CELESTE est un échantillonneur Cerenkov basé sur la reconversion de la centrale solaire de Thémis, située dans les Pyrénées-Orientales : les miroirs de la centrale permettent de recueillir la lumière Cerenkov des gerbes atmosphériques initiées par les rayons.<br />Conçue dans le courant des années 90, cette expérience devait couvrir le domaine en énergie compris entre 30 et 300 GeV, permettant de faire le pont entre les satellites et les imageurs Cerenkov.<br />Depuis l'année 2000, ce fut chose faite avec la détection de la nébuleuse du Crabe, puis du noyau actif de galaxie Markarian 421.<br />Cette thèse présente le travail accompli depuis pour accroître la sensibilité de notre instrument tant par l'étude du détecteur que la conception d'une analyse originale. Malgré les conditions climatiques très difficiles pour l'observation, une nouvelle détection de la nébuleuse du Crabe est ici présentée, validant le principe de notre nouvelle analyse. Ce manuscrit se conclut sur l'étude des données provenant de deux noyaux actifs de galaxies, Markarian 421 et 1ES1426+428.

Le dispositif CELESTE désigne la transformation de la centrale solaire de Thémis (Pyrénées orientales) en un vaste télescope pour l'astronomie des très hautes énergies; le nom avait été proposé par Eric Paré, inventeur du projet, et directeur de cette thèse jusqu'à son décès accidentel en Juillet 1998. La thèse décrit le long travail de mise en place et de démarrage du projet basé sur un vaste dispositif optique placé en haut de la tour solaire pour détecter la lumière réfléchie par les héliostats. On observe ainsi, par nuits sans lune, les gerbes atmosphériques produites par les rayons gamma en provenance du cosmos. La thèse se conclut par les premières observations jamais faites de rayons gamma aux énergies d'environ 50 GeV provenant d'une part d'une source Galactique, la nébuleuse du Crabe, et d'autre part d'une source extra-galactique, un trou noir supermassif, Markarian~421.

Depuis leur découverte en 1912, l'origine des rayons cosmiques, composés à 90% de protons, n'est toujourspas connue. Les vestiges de supernovae sont de bons candidats à la production des rayons cosmiquesgalactiques.Pour étudier les sites de production des protons, sensibles aux champ magnétiques, nous nousappuyons sur les rayons gamma (neutres et stables).L'onde de choc créée par l'explosion de la supernova se propage dans un milieu interstellairedense, les nuages moléculaires, pouvant être concidéré comme une cible pour les protons accélérés.L'objectif de ce travail est de rechercher des sites d'émission gamma en coïncidence avec des vestiges etdes nuages moléculaires.Nous avons utilisé pour cela les données du télescope spatial Fermi-LAT et du télescopes au solH.E.S.S.L'analyse conjointe des données a permis de tirer profit des points forts de chaque intrument.La production d'images de la région du ciel étudié est primordiale en astronomie.Nous avons tenté d'améliorer la production des images obtenues avec l'imageur H.E.S.S. en proposant uneméthode de lissage différente de celle employée actuellement. / Since their discovery in 1912, the cosmic rays origin is still unknown.Supernovae remnants (SNR) are good candidates to product Galactic cosmic rays.Because protons are sensitive to magnetic field, we lean on gamma rays, neutrals and stables particles.The shock wave of the SNR go through the interstellar medium which can be dense: the molecular clouds.They can be seen as target for accelerated protons.The objective of this work is to search for gamma-ray emission in coincidence with remnants and molecularclouds.We analysed data from Fermi-LAT space telescope and H.E.S.S., a Tcherenkov ground based telescope.The data joined analysis allow us to get the strong point out of each instrument.The sky view produced from the data is very important in astronomy.We tryied to improve the smoothing method of the images performed in H.E.S.S. analysis.

