Les rayons cosmiques sont des particules chargées, principalement des protons, dont le spectre énergétique s'étend de quelques GeV à 1e20 eV. Les trajectoires de ces particules étant déviées par les champs magnétiques entre la source et l'observateur, l'information sur la position de la source accélératrice est perdue. Cependant, l'étude de la direction de propagation des particules neutres (neutrinos et rayons gamma) produites lors de l'interaction des rayons cosmiques au sein de la source pourrait amener à l'identification de ces sites d'accélération. Dans ma thèse, je combine les données du détecteur de neutrinos IceCube, avec les donnés de rayons gamma récoltées par le satellite Fermi. J'applique cette méthode "multi-messagers" à différentes sources potentielles de rayons cosmiques: le plan Galactique, les blazars et les amas de galaxies. Dans un autre registre, je m'intéresse aussi à la distribution de matière noire dans les amas de galaxies et j'applique un algorithme qui me permet de reconstruire le profile radial du potentiel gravitationnel de l'amas Abell 1689 à partir du profile radial de l'émissivité du gaz chaud présent dans l'amas.