The small bodies of our solar system are the leftovers of the material that accreted to form the terrestrial planets and the core of the giant planets. Their compositions and physical properties, and how they distribute throughout the Solar System, still record the prints of the processes that took place in the protoplanetary disk and of the subsequent dynamical evolution of our planetary system.

This manuscript describes how I diversified my research activities from the start of my PhD in 2006 to 2018: from the detailed study of the largest asteroids using high-angular-resolution imaging and spectro- imaging on large ground-based telescopes to a massive use of archives and surveys to characterize the different populations of small bodies; from 3-D shape modeling to surface mineralogy.

First, I describe the physical and surface properties of (1) Ceres and (4) Vesta, targets of the NASA Dawn mission. From the analysis of adaptive-optics images, I determined the size and spin orientation of Ceres, which were later confirmed by the NASA Dawn. I studied its spectral properties, revealing a very homogeneous surface, with only a few albedo markings corresponding to the major features imaged by Dawn, such as the Occator crater with its central bright pit. Studying the water regime of Ceres, I participated to the detection of water vapour with the ESA Herschel space observatory, and linked its emission to the Occator crater.

Then I describe the multidata 3-D shape modeling algorithm Koala, and how our predictions on asteroid (21) Lutetia were validated by the images taken during the flyby of the asteroid by the ESA Rosetta mission. Accurate reconstruction of the 3-D shape is key in determining the volume of asteroids, and study their density, which is perhaps the most fundamental property to understand their internal structure. I illustrate this on different asteroids I studied, and how I focused on binary systems in which mutual gravitational interaction provides their mass. I then summarize our knowledge on asteroid interiors from my statistical analysis of the diameter and mass estimates, hence density, I compiled.

Using the dynamical study of binaries as a guideline, I then present my work on Kuiper belt objects. From the dynamics of the peculiar Haumea triple system, to its dynamical family, characterized by broad-band photometry, to its water ice-rich surface by spectroscopy. Taking advantage of adaptive- optics, I show how I also acquired near-infared spectra of others remote objects, and studied their surface composition, incluing Charon, satellite of Pluto and target of the NASA New Horizon mission.

Finally, I describe how I generalized the use of photometry, taking advantage of the large sample of the Sloan Digital Sky Survey, to study the distribution of material in the inner solar system: from a rewriting of the compositional structure of the main belt to the study of the source regions and space weathering among near-Earth asteroids. I conclude with a prospective on the use of ESA Euclid near- infared photometry to increase our understanding of the composition of

Les petits corps du système solaire sont les restes des planétésimaux qui se sont accrétés pour former les planètes telluriques et les coeurs des géantes gazeuses. Leurs compositions et propriétés physiques, et comment celles-ci sont réparties dans le système solaire, portent la marque des processus qui ont eu lieu dans le disque protoplanétaire et de l'évolution dynamique de notre système planétaire.

Ce manuscrit décrit comment j'ai diversifié mes activités de recherche depuis le début de mon doctorat en 2006 jusqu'à 2018: de l'étude détaillée des plus gros astéroı̈des par imagerie et spectro-imagerie à haute résolution angulaire à l'usage massif d'archives et de grands relevés pour caractériser les différentes populations de petits corps; de la modélisation 3-D à la minéralogie de surface.

D'abord, je décris les propriétés physiques et de surface de (1) Cérès et (4) Vesta, cibles de la mission Dawn de la NASA. De l'analyse d'images obtenues par optique adaptative, j'ai déterminé la taille et l'orientation de Cérès, plus tard confirmée par Dawn. J'en ai étudié les propriétés spectrales, révélant une surface très homogène, avec seulement des variations d'albédo correspondant aux principales structures imagées par Dawn, tel le cratère Occator et son puit central brillant. Étudiant le cycle de l'eau de Cérès, j'ai participé à la détection de vapeur d'eau avec l'observatoire spatial Herschel de l'agence spatiale européenne, et relié son émission au cratère Occator.

Je décris ensuite l'algorithme de modèlisation 3-D multi-données Koala, et comment nos prédictions sur l'astéroı̈de (21) Lutetia ont été validées par les images prises lors son survol par la sonde Rosetta de l'ESA. Une reconstruction précise de la forme 3-D est cruciale pour déterminer le volume, et donc la densité, propriété fondamentale pour comprendre la structure interne de ces corps. J'illustre ceci sur les différents astéroı̈des que j'ai étudiés, et comment je me suis concentré sur les systèmes binaires, où l'interaction gravitationnelle entre les composantes fournit la masse. Ensuite, je résume nos connaissances sur l'intérieur des petits corps à partir de mon analyse statistique des déterminations de taille et masse, donc densité, que j'ai compilées.

En suivant le fil rouge tracé par les systèmes binaires, je présente ensuite mes travaux sur les objets de Kuiper. Depuis l'étude de la dynamique du système triple de l'étrange Haumea, à sa famille dynamique étudiée par photométrie à large bande, à sa composition de surface riche en glace d'eau par spectroscopie. Tirant parti de l'optique adaptative, je montre comment j'ai obtenu les spectres proche infrarouge d'objets lointains, et étudié leur composition de surface, incluant celle de Charon, satellite de Pluton et cible de la mission New Horizons de la NASA.

Finalement, je décris comment j'ai généralisé l'utilisation de la photométrie pour étudier la distribution de la matière dans le système solaire interne, en utilisant le grand échantillon fourni par le Sloan Digital Sky Survey: de la ré-écriture de la structure compositionnelle de la ceinture principale d'astéroı̈de à l'étude des régions sources et du processus de vieillissement des surfaces des objets géocroiseurs. Je conclu par une étude prospective de l'utilisation de la photométrie infrarouge par la mission Euclid de l'ESA pour améliorer notre compréhension de la composition des petits corps.