Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les détecteurs infrarouge à puits quantiques photovoltaïques sont des capteurs intéressants pour des applications où les flux de photons à détecter sont faibles, car ils permettent de s'affranchir du courant d'obscurité. Le premier chapitre de cette thèse présente l'évolution des ces détecteurs au travers d'un comparatif des caractéristiques, permettant de comprendre pourquoi le détecteur à cascade quantique (QCD) est un dispositif intéressant pour la détection infrarouge. Le second chapitre propose un modèle de transport électronique valable proche de l'équilibre thermodynamique, dans lequel nous considérons que seules les interactions électrons/phonons peuvent transférer les électrons d'une sous-bande d'énergie vers une autre. L'introduction de quasi-niveaux de Fermi, associés à chaque période du dispositif permet de donner une approche globale plus simple de ces transferts. On montre ainsi que la densité de courant, qui se déduit de manière générale en comptabilisant les échanges électroniques entre les sous-bandes, est analogue à celle d'une diode Schottky, permettant de donner une expression simple de la résistivité, qui est alors interprétée comme une relation d'Einstein. Le modèle est ensuite confronté aux résultats expérimentaux. Enfin, un dernier chapitre présente un échantillon QCD détectant à 5.7 µm, qui est dans un premier temps caractérisé optiquement et électriquement. Le modèle précédent lui est appliqué afin donner une première approche de l'influence des différents paramètres. Cette comparaison permet de mettre en évidence quelques limites liées aux hypothèses simplificatrices du modèle.

Le LHC est un accélérateur de hadrons conçu essentiellement pour la découverte du boson de Higgs supposé être à l'origine de la masse des particules élémentaires. Ce boson est cependant le maillon manquant au Modèle Standard. Au LHC, les protons seront produits avec une énergie de 7 TeV chacun et la luminosité totale atteindra 10^34 cm-2 s-1. CMS est l'une des quatre grandes expériences actuellement en construction autour du LHC. Sa partie centrale sera constituée de senseurs au silicium à micro-pistes. Ces détecteurs au silicium sont, à présent, les plus précis pour la reconstruction des trajectoires des particules chargées. Néanmoins, les conditions de fonctionnement du LHC créent un environnement très hostile qui pourrait affecter à long terme les performances du silicium ainsi que l'électronique qui lui est associée. De ce fait, il devient judicieux de contrôler les effets des radiations et de s'assurer du bon fonctionnement de ces détecteurs pour toute la durée de leur opération. Cette thèse s'inscrit dans le cadre des tests de résistance aux radiations des senseurs à micro-pistes de CMS. Une présentation générale de CMS, des senseurs au silicium à micro-pistes ainsi que des effets des dégâts radiatifs sur ces derniers sera donnée en premier lieu. Cette présentation sera suivie d'un descriptif des dispositifs d'irradiation et de caractérisation électrique développés spécialement pour tester ces senseurs. Enfin, les résultats obtenus seront présentés et discutés.

