Le sujet de cette thèse sont les amplitudes d'hélicités de la leptoproduction exclusive et diffractive du méson rho dans la limite de Regge perturbative et au-delà du twist dominant. La compréhension de pareils processus exclusifs en termes des constituants élémentaires de QCD est un important défi pour comprendre la structure des hadrons. On présente ici deux nouveaux modèles phénoménologiques basés sur la kT-factorisation des amplitudes d'hélicités en un facteur d'impact γ*(λ) → ρ(λ'), où λ et λ' dénotent les polarisations du photon virtuel et du méson rho, et le facteur d'impact du nucléon cible. Les facteurs d'impacts γ*(λ) → ρ(λ') sont calculés en utilisant la factorisation colinéaire pour séparer la partie molle du méson rho. Le premier modèle est obtenu en combinant les résultats respectivement de twist 2 et twist 3 des facteurs d'impacts où les deux polarisations sont longitudinales ou transverses, avec un modèle pour le facteur d'impact du nucléon et un modèle pour les distributions d'amplitudes du méson rho. Dans la seconde approche présentée dans cette thèse, on calcule ces facteurs d'impacts dans l'espace des paramètres d'impacts et on montre que l'amplitude de diffusion d'un dipôle de couleur avec le nucléon se factorise, permettant de combiner nos résultats avec un modèle de section efficace de dipôle. On obtient en très bon accord avec les données de H1 et ZEUS pour des virtualités plus grandes que quelques GeV. Nous discutons les résultats obtenus et les comparons à d'autres modèles existants.

Le sujet de cette thèse sont les amplitudes d'hélicités de la leptoproduction exclusive et diffractive du méson rho dans la limite de Regge perturbative et au-delà du twist dominant. La compréhension de pareils processus exclusifs en termes des constituants élémentaires de QCD est un important défi pour comprendre la structure des hadrons. On présente ici deux nouveaux modèles phénoménologiques basés sur la kT-factorisation des amplitudes d'hélicités en un facteur d'impact γ*(λ) → ρ(λ'), où λ et λ' dénotent les polarisations du photon virtuel et du méson rho, et le facteur d'impact du nucléon cible. Les facteurs d'impacts γ*(λ) → ρ(λ') sont calculés en utilisant la factorisation colinéaire pour séparer la partie molle du méson rho. Le premier modèle est obtenu en combinant les résultats respectivement de twist 2 et twist 3 des facteurs d'impacts où les deux polarisations sont longitudinales ou transverses, avec un modèle pour le facteur d'impact du nucléon et un modèle pour les distributions d'amplitudes du méson rho. Dans la seconde approche présentée dans cette thèse, on calcule ces facteurs d'impacts dans l'espace des paramètres d'impacts et on montre que l'amplitude de diffusion d'un dipôle de couleur avec le nucléon se factorise, permettant de combiner nos résultats avec un modèle de section efficace de dipôle. On obtient en très bon accord avec les données de H1 et ZEUS pour des virtualités plus grandes que quelques GeV. Nous discutons les résultats obtenus et les comparons à d'autres modèles existants. / This thesis deals with the computation of the helicity amplitudes of the exclusive diffractive rho meson leptoproduction in the perturbative Regge limit beyond the leading twist. The understanding of such exclusive processes in terms of the elementary constituents of QCD is a serious challenge to understand the hadronic structure. We present two new phenomenological models based on the kT-factorization of the helicity amplitudes in a γ*(λ) → ρ(λ') impact factor, where λ and λ' denote the polarizations of the virtual photon and the rho meson, and the nucleon target impact factor. The γ*(λ) → ρ(λ') impact factors are then computed using the collinear factorization of the rho meson soft part. The first model relies on the combination of the results respectively up to twist 2 and twist 3 for the impact factors where both polarizations are longitudinal or transverse, with a model for the nucleon impact factor and a model for the distribution amplitudes of the rho meson. In the second approach presented in this thesis, we derive these impact factors in impact parameter space and show that the color dipole scattering amplitude with the nucleon factorizes, allowing to use our results in combination with dipole cross-section models. We get a very good agreement with the data from H1 and ZEUS collaborations for virtualities higher than a few GeV. We discuss our results and compare them to other models.

