L’apparition de la segmentation électrique des détecteurs au GeHP et de l’électronique numérique a ouvert la voie à des applications prometteuses, telles que le tracking γ, l’imagerie γ ou la mesure bas bruit de fond, pour lesquelles une connaissance fine de la réponse du détecteur est un atout. L’IPHC a développé une table de scan utilisant un faisceau collimaté, qui sonde la réponse d’un détecteur dans tout son volume en fonction de la localisation de l’interaction. Elle est conçue pour utiliser une technique innovante de scan 3D, le Pulse Shape Comparison Scan, qui a été d’abord simulée afin de démontrer son efficacité. Un détecteur AGATA a été scanné de manière approfondie. Des scan 2D classiques ont permis, entre autres, de mettre en évidence des effets locaux de modification de la collection des charges, liés à la segmentation. Pour la première fois, une base de données 3D, complète, de formes d’impulsions fonction de la position d’interaction a été établie. Elle permettra notamment d’améliorer les performances du spectromètre AGATA. / Recent developments of electrical segmentation of HPGe detectors, coupled with digital electronics have led to promising applications such as γ-ray tracking, γ-ray imaging or low-background measurements which will benefit from a fine knowledge of the detector response. The IPHC has developed a new scanning table which uses a collimated γ-ray beam to investigate the detector response as a function of the location of the γ-ray interaction. It is designed to use the Pulse Shape Comparison Scan technique, which has been simulated in order to prove its efficiency. An AGATA detector has been thoroughly scanned. 2D classical scans brought out, for example, local charge collection modification effects such as charge sharing, due to the segmentation. For the first time, a 3D, complete pulse-shape database has been established. It will especially allow to improve the overall AGATA array performances.

Dans ce travail de thèse est présentée l’analyse des électroproductions exclusives des mésons f ₀ (980) et f₂(1270) sur le proton. Les données ont été acquises pendant l’expérience e1-6 (2001-2002) avec le détecteur CLAS du Jefferson Lab aux États-Unis, en utilisant un faisceau de 5.754 GeV et une cible de dihydrogène. Nous avons mesuré pour la première fois au monde les sections efficaces réduites différentielles de ces deux processus, dans le domaine cinématique 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 et 0.15< xB < 0.55. Nous proposons une interprétation de nos résultats sur une approche basée sur des degrés de liberté hadronique et la théorie de Regge. Une analyse des données en termes d’amplitudes d’ondes partielles et en terme de moments des distributions angulaires a également été tentée. Enfin, nous avons effectué la calibration des photomultiplicateurs du détecteur central de neutron (CND) pour le détecteur CLAS12. Le CND a été optimisé pour l’étude du processus n-DVCS (Diffusion Compton Profondément Virtuelle du neutron). / We present in this report our results for the exclusive electroproductions of f₀(980) and f₂(1270) off the proton. The data were taken during the e1-6 experiment (2001-2002) with the CLAS detector of Jefferson Laboratory, using a 5.754 GeV beam and a liquid hydrogen target. We have measured for the first time the reduced differential cross sections for these two processes, in the kinematical region 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 and 0.15< xB < 0.55. We propose an interpretation of our results according to a Regge-based model. An alternative analysis of the data in terms of partial waves amplitudes as well as in terms of moments of the decay angular distributions has also been attempted. Finally, we have performed the calibration of the photomultipliers of the Central Neutron Detector (CND), to be installed in the CLAS12 detector. The CND has been optimized for the study of the n-DVCS process (Deeply Virtual Compton Scattering off the neutron).