Un cross-over entre la matière nucléaire ordinaire et le plasma de quarks et gluons (PQG) est prédit par la QCD sur réseau à bas PB et haute température. Expérimentalement les collisions d'ions lourds ultrarelativistes sont utilisées pour étudier cet état dense et chaud. Produits lors d'un processus dur en début de collision, un parton de grande énergie en perd dans le milieu avant de fragmenter en une gerbe de hadrons appelée jet. Une étude de la modification de la structure et de la fragmentation du jet dans le milieu par rapport au vide permet d'améliorer notre connaissance du PQG. Les fonctions de fragmentation (FF) d'un jet décrivent les distributions en impulsion des hadrons dans ce dernier. Dans les collisions proton-proton (pp), leur mesure est importante pour comprendre les mécanismes de fragmentation de partons. Dans les collisions noyau-noyau, elle permet d'étudier les mécanismes de perte d'énergie. Cependant, la présence d'un important bruit de fond qui fluctue rend la mesure complexe. Il a alors été suggéré de mesurer les moments des FF qui y seraient moins sensibles. Le détecteur ALICE au LHC a des capacités de trajectométrie uniques permettant la mesure des particules chargées jusqu'à des impulsions de 150 MeV/c rendant possible une étude fine de la structure du jet et de ses FF. Les calorimètres électromagnétiques (EMCal et DCal) peuvent aussi être utilisés pour améliorer la mesure de l'énergie du jet. Nous présentons les mesures des FF des jets chargés et les premières études des moments des FF dans les collisions pp à .s=2.76 TeV dans ALICE. Une partie du travail est aussi dédiée à l'implémentation de la géométrie de DCal dans le logiciel d'analyse. / A cross-over between ordinary nuclear matter and a state of deconfined quarks and gluons, the Quark Gluon Plasma (QGP), is predicted by lattice QCD at low PB and high temperature. Experimentally, ultra-relativistic heavy ion collisions are used to produce and to study the hot and dense QGP medium. Produced in a hard scattering at the early stage of the collision a highly energetic parton is expected to lose energy in the medium before fragmenting into a spray of hadrons called jet. A study of the modification of the jet structure and of its fragmentation pattern in medium compared to the vacuum case should provide insights into the QGP properties. The jet fragmentation functions (FF) describe the momentum distribution of hadrons inside a jet. In proton-proton (pp) collisions their measurement is important for understanding the mechanisms of parton fragmentation while it can shed light on the energy loss mechanisms in nucleus-nucleus (AA) collisions. However, the presence of a large fluctuating background in AA makes the measurement a challenging task. The use of FF moments has been proposed to overcome this difficulty. The ALICE detector at the LHC has unique tracking capabilities enabling to measure charged particles down to transverse momenta of 150 MeV/c. This allows assessing possible modifications of the jet structure and FF. The electromagnetic calorimeters (EMCal and DCal) can also be used to improve the measurement of the jet energy. We present the measurements of charged-jet FF and the first studies of FF moments in pp collisions at .s=2.76 TeV in ALICE. Part of the work is also dedicated to the implementation of the DCal geometry in the ALICE offline software.

Le sujet de cette thèse est la recherche de signaux de physique au-delà du modèle standard,dans le canal de désintégration en deux photons, dans les collisions proton-proton enregistrées par le détecteur ATLAS à des énergies dans le centre de masse de √s = 8 TeV en 2012 et√s = 13 TeV en 2015 et 2016.Une étude de faisabilité de la recherche d’un boson pseudo-scalaire A se désintégrant en un boson Z et un boson de Higgs d’une masse de 125 GeV est présentée. Cette étude est effectuée dans le contexte de modèles prédisant deux doublets de Higgs. L’état final recherché est constitué de deux jets hadroniques et deux photons et les données utilisées sont celles enregistrées en 2012 `a √s = 8 TeV, correspondant `a une luminosité intégrée de 20.3 fb−1. La sensibilité attendue est comparable `a celle atteinte avec une autre recherche effectuée dans la collaboration ATLAS, basée sur l’état final constitué d’une paire d’électrons ou muons et d’une paire de leptons τ . En revanche, elle est inférieure à celle des études dans lesquelles le Higgs est recherché dans sa désintégration en une paire de quarks beaux.La recherche de nouvelles résonances de haute masse se désintégrant en deux photons dans les collisions `a 13 TeV est également présentée. Les échantillons analysés correspondent à des luminosités intégrées de 3.2 fb−1 en 2015 et 12.2 fb−1 en 2016. Deux études sont développées :l’une est optimisée pour la recherche, aussi générale que possible, d’une particule de spin 0; la seconde cible une particule de spin 2 telle que le graviton prédit par le modèle de Randall-Sundrum. Une attention particulière est portée `a la compréhension et la paramétrisation de la forme de la résonance dans l’hypothèse où celle-ci aurait une largeur naturelle non négligeable.L’analyse des données enregistrées en 2015 conclut `a l’observation d’un léger excès autour d’une masse de 750 GeV, d’une largeur d’environ 45 GeV, et dont la significativité statistique locale est estimée à 3,9 et 3,8 écarts standard selon le spin de la résonance recherchée. La significativité globale est estimée à 2,1 écarts standard. L’analyse des données enregistrées en 2016 ne mène à l’observation d’aucun excès significatif. Des limites sur le produit de la section efficace de production d’une résonance par le taux de désintégration en deux photons sont établies : pour une résonance de spin nul, elles vont de 12 fb (51 fb) `a une masse de 200 GeV `a 0,2 fb (0,3 fb)`a 2400 GeV, dans l’hypothèse d’une largeur naturelle de 4 MeV (10% de la masse). Une étude de la reconnaissance des photons se convertissant en une paire électron-positon avant d’interagir avec les calorimètres, basée sur la forme de la gerbe électromagnétique détectée est également documentée. Cette étude a deux objectifs : d’une part, améliorer l’identification des photons convertis dans le contexte de taux d’empilement élevés ; d’autre part, fournir une méthode d’identification basée sur des informations indépendantes (calorimétriques) de celles utilisées par la méthode standard (trajectoires des particules chargées) afin d’évaluer les performances de cette dernière. / This thesis reports on the search for new physics in the diphoton decay channel with the protonprotoncollision data collected by ATLAS at a centre-of-mass energy of √s = 8 TeV in 2012and √s = 13 TeV in 2015 and 2016.A feasibility study of the search for a pseudoscalar A decaying to a Z boson and a 125 GeVHiggs boson in the context of an extended Higgs sector, namedly the two-Higgs-doublet models,is presented. The search is performed with a final state of two jets and two photons using20.3 fb−1 of data at √s = 8 TeV. The expected sensitivity is found to be competitive with theanalysis with a final state of two electrons or muons and two τ leptons, but less sensitive to theother searches with the Higgs decaying to a pair of b-quarks.Search for high mass resonances decaying to two photons at √s = 13 TeV is also presented.The analysed dataset corresponds to an integrated luminosity of 3.2 fb−1 in 2015 and 12.2 fb−1in 2016. Two searches are performed: one optimised for a generic spin-0 particle, and theother for a spin-2 particle using Randall-Sundrum graviton model as benchmark. Particularattention is paid to the understanding and the parameterisation of the line shape of a largewidthresonance. In the search using the collision data recorded in 2015, a moderate excess wasobserved at a diphoton invariant mass around 750 GeV with a best-fit width of around 45 GeV,corresponding to a local significances of 3.8-3.9 standard deviations, depending on the spin ofthe resonance being searched for. The global significances are estimated to be 2.1 standarddeviations. The search is updated with 2016 data and no significant excess is observed. Limitson the production cross-section times branching ratio to two photons for the two resonancetypes are reported: for a spin-0 resonance, the fiducial cross-section ranges from 12 fb (51 fb) at200 GeV to 0.2 fb (0.3 fb) at 2400 GeV, with the narrow (10% of the mass) width hypothesis.A part of this document is also devoted to the study of photons that convert into electronpositronpairs before entering the calorimeter using their electromagnetic shower information.The conversion study has two objectives: improving the identification of photon conversion athigh pile-up rate and providing an orthogonal classification method to assess the performanceof the standard track-based algorithm.