Dans la limite des hautes énergies, la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte peut être compensée par l'apparition de grands logarithmes de l'énergie dans le centre de masse. Toutes ces contributions peuvent être du même ordre de grandeur et sont resommées par l'équation de Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL). De nombreux processus ont été proposés pour étudier cette dynamique. L'un des plus prometteurs, proposé par Mueller et Navelet, est l'étude de la production de deux jets vers l'avant séparés par un grand intervalle en rapidité dans les collisions de hadrons. Un calcul BFKL ne prenant en compte que les termes dominants (approximation des logarithmes dominants ou LL) prédit une augmentation rapide de la section efficace avec l'augmentation de l'intervalle en rapidité entre les jets ainsi qu'une faible corrélation angulaire. Cependant, des calculs basés sur cette approximation ne purent pas décrire correctement les mesures expérimentales de ces observables au Tevatron. Dans cette thèse, nous étudions ce processus à l'ordre des logarithmes sous-dominants, ou NLL, en prenant en compte les corrections NLL aux facteurs d'impact, qui décrivent la transition d'un hadron initial vers un jet, et à la fonction de Green, qui décrit le couplage entre les facteurs d'impact. Nous étudions l'importance de ces corrections NLL et trouvons qu'elles sont très importantes, ce qui conduit à des résultats très différents de ceux obtenus à l'ordre des logarithmes dominants. De plus, ces résultats dépendent fortement du choix des échelles présentes dans ce processus. Nous comparons nos résultats avec des données récentes de la collaboration CMS sur les corrélations angulaires des jets Mueller-Navelet au LHC et ne trouvons pas un bon accord. Nous montrons que cela peut être corrigé en utilisant la procédure de Brodsky-Lepage-Mackenzie pour fixer le choix de l'échelle de renormalisation. Cela conduit à des résultats plus stables et une très bonne description des données de CMS. Finalement, nous montrons que, à l'ordre des logarithmes sous-dominants, l'absence de conservation stricte de l'énergie-impulsion (qui est un effet négligé dans un calcul BFKL) devrait être un problème beaucoup moins important qu'à l'ordre des logarithmes dominants. / In the high energy limit of QCD, the smallness of the strong coupling due to the presence of a hard scale can be compensated by large logarithms of the center of mass energy. All these logarithmically-enhanced contributions can be resummed by the Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) equation. Many processes have been proposed to study these dynamics. Among the most promising ones is the production of two forward jets separated by a large interval of rapidity at hadron colliders, proposed by Mueller and Navelet. A BFKL calculation taking into account only dominant contributions (leading logarithmic, or LL, accuracy) predicts a strong rise of the cross section with increasing rapidity separation between the jets and a large decorrelation of their azimuthal angles. However, such LL calculations could not successfully describe measurements of these observables performed at the Tevatron. In this thesis, we study this process at next-to-leading logarithmic (NLL) accuracy, taking into account NLL corrections both to the impact factors, which describe the transition from an incoming hadron to a jet, and to the Green's function, which describes the coupling between the impact factors. We investigate the magnitude of these NLL corrections and find that they are very large, leading to very different results compared with a LL calculation. In addition, we find that these results are very dependent on the choice of the scales involved in the process. We compare our results with recent data from the CMS collaboration on the azimuthal correlations of Mueller-Navelet jets at the LHC and find a rather poor agreement. We show that this can be cured by using the Brodsky-Lepage-Mackenzie procedure to fix the renormalization scale. This leads to more stable results and a very good description of CMS data. Finally, we show that at NLL accuracy the absence of strict energy-momentum conservation (which is a subleading effect in a BFKL calculation) should be a much less severe issue than at LL accuracy.