Dans les systèmes de positionnement de véhicules, à tout moment, n'importe lequel des détecteurs peut, temporairement ou de manière permanente, tomber en panne ou cesser d'envoyer des informations. Il s'ensuit alors des répercussions sur la sécurité, la santé, ainsi que des informations financières ou même légales. Bien que les nouvelles pratiques de conception aient tendance à réduire au minimum les défaillances des détecteurs, il est reconnu que de tels évènements peuvent quand même souvenir. Dans un tel cas, le détecteur défectueux doit être identifié et isolé afin d'éviter de corrompre les évaluations globales et, finalement, le système doit être capable de se reconfigurer afin de surmonter le carence causée par la défaillance. En bref, un système de navigation doit être robuste et adaptatif. Cette thèse propose plusieurs architectures de fusion de données capables de s'adapter suite à des défaillances de détecteurs. Les diverses approches utilisent un filtre Kalman en combinaison avec la détection de défauts pour produire des modules de positionnement robuste. Les modules devront être capables de fonctionner dans des situations telles que l'entrée GPS est corrompue ou non disponible, ou bien qu'un plusieurs détecteurs de position sont défectueux ou bloqués. Le principe de travail vise la modification des gains du filtre Kalman en se basant sur les erreurs normalisées entre les états estimés et les observations. Pour évaluer l'architecture proposée, divers défauts de détecteurs et diverses dégradations de performance ont été mis en oeuvre et simulés. Les expériences démontrent que les solutions proposées peuvent compenser la plupart des erreurs associées aux défauts des détecteurs ou aux dégradations de performance, et que l'exactitude de positionnement qui en découle est améliorée significativement.

De nouveaux radiotraceurs sont continuellement développés pour améliorer l'efficacité diagnostique en imagerie moléculaire, principalement en tomographie d'émission par positrons (TEP) et en tomographie d'émission monophotonique (TEM) dans les domaines de l'oncologie, de la cardiologie et de la neurologie. Avant de pouvoir être utilisés chez les humains, ces radiotraceurs doivent être caractérisés chez les petits animaux, principalement les rats et les souris. Pour cela, de nombreux échantillons sanguins doivent être prélevés et analysés (mesure de radioactivité, séparation de plasma, séparation d'espèces chimiques), ce qui représente un défi majeur chez les rongeurs à cause de leur très faible volume sanguin (-1,4 ml pour une souris). Des solutions fournissant une analyse partielle sont présentées dans la littérature, mais aucune ne permet d'effectuer toutes les opérations dans un même système. Les présents travaux de recherche s'insèrent dans le contexte global d'un projet visant à développer un système microfluidique d'analyse sanguine complète en temps réel pour la caractérisation des nouveaux radiotraceurs TEP et TEM. Un cahier des charges a tout d'abord été établi et a permis de fixer des critères quantitatifs et qualitatifs à respecter pour chacune des fonctions de la puce. La fonction de détection microfluidique a ensuite été développée. Un état de l'art des travaux ayant déjà combiné la microfluidique et la détection de radioactivité a permis de souligner qu'aucune solution existante ne répondait aux critères du projet. Parmi les différentes technologies disponibles, des microcanaux en résine KMPR fabriqués sur des détecteurs semiconducteurs de type p-i-n ont été identifiés comme une solution technologique pour le projet. Des détecteurs p-i-n ont ensuite été fabriqués en utilisant un procédé standard. Les performances encourageantes obtenues ont mené à initier un projet de maîtrise pour leur optimisation. En parallèle, les travaux ont été poursuivis avec des détecteurs du commerce sous forme de gaufres non découpées. Un premier dispositif intégrant des canaux en KMPR sur ces gaufres a permis de valider le concept démontrant le grand potentiel de ces choix technologiques et incitant à poursuivre les développements dans cette voie, notamment en envisageant des expériences animales. L'utilisation prolongée des canaux avec du sang non dilué est cependant particulièrement exigeante pour les matériaux artificiels. Une passivation à l'albumine a permis d'augmenter considérablement la compatibilité sanguine de la résine KMPR. Le concept initial, incluant la passivation des canaux, a ensuite été optimisé et intégré dans un système de mesure complet avec toute l'électronique et l'informatique de contrôle. Le système final a été validé chez le petit animal avec un radiotraceur connu. Ces travaux ont donné lieu à la première démonstration d'un détecteur microfluidique de haute efficacité pour la TEP et la TEM. Cette première brique d'un projet plus global est déjà un outil innovant en soi qui permettra d'augmenter l'efficacité du développement d'outils diagnostiques plus spécifiques principalement pour l'oncologie, la cardiologie et la neurologie.