L'astronomie gamma des Très Hautes Energies utilise jusqu'à aujourd'hui exclusivement comme détecteurs le Photomultiplicateur à Tube (PMT) pour capter les faibles flux lumineux des gerbes atmosphériques. Mais une alternative commence à apparaitre : les photodiodes à avalanche polarisées en mode Geiger appelées APD Geiger. Le PMT est un détecteur conçu dans les années 70 qui présente certes de nombreux avantages mais qui souffre également d'inconvénients comme la taille, le coût, le poids ou encore la sensibilité aux champs magnétiques et surtout la difficulté à réaliser une pixellisation en matrice. Les APD-Geiger, sont des dispositifs à semi-conducteur composés d'une jonction PN intégrée dans une technologie spéciale pour la détection de très faible flux lumineux grâce à leur polarisation au delà de la tension d'avalanche. Les APD-Geiger présentent un gain de photoélectrons très élevé (~106), bien que dépendant fortement de la tension de polarisation au delà de l'avalanche. Ces photodiodes présentent de nombreux avantages par rapport aux photomultiplicateurs, notamment du point de vue de leur miniaturisation pour des applications basées sur l'imagerie, comme la détection de flashs Tcherenkov en astronomie gamma. Dans cette thèse, nous présentons l'étude, la conception et la réalisation de cette structure technologique basée sur du Silicium. Cette structure a montré sa fiabilité pour la détection de faibles flux lumineux avec une tension de claquage de 12V et un courant de fuite ne dépassant pas 10pA au claquage. Nous avons également mis au point, différents modèles physiques et électriques indispensables aux démarches d'optimisation technologiques ainsi qu'au développement des circuits de commande et de lecture, i.e. la base de toute technologie d'imagerie. Le travail présenté ici consiste en l'étude, la conception et la réalisation d'une matrice de pixels à haute sensibilité. Un projet de télescope Cerenkov basé sur cette technologie innovante est finalement présenté

The Q-weak experiment at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (USA) will make a precision determination of the proton weak charge with approximately 4% combined statistical and systematic uncertainties via a measurement of the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at very low momentum transfer and forward angle. This will allow an extraction of the weak mixing angle at Q^2=0.026 (GeV/c)^2 to approximately 0.3%. The weak mixing angle is a fundamental parameter in the Standard Model of electroweak interactions. At the proposed accuracy, a measured deviation of this parameter from the predicted value would indicate new physics beyond what is currently described in the Standard Model. Without deviation from the predicted value, this measurement would place stringent limits on possible extensions to the Standard Model and constitute the most precise measurement of the proton's weak charge to date. The key experimental apparatus include a liquid hydrogen target, a toroidal magnetic spectrometer and a set of eight Cerenkov detectors. The Cerenkov detectors form the main detector system for the Q-weak experiment and are used to measure the parity violating asymmetry during the primary Q-weak production runs. The Cerenkov detectors form the main subject of this thesis. Following a brief introduction to the experiment, the design, development, construction, installation, and testing of this detector system will be discussed in detail. This is followed by a detailed discussion of detector diagnostic data analysis and the corresponding detector performance. The experiment has been successfully constructed and commissioned, and is currently taking data. The thesis will conclude with a discussion of the preliminary analysis of a small portion of the liquid hydrogen data.

The goal of the Q-weak experiment is to make a measurement of the proton's weak charge ($Q^p_W = 1-4\sin^2\theta_W$) to an accuracy of ~4%. This would represent a ~0.3% determination of the weak mixing angle ($\sin^2\theta_W$) at low energy. The measurement may be used for a precision test of the Standard Model (SM) prediction on the running of $\sin^2\theta_W$ with energy scale. The Q-weak experiment operates at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). The experiment determines the proton's weak charge by measuring the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at low momentum transfer $Q^2 = 0.026 (GeV/c)^2$ and forward angles (~8 degree). The anticipated size of the asymmetry, based on the SM, is about 230 parts per billion (ppb). With the proposed accuracy, the experiment may probe new physics beyond Standard Model at the TeV scale. This thesis focuses on my contributions to the experiment, including track reconstruction for momentum transfer determination of the scattering process, and the focal plane scanner, a detector I designed and built to measure the flux profile of scattered electrons on the focal plane of the Q-weak spectrometer to assist in the extrapolation of low beam current tracking results to high beam current. Preliminary results from the commissioning and the first run period of the Q-weak experiment are reported and discussed.

The Q-weak experiment at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (USA) will make a precision determination of the proton weak charge with approximately 4% combined statistical and systematic uncertainties via a measurement of the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at very low momentum transfer and forward angle. This will allow an extraction of the weak mixing angle at Q^2=0.026 (GeV/c)^2 to approximately 0.3%. The weak mixing angle is a fundamental parameter in the Standard Model of electroweak interactions. At the proposed accuracy, a measured deviation of this parameter from the predicted value would indicate new physics beyond what is currently described in the Standard Model. Without deviation from the predicted value, this measurement would place stringent limits on possible extensions to the Standard Model and constitute the most precise measurement of the proton's weak charge to date. The key experimental apparatus include a liquid hydrogen target, a toroidal magnetic spectrometer and a set of eight Cerenkov detectors. The Cerenkov detectors form the main detector system for the Q-weak experiment and are used to measure the parity violating asymmetry during the primary Q-weak production runs. The Cerenkov detectors form the main subject of this thesis. Following a brief introduction to the experiment, the design, development, construction, installation, and testing of this detector system will be discussed in detail. This is followed by a detailed discussion of detector diagnostic data analysis and the corresponding detector performance. The experiment has been successfully constructed and commissioned, and is currently taking data. The thesis will conclude with a discussion of the preliminary analysis of a small portion of the liquid hydrogen data.