Dans la limite des hautes énergies, la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte peut être compensée par l'apparition de grands logarithmes de l'énergie dans le centre de masse. Toutes ces contributions peuvent être du même ordre de grandeur et sont resommées par l'équation de Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL). De nombreux processus ont été proposés pour étudier cette dynamique. L'un des plus prometteurs, proposé par Mueller et Navelet, est l'étude de la production de deux jets vers l'avant séparés par un grand intervalle en rapidité dans les collisions de hadrons. Un calcul BFKL ne prenant en compte que les termes dominants (approximation des logarithmes dominants ou LL) prédit une augmentation rapide de la section efficace avec l'augmentation de l'intervalle en rapidité entre les jets ainsi qu'une faible corrélation angulaire. Cependant, des calculs basés sur cette approximation ne purent pas décrire correctement les mesures expérimentales de ces observables au Tevatron. Dans cette thèse, nous étudions ce processus à l'ordre des logarithmes sous-dominants, ou NLL, en prenant en compte les corrections NLL aux facteurs d'impact, qui décrivent la transition d'un hadron initial vers un jet, et à la fonction de Green, qui décrit le couplage entre les facteurs d'impact. Nous étudions l'importance de ces corrections NLL et trouvons qu'elles sont très importantes, ce qui conduit à des résultats très différents de ceux obtenus à l'ordre des logarithmes dominants. De plus, ces résultats dépendent fortement du choix des échelles présentes dans ce processus. Nous comparons nos résultats avec des données récentes de la collaboration CMS sur les corrélations angulaires des jets Mueller-Navelet au LHC et ne trouvons pas un bon accord. Nous montrons que cela peut être corrigé en utilisant la procédure de Brodsky-Lepage-Mackenzie pour fixer le choix de l'échelle de renormalisation. Cela conduit à des résultats plus stables et une très bonne description des données de CMS. Finalement, nous montrons que, à l'ordre des logarithmes sous-dominants, l'absence de conservation stricte de l'énergie-impulsion (qui est un effet négligé dans un calcul BFKL) devrait être un problème beaucoup moins important qu'à l'ordre des logarithmes dominants.

Aux énergies assez hautes, les processus de QCD peuvent être factorisés en une partie dure, qui peut être calculée en utilisant les méthodes perturbatives des diagrammes de Feynman grâce à la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte, et une partie non-perturbative qui doit être extraite de données expérimentales, modélisées ou calculées avec d'autres méthodes comme par exemple la QCD sur réseau. Cependant la petite valeur de la constante de couplage dans la partie perturbative peut être compensée par des grands logarithmes émergeant de l'annulation de divergences molles ou colinéaires, ou de la présence d'échelles cinématiques multiples. De telles contributions doivent être resommées, ce qui mène à l'équation d'évolution DGLAP aux énergies modérées et aux équations BFKL et B-JIMWLK dans la limite des hautes énergies. Pour les énergies les plus grandes des effets de recombinaison de gluons amènent à la saturation, qui peut être décrite par le formalisme du CGC ou des ondes de choc. Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier certains processus exclusifs en QCD perturbative afin d'obtenir une meilleure description de la factorisation et des effets de resommation et de saturation. Dans un premier temps nous faisons le premier calcul d'une quantité exclusive au premier ordre sous-dominant (NLO) dans le contexte du formalisme des ondes de choc de QCD. Nous calculons l'amplitude NLO pour la production diffractive ouverte d'une paire quark-antiquark, puis nous parvenons à construire une section efficace finie à l'aide de cette amplitude en étudiant la production diffractive exclusive de deux jets vers l'avant. Des analyses précises phénoménologiques et expérimentales de ce processus devraient améliorer notre compréhension de la resommation à haute énergie grâce à la présence d'un Pomeron échangé en diffraction, ce qui est naturellement décrit par la resommation de logarithmes découlant de la divergence molle de la QCD à haute énergie. Notre résultat reste valable quand l'énergie au centre de masse devient proche de l'échelle de saturation ou lorsque la diffraction a lieu sur une cible dense donc il peut être utilisé pour l'étude des effets de saturation. Dans un deuxième temps, nous montrons que l'étude expérimentale de la photoproduction d'un méson léger et d'un photon à énergies modérées