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans les systèmes de radiocommunications à hauts débits, les canaux de propagationsont dispersifs dans le temps à cause de la présence de la propagation par trajetsmultiples (multipath). Cette dispersion temporelle engendre de l’interférence entresymboles (IES) qui dégrade les performances du système en réception. Pour luttercontre l’IES, un égaliseur doit être utilisé en réception. Afin de retrouver les symbolesémis à partir des échantillons reçus, l’égaliseur doit disposer d’une bonne estimationdu canal. Cette estimation est en général effectuée en utilisant une séquence d’apprentissageconnue par le récepteur. Augmenter la longueur de la séquence d’apprentissageaméliore la qualité de l’estimation du canal mais diminue le débit utile de transmission.Une question qui se pose concerne la longueur de la séquence d’apprentissage àchoisir afin d’avoir une bonne estimation du canal sans diminuer significativement ledébit utile de transmission. Une solution basée sur la maximisation d’uneborne inférieure de la capacité du canal a été proposée pour une transmission sur uncanal mono-antenne (SISO : Single-Input Single-Output) sélectif en fréquence [56]et une transmission sur un canal multi-antennes (MIMO : Multiple-Input Multiple-Output) non sélectif en fréquence. Dans [10], Buzzi et al. considèrent une transmissionsur un canal MIMO non sélectif en fréquence et proposent de détecter les données etd’estimer le canal de manière itérative. Leur solution consiste à optimiser la longueurde la séquence d’apprentissage en minimisant le rapport de l’Erreur QuadratiqueMoyenne (EQM) de l’estimation du canal sur le débit utile. Toutes ces études nespécifient pas le récepteur utilisé.Dans cette thèse, nous nous intéressons à la détection selon le critère Maximum APosteriori (MAP) et nous proposons d’optimiser la séquence d’apprentissage selondes critères que nous définirons. Nous considérons le cas d’une transmission sur uncanal SISO sélectif en fréquence et le cas d’une transmission sur un canal MIMOnon sélectif en fréquence. Notons que dans le cas de la transmission sur un canalMIMO non sélectif en fréquence, une égalisation spatiale est nécessaire pour séparerles trains de données émis par les différentes antennes émettrices. Nous commençonspar considérer le cas où un récepteur non itératif composé d’un estimateur du canalet d’un détecteur MAP est utilisé. L’estimation du canal est réalisée selon le critèredes moindres carrés en utilisant uniquement une séquence d’apprentissage. Puis, nousconsidérons le cas où le récepteur est itératif et est composé d’un détecteur MAP etd’un décodeur MAP. Afin d’améliorer les performances du récepteur, le détecteur etle décodeur échangent des informations extrinsèques à chaque itération. Ces informationsseront utilisées comme des informations a priori à l’itération suivante. Dans cecas, l’estimation du canal est améliorée itérativement en utilisant les décisions duressur les bits codés à la sortie du décodeur. Cette technique est appelée estimationbootstrap du canal. Nous calculons analytiquement un Rapport Signal à Bruit (RSB)utile de transmission qui tient compte de la perte en termes de débit utile due à l’utilisationde la séquence d’apprentissage. Nous considérons le problème de l’optimisationde la séquence d’apprentissage afin de maximiser ce RSB utile pour les deux cas detransmission considérés (SISO et MIMO) et pour les deux types de récepteur (nonitératif et itératif).Les interférences entre symboles sont généralement traitées par des techniques d’égalisation.Cependant, l’égaliseur est d’autant plus complexe que la longueur du canalsélectif en fréquence est grande. Afin de contourner ce problème de complexité del’égalisation, une modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)peut être utilisée. Quand l’émetteur peut estimer le canal OFDM, comme c’est le casdu mode de transmission TDD (Time Division Duplexing), une modulation adaptativeet une allocation de la puissance peuvent être utilisées en émission, ce qui