Cosmology with the galaxy clusters of the NIKA2 Sunyaev-Zeldovich Large Programme

Cosmologie avec les amas de galaxies du grand programme Sunyaev-Zeldovich de NIKA2 En tant que traceurs de la distribution de matière dans l'Univers et de l'histoire de son expansion, les amas de galaxies constituent de puissantes sondes cosmologiques. Dans le domaine millimétrique, les amas s'observent via l'effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) thermique, une distorsion spectrale du fond diffus cosmologique (CMB) produite par interaction avec le gaz chaud ionisé du milieu intra-amas. Indépendant du décalage vers le rouge et présentant une signature spectrale spécifique, cet effet permet de cartographier ou détecter des amas distants. Les récentes expériences CMB exploitent l’effet SZ pour fournir de larges catalogues d'amas de galaxies et des cartes de la distribution de gaz dans l’Univers. Cependant, la principale limitation de la cosmologie SZ est l’exactitude avec laquelle on connaît la masse des amas, qui n’est pas une observable. Pour estimer la masse et les propriétés des amas, nous nous plaçons dans le cadre du modèle auto-similaire de formation des structures, supposant que les amas sont bien décrits par des propriétés universelles, telles qu'une relation d'échelle, reliant l'observable SZ à la masse de l'amas, et un profil de pression radial moyen. Ces quantités sont cruciales pour la cosmologie SZ, via le comptage d’amas ou le spectre de puissance angulaire des cartes SZ, et doivent être calibrées via l'étude d'échantillons d'amas bien caractérisés.Cette thèse s'inscrit dans le grand programme SZ (LPSZ) qui exploite la cartographie à haute résolution angulaire de l'effet SZ permise par la caméra NIKA2 pour étudier les propriétés thermodynamiques d'un échantillon bien défini d'amas de galaxies distants (0.5<z<0.9). Dans une première partie, nous avons standardisé et amélioré les outils de la collaboration NIKA2 afin de développer la chaîne d’analyse depuis la réduction des données brutes jusqu'à la caractérisation des profils de pression des amas du LPSZ. En particulier, nous avons proposé une méthode d'évaluation de la qualité des données et de sélection des observations, résultant en une réduction moyenne du bruit dans les cartes d'un facteur deux. Après une série d’optimisation et de tests des effets systématiques, nous avons défini la méthode standard de production des cartes à 150 et 260-GHz de l’ensemble de l’échantillon. À partir des cartes produites, nous avons estimé le profil de pression des amas et avons testé leur robustesse aux effets systématiques et aux choix d’analyse par comparaison de la méthode standard avec une série de méthodes alternatives. L’ensemble de ces produits, incluant les cartes en fréquence et les profils de pression, est destiné à la livraison publique des résultats du LPSZ. Dans une seconde partie, nous avons exploité la synergie entre les observations SZ de NIKA2 et en rayons X de XMM-Newton de résolution angulaire comparable. Nous avons estimé la masse sous l’hypothèse d’équilibre hydrostatique et l’ensemble des propriétés thermodynamiques d’un sous-échantillon de 22 amas. Nous avons ensuite proposé une méthode statistique basée sur un modèle hiérarchique Bayésien pour inférer le profil de pression universel des amas. Cette méthode prend en compte les erreurs sur les analyses individuelles ainsi que la dispersion intrinsèque entre amas induite par les déviations au modèle auto-similaire résultant de processus baryoniques. Après validation sur simulation, nous avons appliqué cette méthode au sous-échantillon et nous présentons la première estimation du profil de pression universel avec les données du LPSZ. Enfin, abandonnant l'hypothèse sphérique et considérant un modèle elliptique 2D, nous avons développé une méthode pour mieux comprendre l’impact de la morphologie des amas. Cette méthode a été validée sur simulation et testée sur les données du LPSZ. À terme, le profil de pression moyen obtenu sur l’échantillon LPSZ, ainsi que les futures études inédites à partir des cartes des amas, contribueront à améliorer la précision et l’exactitude de la cosmologie SZ.