Résumé
Avec l'avènement de grands relevés astronomiques provenant de télescopes terrestres et spatiaux, le domaine de la cosmologie a connu une révolution scientifique au cours des dernières décennies. On dit que nous sommes entrés dans l'ère de la cosmologie de précision : non seulement nous disposons de nombreuses mesures de l'univers ancien et tardif, mais nous pouvons également les utiliser pour tester des modèles théoriques avec une très grande précision. L'un de ces modèles, décrivant l'univers avec une métrique de Friedman-Lemaître plate et contenant environ 5 % baryons, 25 % Matière Noire Froide (acronyme anglais CDM) et 70 % d'énergie noire sous la forme d'une constante cosmologique (Lambda), s'est avérée fournir un ajustement remarquable à une grande variété d'observables. Malheureusement, la nature de ses principaux constituants - la matière noire et l'énergie noire - n'est pas encore identifiée. De plus, plusieurs divergences expérimentales sont apparues ces dernières années, qui pourraient révéler les propriétés de ces composants mystérieux. D'autre part, la découverte des oscillations des neutrinos a fourni des preuves convaincantes que les neutrinos possèdent des masses non nulles, un phénomène qui ne peut pas être expliqué dans le modèle standard de la physique des particules. Dans mon travail, j'ai mis de nouvelles contraintes robustes sur de nombreuses extensions différentes du paradigme LambdaCDM, visant à expliquer certaines des anomalies actuelles en cosmologie, ou à mieux caractériser les propriétés des neutrinos insaisissables. Je commence par confronter un modèle à 1 paramètre supplémentaire d'énergie noire précoce à une grande variété d'ensembles de données, montrant qu'il peut résoudre la tension H_0, et que l'ajout de données du lentillage gravitationnelle faible des galaxies n'affecte pas cette conclusion. De plus, j'ai fait une comparaison systématique de dix-sept modèles différents qui ont été proposés pour résoudre la tension H_0 (y compris l'énergie noire précoce), et quantifié le succès relatif de chaque modèle en utilisant une série de métriques et un large éventail de combinaisons des données. Deuxièmement, j'ai effectué une analyse cosmologique détaillée d'un scénario dans lequel la matière noire peut se désintégrer en un rayonnement sombre et une particule de matière noire "chaude", incluant pour la première fois un traitement complet des perturbations. Cette étude a montré que ce modèle, bien qu'incapable d'atténuer la tension de Hubble, peut pleinement expliquer la mesure de S_8 par des récentes enquêtes à lentillage gravitationnelle faible des galaxies. Je termine en discutant des nouvelles contraintes cosmologiques sur un scénario dans lequel les neutrinos massifs non-relativistes se désintégrent en rayonnement noir. Je montre que cela permet de réduire significativement les limites de masse des neutrinos, rendant compatible une possible détection en laboratoire avec les contraintes cosmologiques.