amélioresignificativement les performances du système. Cependant, en mode FDD (FrequencyDivision Duplexing), les canaux sur la voie montante et sur la voie descendante sontindépendants. Le récepteur peut dans ce cas estimer le canal et retourner cette estimationvers l’émetteur sur un canal de retour à faible débit . Le récepteur peutégalement effectuer l’allocation des puissances et/ou de la modulation et la renvoyerà l’émetteur. La voie de retour nécessite alors une réservation de ressources.Quand ces ressources sont importantes, les informations retournées à l’émetteur sontfiables. Mais, ceci entraîne une perte en termes de débit utile. Un compromis doit alorsêtre trouvé entre la voie de retour et la qualité de l’allocation des puissances et/ou dela modulation. Nous étudions le problème de l’optimisation conjointe de l’allocationdes puissances et de la voie de retour. Nous proposons aussi des algorithmes d’adaptationde la modulation à faibles complexités basés sur la méthode On-Off . Nousdiscutons la manière dont le récepteur informe l’émetteur sur les modulations allouées. / X

En opération depuis 2008, l’expérience ATLAS est la plus grande de toutes les expériences au LHC. Les détecteurs ATLAS- MPX (MPX) installés dans ATLAS sont basés sur le détecteur au silicium à pixels Medipix2 qui a été développé par la collaboration Medipix au CERN pour faire de l’imagerie en temps réel. Les détecteurs MPX peuvent être utilisés pour mesurer la luminosité. Ils ont été installés à seize différents endroits dans les zones expérimentale et technique d’ATLAS en 2008. Le réseau MPX a recueilli avec succès des données indépendamment de la chaîne d’enregistrement des données ATLAS de 2008 à 2013. Chaque détecteur MPX fournit des mesures de la luminosité intégrée du LHC. Ce mémoire décrit la méthode d’étalonnage de la luminosité absolue mesurée avec les détectors MPX et la performance des détecteurs MPX pour les données de luminosité en 2012. Une constante d’étalonnage de la luminosité a été déterminée. L’étalonnage est basé sur technique de van der Meer (vdM). Cette technique permet la mesure de la taille des deux faisceaux en recouvrement dans le plan vertical et horizontal au point d’interaction d’ATLAS (IP1). La détermination de la luminosité absolue nécessite la connaissance précise de l’intensité des faisceaux et du nombre de trains de particules. Les trois balayages d’étalonnage ont été analysés et les résultats obtenus par les détecteurs MPX ont été comparés aux autres détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. La luminosité obtenue à partir des balayages vdM a été comparée à la luminosité des collisions proton- proton avant et après les balayages vdM. Le réseau des détecteurs MPX donne des informations fiables pour la détermination de la luminosité de l’expérience ATLAS sur un large intervalle (luminosité de 5 × 10^29 cm−2 s−1 jusqu’à 7 × 10^33 cm−2 s−1 . / In operation since 2008, the ATLAS experiment is the largest of all the experiments at the LHC. The ATLAS-MPX (MPX) detectors installed in ATLAS are based on the Medipix2 silicon pixelated detector which has been developed by the Medipix Collaboration at CERN to perform real-time imaging. They can be used for luminosity measurements. They were installed at sixteen different positions in the ATLAS cavern at the LHC in 2008. The MPX network successfully collected data independently of the ATLAS data recording chain from 2008 to 2013. Each MPX detector provides measurements of the integrated LHC luminosity. This thesis describes the technique for calibrating the luminosity data and performance of MPX detectors for measuring the luminosity in 2012. The calibration was performed via the van der Meer (vdM) scans technique which allows the measurement of the convolved beam sizes in the vertical and the horizontal planes at the ATLAS interaction point (IP1). The determination of the absolute luminosity requires a precise knowledge of the beam intensities and the number of beam bunches. A luminosity calibration constant was determined. The three calibration scans were analyzed and the results were cross-checked among the MPX detectors and other ATLAS sub-detectors specifically dedicated to luminosity measurement. The luminosity determined from the calibration scans was compared to the luminosity of regular runs before and after the vdM scans. The MPX network gives reliable information for the overall ATLAS luminosity determination over a wide dynamic range (luminosity from 5 × 10^29 cm−2 s−1 up to 7 × 10^33 cm−2 s−1).