Les progrès en microtechnologie durant la dernière décennie ont abouti à la réalisation de plans focaux infrarouge (PFIR) de grand format, intégrant une importante densité de détecteurs (ou pixels) au centimètre carré. La caractérisation de ces composants sophistiqués devient alors un véritable défi, en particulier la mesure de la réponse spatiale des détecteurs, décrite par la fonction de transfert de modulation (FTM). Cette mesure nécessite la projection de mires parfaitement connues qui couvrent toute la surface du PFIR et contiennent des détails sub-pixels. Depuis plusieurs années, une technique originale de mesure de FTM est à l'étude à l'ONERA. L'idée initiale était d'utiliser la propriété d'auto-imagerie d'un réseau en transmission éclairé par une onde plane quasi-monochromatique, appelée effet Talbot. Un premier banc de test a été développé et a permis d'effectuer des mesures sur des PFIR fonctionnant dans la bande [1-2,5 µm] et [3-5µm]. Pour le test des composants fonctionnant dans la bande des hautes longueurs d'onde (8-12 µm), la technique se heurte à des limitations physiques (appelées effets non-paraxiaux) et des solutions alternatives ont été proposées, basées sur une classe particulière de faisceaux auto-imageants, appelés les tableaux nondiffractants. L'objet de la thèse est d'étudier de manière quantitative et rigoureuse ces effets non-paraxiaux et de développer les solutions proposées précédemment. En particulier, des techniques originales permettant de générer des tableaux nondiffractants haute-résolution (c'est-à-dire contenant des motifs de taille proche de la longueur d'onde) sont étudiées théoriquement et expérimentalement. Ces techniques exploitent l'éclairage panchromatique du réseau ainsi qu'un nouveau type de réseaux auto-imageants appelés réseaux continûment auto-imageants. Enfin, on montre que pour les mesures de FTM à différentes longueurs d'onde, une somme incohérente d'auto-images monochromatiques enregistrées à différentes distances permet de construire des motifs analogues à ceux obtenus avec un éclairage panchromatique.

