Cette thèse est consacrée à l'analyse, dans le cadre des théories supersymétriques, des phénomènes liés à la présence de dimensions supplémentaires et de secteurs branaires. Nous proposons une extension du MSSM motivé par les théories présentant des dimensions supplémentaires, dans laquelle le secteur de jauge est étendu de manière à former une représentation N = 2 de l'algèbre de supersymétrie. Nous décrivons comment, dans ce modèle, des masses de Dirac apparaissent naturellement pour les jauginos, et calculons les interactions et matrices de masse des nouveaux neutralinos et charginos présents. Puis nous étudions, dans le cadre des théories de supergravité en cinq dimensions, le couplage des champs de gravité aux multiplets chiraux localisés sur les branes. Cette étude conduit à l'introduction d'une nouvelle extension hors couche de masse de la supergravité en cinq dimensions, qui est bien adaptée au couplage des champs chiraux sur les branes au multiplet de supergravité pentadimensionnelle dans le cas d'un superpotentiel quelconque et dans la présence de F-termes différents de zéro. Le mécanisme de Scherk-Schwarz généralisé et le mécanisme de super-Higgs dans cette classe de théories sont également étudiés en détail. Notamment nous décrivons comment les pseudo-Goldstinos apparaissent lorsque la supersymétrie est brisée par des F-termes sur les branes et dans le volume pentadimensionnel par le mécanisme de Scherk-Schwarz. Nous étudions des possibilités d'identification des pseudo-Goldstinos aux neutrinos stériles. Enfin, des propriétés des gravitinos dans les théories à six dimensions sont étudiées.

Le modèle standard supersymétrique minimal (MSSM) est probablement une des théories de nouvelle physique les plus étudiées. Dans la plupart des études phénoménologiques, on fait l'hypothèse de la violation minimale de la saveur dans laquelle toutes les interactions violant la saveur sont directement liées à la matrice CKM du modèle Standard. Cependant, si la supersymétrie est plongée dans des cadres plus larges tels que les théories dites de Grande Unification, de nouvelles sources de violation de la saveur peuvent apparaitre. Les termes correspondant dans le lagrangien sont directement liés au choix du mécanisme de brisure de la supersymétrie. Or, à l'heure actuelle, aucun consensus n’existe quant au choix exact du mécanisme de brisure de la SUSY. Plusieurs mécanismes ont été évoqués récemment (entre autre, par le co-directeur de la thèse), qui pourraient conduire à des signatures prometteuses au LHC pour différents scénarios et domaines de paramètre. Le projet est donc idéalement situé à la frontière entre le 'model building' et des aspects plus phénoménologiques. Pour cette raison, le thésard sera naturellement amené à interagir de manière active avec le groupe de phénoménologie de physique des particules du LAPTh ainsi qu'avec les groupes de physique des particules du LAPP (ATLAS, LHCb..), laboratoire expérimental partageant le même bâtiment que le LAPTh. De plus, des collaborations sur le plan national, en particulier avec le LPSC de Grenoble, ainsi que sur le plan international, avec les universités de Würzburg et Münster (Allemagne) et le nouvel institut de physique de NATAL (Brésil) sont également envisagées. / The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is probably the best studied of all new physics theories. In most phenomenological studies, one assumes the hypothesis of minimal flavour violation, where all flavour-violating interactions are related to the CKM-matrix (as it is the case in the standard model). However, if supersymmetry is embedded in larger frameworks such as grand unified theories (GUT), new sources of flavour violation can appear. The corresponding terms in the Lagrangian are directly related to the mechanism of supersymmetry breaking, for which at present no theoretical consensus exists. Several processes have recently been evoked (among others by the co-director of the proposed thesis), which might lead to promising signatures at the LHC if non-minimal flavour violation is realized. These studies, however, included flavour-violating terms directly at the electroweak scale without taking into account their possible origin at some high scale. The main goal of the project is to extend the previous work in order to take into account the link between the electroweak and the GUT scale. This will allow to put constraints on parameters describing supersymmetry breaking using constraints imposed at the electroweak scale. A second goal is the analysis of relevant processes with the help of current Monte-Carlo simulation tools in order to study the background and thus clarify the observability at LHC for different scenarios and regions of parameters space. So, the project is ideally situated at the frontier between model building and more phenomenological aspects. For this reason the project naturally includes interactions with the local particle physics phenomenology group at LAPTh as well as with the the neighbouring experimental groups (e.g. ATLAS, LHCb) at LAPP. Moreover, collaborations on the national, in particular with the LPSC Grenoble, and international level, e.g. with the University of Würzburg (Germany), the University of Münster (Germany) and the newly created International Institute of Physics in Natal (Brasil) are envisaged.

Le Modèle Standard de la physique des particules a été remarquablement testé auprès des grands accélérateurs jusqu'à une énergie de l'ordre du TeV. Malgré ses succès, un grand nombre de problèmes restent sans solution. Par exemple, le Modèle Standard ne permet pas d'expliquer l'origine de la prépondérance de la matière sur l'antimatière, ni l'origine du rapport 1016 entre l'échelle de brisure électrofaible et l'échelle de Planck. Les interactions électrofaibles et fortes ne sont pas unifiées et de plus, la gravité est absente. Cette thèse s'interesse à différents aspects phénoménologiques des théories d'extension du Modèle Standard. La première partie porte sur la baryogénèse électro- faible dans le Modèle Standard Supersymétrique Minimal et plus spécifiquement sur la dynamique de la transition de phase électrofaible. La deuxième partie est consacrée au problème de la brisure spontanée de la supergravité dans les théories de cordes effectives, les seules théories offrant l'espoir d'une description unifiée des interactions gravitationnelles avec les autres forces fondamentales. Enfin, la dernière partie discute un certain nombre de modèles phénoménologiques utilisant les propriétés des branes et la présence de dimensions supplémentaires afin de reformuler le problème de hiérarchie de jauge en termes géométriques.