Medipix2 (MPX) sont des détecteurs semi-conducteurs au silicium montés sur 256x256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55x55μm2. L’aire active d’un détecteur MPX est d’environ 2 cm2. Avec deux modes de détection, un seuil et un temps d’exposition ajustables, leur utilisation peut être optimisée pour une analyse spécifique. Seize de ces détecteurs sont présentement installés dans l’expérience ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ils mesurent en temps réel le champ de radiation dû aux collisions proton-proton, au point d’interaction IP1 (Point d’Interaction 1) du LHC (Grand Collisionneur d’Hadrons). Ces mesures ont divers buts comme par exemple la mesure du champ de neutrons dans la caverne d’ATLAS. Le réseau de détecteurs MPX est complètement indépendant du détecteur ATLAS. Le groupe ATLAS-Montréal s’est intéressé à l’analyse des données récoltées par ces détecteurs pour calculer une valeur de la luminosité du LHC au point de collision des faisceaux, autour duquel est construit le détecteur ATLAS. Cette valeur est déterminée indépendamment de la luminosité mesurée par les divers sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. Avec l’augmentation de la luminosité du LHC les détecteurs MPX les plus proches du point d’interaction détectent un grand nombre de particules dont les traces sont impossibles à distinguer sur les images ("frames") obtenues, à cause de leur recouvrement. Les paramètres de mesure de certains de ces détecteurs ont été optimisés pour des mesures de luminosité. Une méthode d’analyse des données permet de filtrer les pixels bruyants et de convertir les données des images, qui correspondent à des temps d’exposition propres aux détecteurs MPX, en valeur de luminosité pour chaque LumiBlock. Un LumiBlock est un intervalle de temps de mesure propre au détecteur ATLAS. On a validé les mesures de luminosité premièrement en comparant les résultats obtenus par différents détecteurs MPX, et ensuite en comparant les valeurs de luminosité relevées à celles obtenues par les sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. / Medipix2 (MPX) devices are silicon semiconductor detectors consisting of 256x256 pixels. Each pixel has 55x55μm2. The MPX sensitive area is ~2 cm2. With two modes of operation, an adjustable threshold, and adjustable exposure time, their use can be optimized for a specific analysis. Sixteen of these detectors are currently installed in the ATLAS detector at CERN (European Organization for Nuclear Research). They perform real time measurement of the radiation field due to proton-proton collisions occurring at the interaction point IP1 (Interaction Point 1) of the LHC (Large Hadron Collider). These measurements have different purposes, for instance the measurement of the neutron field in the ATLAS cavern. The network of MPX detectors is completely independent from the ATLAS detector. The ATLAS-Montreal group has taken interest in analysing data provided by these detectors to calculate a value for the luminosity of the LHC at the collision point of the beams around which is build the ATLAS detector that is completely independent from the value measured by ATLAS sub-detectors specifically dedicated to luminosity measurements. With the increase of the luminosity in LHC the MPX detectors near the interaction point record a large number of particles leaving tracks with a large number of overlaps in the resulting frames. These tracks are thus difficult to separate. The measurement parameters of some of these MPX detectors have been optimised for luminosity study. A method to analyse the recorded data was developed. It first filters the noisy pixels, then converts data from a frame format (corresponding to a given MPX exposure time), into luminosity in a LumiBlock format. A LumiBlock is a time measurement period used by ATLAS detector. To verify the results, comparisons between different MPXs have been made, as well as comparison between MPX results and the results of ATLAS sub-detectors specifically dedicated to luminosity measurements.