Les domaines d'application de la détection infrarouge sont tellement nombreux (militaire, médical, astronomie, environnement) et spécifiques qu'un seul type de détecteur infrarouge ne peut pas répondre à l'ensemble des besoins. De nombreuses filières coexistent à ce jour. Or, les fonctions de mérite classiques ne sont pas suffisantes pour comparer les performances de détecteurs de filières différentes pour une application spécifique. Dans le cadre de cette étude, réalisée sur des détecteurs quantiques infrarouges de hautes performances tels que les détecteurs à multipuits quantiques (MPQ) et les détecteurs quantiques HgCdTe, nous nous sommes intéressés à deux nouvelles fonctions de mérite : la réponse spectrale dite « hors bande » et la réponse angulaire. La premièr! e consiste à étudier la réponse spectrale d'un détecteur loin de la gamme de longueur d'onde pour laquelle il a été optimisé, grâce à une très grande dynamique de mesure. La deuxième fonction de mérite traduit la variation de la réponse du détecteur en fonction de l'angle d'incidence du flux lumineux. La mise en place de ces caractérisations électro-optiques a nécessité le développement de bancs de test innovants. Parmi les résultats obtenus lors du travail sur la réponse angulaire, citons le fait que la forme de la réponse angulaire est indépendante de la profondeur de gravure du réseau d'un détecteur MPQ ou encore que la réponse d'un détecteur HgCdTe est quasi-plate sur une large plage angulaire. L'étude de la réponse spectrale a, quant à elle, permis de mettre en évidence des phénomènes physiques jamais observés jusque là sur un spectre de photocourant d'un détecteur MPQ. Ce travail montre l'importance de la compréhension des phénomènes physiques au sein des pixels. Les mesures associées à une modélisation fine des phénomènes physiques aboutissent ainsi à une étude complète des performances ultimes des détecteurs quantiques infrarouges.

L'un des détecteurs d'incendie les plus efficaces est le détecteur ionique de fumée. Cependant les détecteurs ioniques actuels fonctionnent grâce à une source radioactive dont l'utilisation n'est désormais plus permise. Ce mémoire présente l'étude de nouveaux détecteurs ioniques utilisant une autre source d'ions qu'une source radioactive. Trois types de détecteur ionique de fumée sont présentés. Le premier est basé sur l'effet photoélectrique et les deuxième et troisième sur le phénomène de décharge Corona. Le détecteur photoélectrique présente l'inconvénient de sa consommation qui n'est pas compatible avec une application de détecteur de fumée. En revanche les détecteurs basés sur le phénomène de décharge Corona ont donné de très bons résultats. Deux prototypes de détecteur ionique de fumée basés sur le phénomène de décharge Corona ont été réalisés. Pour le premier prototype, les charges produites par effet Corona sont ralenties dans une chambre de dérive pour mieux interagir avec la fumée. Le courant produit par ces charges est fortement diminué en présence de fumée ce qui permet la détection. Pour le second prototype, on utilise la diminution du seuil de déclenchement de l'effet Corona dans l'air en présence de fumée. Sous une tension intermédiaire, le courant de décharge est presque nul en l'absence de fumée. Dès que la fumée entre dans le détecteur, ce courant augmente fortement ce qui permet la détection. Ces détecteurs ioniques sont très performants tant du point de vue de leur sensibilité que de leur stabilité à un environnement difficile. Par ailleurs leur consommation d'énergie reste d'un niveau très faible compatible avec les applications de détection d'incendie.

La recherche du Boson de Higgs du modèle standard produit en association avec un boson Z dans le canal ZH → e+e- bbˉ a été présentée. Cette étude a été réalisée avec 4.2 fb-1 de données collectées avec le détecteur DØ auprès du Tevatron. Aucun excès de donnée n'a été observé. Une limite sur la section efficace de production du processus ZH → e+e- bbˉ a été établie à 95% CL. / A search for a standard model Higgs boson in the ZH → e+e- bbˉ channel is presented using 4.2 fb-1 of data the DØ detector at the Tevatron. No excess of data have been found. A 95% CL limit on the ZH → e+e- bbˉ cross section production have been set.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.