[tel-00078124] Propagation et distribution sur le ciel des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie dans le cadre de l'Observatoire Pierre Auger

L'origine des rayons cosmiques d'ultra haute énergie reste une énigme de la physique contemporaine, que l'Observatoire Pierre Auger, détecteur hybride d'une taille inégalée, va tenter de résoudre. L'observation directe des sources de ces particules, ou de structures à grande échelle sur le ciel associées à ces sources, est un des premiers objectifs de cet observatoire. De telles observations permettront aussi de contraindre la propagation des rayons cosmiques, qui, entre leurs sources et la Terre, subissent d'une part des interactions sur des fonds de photons de basse énergie, et d'autre part des déflections dans des champs magnétiques astrophysiques. Cette thèse comprend deux volets, afin d'observer les sources des rayons cosmiques avec l'Observatoire Auger et de les modéliser. Nous commençons par décrire en détail l'Observatoire Pierre Auger, et nous intéressons ensuite à l'acceptance de son détecteur de surface afin de pouvoir construire des cartes de couverture précise du ciel, outil indispensable à l'étude des anisotropies. Nous présentons ensuite des méthodes de recherche d'anisotropies sur le ciel, et analysons les deux premières années de prise de données de l'Observatoire. Après une description des phénomènes susceptibles d'influencer la propagation et l'observation de sources de rayons cosmiques d'ultra-haute énergie, nous présentons des simulations numériques destinées à prédire des observables telles que le spectre, les anisotropies et la composition mesurables par Auger, en fonction de différents modèles astrophysiques. Nous montrons que les champs magnétiques extragalactiques peuvent jouer un rôle crucial, surtout si les rayons cosmiques sont en partie des noyaux lourds. Enfin, nous montrons que la propagation de ces particules depuis une source proche génère des flux secondaires de rayons gamma qui pourront être détectés par des télescopes gamma au TeV.

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