Le travail présenté dans ce mémoire est basé sur l’étude et le développement d’une chaine analogique de traitement du signal destinée à la détection de particules issues d’un réacteur nucléaire. Le détecteur de radiations relatif à cette chaine, étant placé au cœur du réacteur (hautes températures et radiations), deux scénarii d’intégration de la chaine analogique en environnement sévère ont été étudiés. Tandis que le premier scénario consiste à placer le préamplificateur et l’amplificateur de mise en forme loin du détecteur, le deuxième est basé sur l’intégration de ces blocs analogiques en environnement contraint. Bien que le premier scénario ait démontré de bonnes performances en termes de linéarité et sensibilité, l’amélioration de la résolution digitale fournie par le système nous a mené à investiguer le placement de la chaine tout près du détecteur. Plusieurs études, basées sur l’évaluation de la fiabilité de la structure vis-à-vis des contraintes de l’environnement sévère ont été donc élaborées. De plus une solution innovante permettant une meilleure caractérisation de la particule incidente a été présentée et détaillée. / The work presented in this thesis is based on the study and development of an analog processing chain dedicated to the detection of particles delivred from a nuclear reactor. The radiation detector related to this chain, being placed at the heart of the reactor (high temperatures and radiation flux), two scenraii related to the integration of the analog chain in harsh environment were studied. While the first scenario consists on placing the preamplifier and the shaping amplifier away from the detector, the second is based on the integration of these analog blocks in harsh environment. Although the first scenario has proven good performances in terms of linearity and sensitivity, the improvement of the digital resolution provided by the system leaded us to investigate the placement of the chain close to the detector. Several studies based on the evaluation of the structure reliability under harsh environment constraints were thus elaborated. In addition, an innovative solution providing better characterization of the incident particle was presented and detailed.

Le travail scientifique présenté dans cette thèse s’appuie sur des collisions proton proton, à 13 TeV dans le centre de masse, produite par le grand collisionneur de Hadron (LHC) et enregistrées entre 2015 et 2017 par le détecteur ATLAS. Après une brève introduction sur le programme de physique du LHC, le premier chapitre donne un aperçu complet du contexte et des motivations théorique. Ensuite une description complète du détecteur ATLAS et plus généralement de l’ensemble expérimental est donnée. Le troisième chapitre traite d’une des mesures des performances du calorimètre électromagnétique ATLAS, à savoir l’étude des efficacités identification électronique à l’aide de W se désintégrant en électrons et neutrinos.Dans les chapitres suivants, le coeur de cette thèse, la recherche et l’étude de la production associée de boson de Higgs avec une paire de quark top, appelée production ttH, est traitée dans le schéma du modèle Standard et au-delà. L’observation de la production ttH avec le détecteur ATLAS a été récemment annoncée en 2018 et représente une étape importante pour le domaine de la physique des hautes énergies. Afin d’élargir le spectre de cette analyse tth au-delà du SM, cet état final du canal 4L a aussi été étudié dans le cadre de la recherche de bosons de Higgs doublement chargés se désintégrant en W$^{\pm}$W$^{\pm}$, H$^{\pm \pm} \rightarrow $ W$^{\pm}$W$^{\pm}$. En conclusions, les perspectives sur les futurs résultats scientifiques dans le modèle Standard (SM) ainsi que au-delà de SM (BSM) qui pourraient être atteint en utilisant les statistiques complètes des Run1 et Run2 combinés sont donnés. / The scientific work presented in this thesis is based on proton proton collision produced, at 13 TeV in the center of mass, created by the Large Hadron Collider (LHC) and recorded between 2015 and 2017 by the ATLAS detector.After a short introduction on the physics program at LHC, the first chapter gives a comprehensive overview of the theoretical context and motivation. Then a complete description of the ATLAS detector and more generally the experimental setup is given with a highlight on the different physics objects used in this research.The third chapter is dealing with a measure of the performances of the ATLAS electromagnetic calorimeter, namely the study of the electron identification efficiencies using W decaying into electrons and neutrinos events.In the following chapters, the core of this thesis work, the search and study of the associated Higgs boson production with top quark pair, so-called ttH production, within the Standard Model schema and beyond is treated. The observation for ttH production with the ATLAS detector recently announced in 2018 represents a significant milestone for the High-Energy Physics field. In order to broaden the spectrum of this ttH analysis beyond the SM, this 4L channel final states was also studied in the context of the search for doubly charged Higgs boson decaying into W±W±, H±±→W±W±.In conclusions, future prospects in Standard Model (SM) as well as Beyond SM (BSM) scientific results that could be reached using the full Run1 and Run2 combined available statistics are given.