devrait constituer un bon moyen d'appréhender les Distributions de Parton Généralisées (GPDs), l'une des généralisations des blocs non perturbatifs en factorisation collinéaire. En principe une telle étude donnerait accès à la fois aux GPDs conservant l'hélicité ou la renversant. Nous donnons des prédictions numériques pour ce processus à JLAB@12GeV. / At high enough energies, QCD processes can be factorized into a hard part, which can be computed by using the smallness of the strong coupling to apply the perturbative Feynman diagram method, and a non-perturbative part which has to be fitted to experimental data, modeled or computed using other tools like for example lattice QCD. However the smallness of the strong coupling in the perturbative part can be compensated by large logarithms which arise from the cancellation of soft or collinear divergences, or by the presence of multiple kinematic scales. Such logarithmically-enhanced contributions must be resummed, leading to the DGLAP evolution at moderate energies and to the BFKL or B-JIMWLK equation in the high energy limit. For the largest energies gluon recombination effects lead to saturation, which can be described in the color glass condensate (CGC) or shockwave formalism. In this thesis, we propose to study several exclusive perturbative QCD processes in order to get a better understanding of factorization, resummation and saturation effects. In the first part we perform the first computation of an exclusive quantity at Next-to-Leading-Order (NLO) accuracy using the QCD shockwave formalism. We calculate the NLO amplitude for the diffractive production of an open quark-antiquark pair, then we manage to construct a finite cross section using this amplitude by studying the exclusive diffractive production of a dijet. Precise phenomenological and experimental analysis of this process should give a great insight on high energy resummation due to the exchange of a Pomeron in diffraction, which is naturally described by the resummation of logarithms emerging from the soft divergences of high energy QCD. Our result holds as the center of mass energy grows towards the saturation scale or for diffraction off a dense target so one could use it to study saturation effects. In the second part we show how the experimental study of the photoproduction of a light meson and a photon at moderate energy should be a good probe for Generalized Parton Distributions (GPDs), one of the generalizations of the non-perturbative building blocks in collinear factorization. In principle such a study would give access to both helicity-conserving and helicity-flip GPDs. We give numerical predictions for this process at JLAB@12GeV.

Le travail effectué dans cette thèse présente diverses études théoriques et phénoménologiques du processus de production exclusive de mésons vecteurs rho neutres polarisés longitudinalement dans les collisions entre photons virtuels, dans le cadre de la chromodynamique quantique (QCD). La virtualité des photons permet de situer notre approche dans le secteur perturbatif de la théorie. Les régimes cinématiques envisagés mènent à l'utilisation d'outils théoriques variés qui font apparaître différentes propriétés de factorisation de l'amplitude de diffusion: deux types de factorisation colinéaire (à courte distance) pour ce processus sont discutés au chapitre 1, faisant apparaître –suivant la polarisation des photons virtuels et le régime cinématique considéré- des Amplitudes de Distribution Généralisées (GDA) ou des Amplitudes de Distribution de Transition (TDA), outils communément utilisés dans la description des processus exclusifs. Nous introduisons dans le Chapitre 2 de manière autocohérente les bases du formalisme BFKL valide dans la limite à haute énergie (limite de Regge) de QCD, en vue de son utilisation phénoménologique détaillée dans le Chapitre 3: l'amplitude de diffusion du processus est décrite dans ce formalisme en exploitant la factorisation dans l'espace bidimensionnel des impulsions transverses, ou kT-factorisation. Nous prédisons la valeur de la section efficace du processus à l'ordre de Born de la resommation BFKL et nous discutons de son observation possible auprès du futur collisionneur linéaire international (ILC). Nous obtenons également les sections efficaces différentielles du processus sans transfert d'impulsion avec resommation BFKL complète à l'ordre des logarithmes dominants (Leading-Order) ainsi qu'à l'ordre suivant (Next-to-Leading-Order) afin d'établir un test fin du processus d'échange d'un Poméron dur décrit par le formalisme BFKL, observable au futur collisionneur linéaire ILC.