The goal of the Q-weak experiment is to make a measurement of the proton's weak charge ($Q^p_W = 1-4\sin^2\theta_W$) to an accuracy of ~4%. This would represent a ~0.3% determination of the weak mixing angle ($\sin^2\theta_W$) at low energy. The measurement may be used for a precision test of the Standard Model (SM) prediction on the running of $\sin^2\theta_W$ with energy scale. The Q-weak experiment operates at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). The experiment determines the proton's weak charge by measuring the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at low momentum transfer $Q^2 = 0.026 (GeV/c)^2$ and forward angles (~8 degree). The anticipated size of the asymmetry, based on the SM, is about 230 parts per billion (ppb). With the proposed accuracy, the experiment may probe new physics beyond Standard Model at the TeV scale. This thesis focuses on my contributions to the experiment, including track reconstruction for momentum transfer determination of the scattering process, and the focal plane scanner, a detector I designed and built to measure the flux profile of scattered electrons on the focal plane of the Q-weak spectrometer to assist in the extrapolation of low beam current tracking results to high beam current. Preliminary results from the commissioning and the first run period of the Q-weak experiment are reported and discussed.

Le réseau d'imageurs Cherenkov atmosphériques HESS (High Energy Stereoscopic System) est présenté. La simulation des gerbes atmosphériques et de l'instrument est détaillée et comparée aux données obtenues pendant les six premiers mois de fonctionnement. Après la présentation des méthodes d'étalonnage et d'extraction du signal gamma, ces techniques sont appliquées aux données prises sur la nébuleuse du Crabe. On obtient un signal significatif permettant d'estimer un flux différentiel à 1 TeV en accord avec les résultats obtenus par d'autres expériences dans le même domaine en énergie. Ces résultats sont exploités pour estimer le potentiel de détection de HESS au signal gamma d'annihilation de neutralinos en provenance du centre galactique et de l'amas globulaire Omega du Centaure. Dans cette étude, une modélisation des halos de matière noire est confrontée aux observations astrophysiques.

Basée sur la reconversion de la centrale solaire THEMIS (Pyrénées Orientales françaises) en télescope pour l'astronomie gamma, CELESTE est la première expérience à explorer le spectre électromagnétique entre 10 GeV et 300 GeV et à relier ainsi le domaine des satellites à celui des imageurs au sol. Ce domaine d'énergie est particulièrement important pour les pulsars. En effet, aucun des six pulsars gamma haute énergie détectés par EGRET n'a été détecté au sol. Deux modèles théoriques visent à expliquer la cassure des spectres observée entre 1 et 100 GeV : calotte polaire et cavité externe. Ceux-ci diffèrent toutefois en plusieurs points et une détection dans ce domaine d'énergie permettrait d'éclaircir la situation. Cette thèse regroupe les premiers travaux dédiés à l'étude des pulsars avec CELESTE, et plus particulièrement deux candidats : le pulsar du Crabe et PSR B1951+32. La recherche d'un signal pulsé sous-entend une analyse quelque peu différente de celle développée pour les sources continues. Une première étape a donc consisté en l'adaptation à CELESTE de la procédure de datation spécifique. Dans une seconde étape, l'objectif de ce travail a été de développer une analyse spécifique préservant les basses énergies où est attendu un éventuel signal. Ainsi, en se basant sur les acquis des analyses précédentes et sur les caractéristiques des gerbes électromagnétiques et hadroniques en dessous de 50 GeV, des critères de réjection particuliers ont pu être établis et appliqués aux données. Les résultats résident essentiellement dans l'établissement de nouvelle limites supérieures sur l'énergie de coupure basse des deux pulsars observés. Bien qu'insuffisants pour contraindre les modèles théoriques, ceux-ci restent d'un intérêt certain pour la physique de ces objets ne serait ce que parce qu'ils constituent les premières mesures réalisées dans cette gamme d'énergie. Un excès a malgré tout été observé sur le Crabe mais avec une significativité insuffisante. Cette indication de modulation présentant les propriétés attendues, elle a été traduite en terme de flux dans l'hypothèse d'un signal pulsé, puis interprétée. Si de nouvelles observations venaient a confirmer cet excès, il s'agirait de la première détection autour de 30 GeV et le modèle Polar Cap se verrait alors sérieusement remis en cause.