L’Univers tout entier est imprégné de champs magnétiques, et ses échelles les plus grandes n’y font pas exception. À ces échelles sont également trouvés des amas de galaxies, résultat de la fusion successive de sous-structures de plus en plus grandes, qui se sont formés récemment dans l’histoire de l’Univers. Situés au nœuds de la toile cosmique, ils font partie des systèmes astrophysiques les plus massifs dans l’Univers. De la matière noire, des champs magnétiques, et un plasma chaud et diffus, appelé le milieu intra-amas, qui brille presque exclusivement dans les longueurs d’onde X et radio, imprègnent l’espace entre les galaxies dans les amas. Beaucoup de questions relatives à l’astrophysique des amas de galaxies demeurent non-résolues, l’origine des champs magnétiques qui y sont présents en étant peut-être l’example le plus remarquable. Sans aucun doute, un élément de réponse clé est la dynamique interne, fluide, magnétisée, à grande échelle du milieu intra-amas des amas de galaxies, qui reste à ce jour mal contrainte car observer le milieu intra-amas dans les bandes de fréquence pertinentes est intrinsèquement, et techniquement, très compliqué.

Le but principal de ma thèse a été d’améliorer notre compréhension d’un type particulier de dynamique interne, turbulente, et magnétisée dans le milieu intra-amas, l’instabilité magnéto-thermique, un processus magnétohydrodynamique fondamental probablement en jeu dans les amas de galaxies. Nous avons procédé en quatre étapes, en suivant un fil rouge de complexité théorique croissante, ou, de manière équivalente, de la physique la plus linéaire, à la plus non linéaire, que nous avons sondée. Premièrement, nous avons contraint la physique et l’énergétique de l’instabilité linéaire magnéto-thermique et montré qu’elle se développe aux échelles d’un amas; par conséquent, nous avons davantage éclairci les caractéristiques dynamiques de turbulence magnéto-thermique, non linéaire, compressible, globale et développé une théorie de longueur de mélange diffusive afin d’unifier deux précédentes théories dissonantes qui cherchaient pourtant à décrire un même processus. 

Nous nous sommes ensuite attaqués au problème de l’amplification d’un champ magnétique par de la turbulence magnéto-thermique par un effet de dynamo fluide, un processus spécifique qui pourrait expliquer la géométrie entremêlée, isotrope, et à plutôt petite échelle des champs magnétiques inférés dans les amas. Finalement, armés d’une compréhension théorique de dynamique magnéto-thermique dans les amas à la pointe de l’état de l’art, nous avons évalué sa possible détectabilité observationnelle dans l’ICM avec le futur instrument X-ray Integrated Field Unit (X-IFU) à bord de ATHENA, et trouvé qu’elle serait vraisemblablement non détectable, bien que seulement de manière marginale. Somme toute, nos résultats montrent que la caractérisation des particularités d’une dynamique magnétisée au sein du milieu intra-amas est d’une importante capitale pour de futures observations et pour approfondir notre compréhension des structures aux grandes échelles comme les amas de galaxies.