle courte campagne de tests en laboratoire. Cet instrument s'appuie sur une technologie particulièrement innovante, l'interférométrie bolométrique dont le principe optique sera décrit en détail. La mesure d'un signal aussi ténu que celui des modes B exige un contrôle des effets systématiques irréprochable. C'est justement ce à quoi QUBIC entend répondre grâce à la possibilité de \textit{self-calibration} propre à l'interférométrie et à un design optique assurant une cross-polarisation minimale. Un deuxième enjeu majeur pour cette mesure est le traitement des avant-plans astrophysiques qui viennent contaminer le signal de l'univers primordial. Pour cela, l'interférométrie bolométrique offre la possibilité de faire de l'imagerie spectrale, c'est-à-dire de reconstruire, en "post-processing", des cartes du ciel dans plusieurs sous-bandes de fréquence alors même que l'intrument intègre le signal dans une large bande. Sachant que les avant-plans se distinguent par leur spectre d'émission, l'imagerie spectrale est la clé pour s'affranchir de ces contaminations. Cette thèse fait le pont entre l'instrument QUBIC et l'estimation des paramètres cosmologiques à partir du signal mesuré. J'ai tout d'abord participé activement à l'assemblage de l'instrument et à son étalonnage, notamment au travers de la vérification optique de l'alignement des miroirs. Aussi, une partie importante de ma thèse a été dédiée à la prise et à l'analyse des données d'étalonnage, notamment à la mesure des franges d'interférence et du lobe du télescope, toujours mises en regard avec des simulations optiques. Ces mesures sont un premier pas vers la "self-calibration" complète de l'instrument. Cependant, le coeur de ma thèse a été de démontrer la faisabilité de l'imagerie spectrale au travers de simulations complètes de la chaine d'analyse, allant de la simulation d'une observation du ciel, jusqu'à l'estimation des paramètres cosmologiques, en passant par la reconstruction des cartes du ciel en sous-bandes de fréquence.