One of the goals of the COMPASS experience is the study of the nucleon spin structure. Data were taken from a polarized muon beam (160 GeV/c) scattering off a polarized target (6LiD or NH3). In this context, the need of a precise knowledge of quark Fragmentation Functions (final-state hadronisation of quarks q into hadrons h, FFs) was raised. The FFs can be extracted from hadron multiplicities produced in Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS). This thesis presents the measurement of charged hadrons (pions and kaons) multiplicities from SIDIS data collected in 2006. The data cover a large kinematical range: Q2>1 (GeV/c)2, y є [0.1,0.9], x є [0.004,0.7] and W є [5,17] GeV. These multiplicities provide an important input for global QCD analyses of world data at NLO, aiming at the FFs determination. / L'un des objectifs de l'expérience COMPASS est l'étude de la structure du nucléon de spin. Les données ont été prises à partir d'un faisceau de muons polarisée (160 GeV/c) diffuse sur une cible polarisée (6LiD ou NH3). Dans ce contexte, la nécessité d'une connaissance précise des fonctions de fragmentation des quarks (état final du hadronisation de quarks q en hadrons h, FFs) a été soulevée. Le FFs peuvent être extraites de multiplicités de hadrons produits en Semi-Inclusive diffusion profondément inélastique (SIDIS). Cette thèse présente la mesure de la multiplicité de hadrons charge (pions et kaons) à partir de données SIDIS collectées en 2006. Les données couvrent un large domaine cinématique : Q2>1 (GeV/c)2, y є [0.1,0.9], x є [0.004,0.7] and W є [5,17] GeV. Ces multiplicités fournissent un apport important pour l'analyse des données mondiales au 2ème ordre de QCD, visant la détermination de FFs.

Le sujet de la thèse vise à développer un imageur neutron portable présentant des performances de détection compatibles avec les besoins de la recherche et de l’industrie nucléaire, notamment ceux du démantèlement. Cette thèse se décompose en trois axes principaux de recherche, précédés d’une phase de recherche bibliographique. Suite à cette dernière, l’approche de localisation retenue est l‘imagerie de neutrons rapides par encodage spatial. Les détecteurs de neutrons ont été étudiés et plusieurs choix, adaptés à cette problématique, ont été retenus pour la suite de l’étude. Le premier axe est consacré aux études sur le développement d’un détecteur de neutrons sensible à la position. Le deuxième axe est lié à la conception et au prototypage d’un imageur neutronique, se reposant sur un masque codé et un détecteur Timepix modifié par une couche de paraffine. Le dernier axe concerne le déploiement et la caractérisation expérimentale de ce prototype. / The subject of the thesis aims at developing a portable neutron imager with detection performance compatible with the needs of the nuclear research and industry, in particular those of decommissioning. This thesis is divided into three main areas of research, preceded by a bibliographic research phase. Following the latter, the localization approach adopted is spatial encoding fast neutron imaging. Neutron detectors were studied and several choices adapted to this challenge were selected for the continuation of the study. The first axis is dedicated to the studies on the development of a position-sensitive neutron detector. The second axis is related to the design and prototyping of a portable neutron imager, based on a coded aperture and a Timepix detector enhanced with a paraffin layer. The last axis concerns the deployment and experimental characterization of this prototype.

Une des questions majeures de la physique moderne est la détermination de la nature de la matière noire non-baryonique. Les expériences de détection directe de WIMPs (acronyme signifiant particules massives interagissant faiblement) comme EDELWEISS testent l'hypothèse que celle-ci est composée de particules (neutralino) prédites par la supersymétrie et ayant une section efficace d'interaction avec les nucléons d'environ 10-8 picobarn. Pour ceci, EDELWEISS utilise des détecteurs cryogéniques en germanium ultra-pur à double composante ionisation/chaleur, ce qui permet la discrimination des reculs nucléaires attendus pour les WIMPs des reculs électroniques induits par les particules du bruit de fond radioactif. La principale limitation de cette méthode provient des évènements proches de la surface des détecteurs (dus notamment aux betas) qui peuvent être confondus avec des reculs nucléaires. La solution présentée dans cette thèse est l'utilisation de détecteurs à grilles coplanaires pour le rejet des évènements de surface sur la base des signaux d'ionisation. Nous décrivons le principe de ces détecteurs, la réalisation d'un prototype et son étude : tests pratiqués avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface puis sur le site-même de l'expérience au Laboratoire Souterrain de Modane. Les résultats expérimentaux sont analysés en détail et comparés à une modélisation approfondie des signaux attendus pour les diverses populations d'évènements. Le pouvoir de rejet des évènements gamma et des évènements de surface betas obtenu démontre la possibilité d'atteindre au moins 10-8 picobarn dans le cadre de l'expérience EDELWEISS II qui a retenu ce type de détecteur pour l'avenir.

La première partie de cette thèse porte sur l'intégration d'un bouchon du trajectographe au silicium de l'expérience CMS. Les procédures mises en œuvre et les tests qui ont permis d'aboutir à la qualification du système de détection sont présentés dans ce document.<br />La deuxième partie est dédiée à la recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top. Une des voies les plus prometteuses consiste à rechercher une résonance dans la distribution en masse invariante des paires de quarks top. Une analyse réalisée en simulation complète dans le canal lepton+jets montre qu'à l'échelle du TeV, des processus de quelques centaines de fb à 1 pb pourraient être observés lors des premières années de prises de données.

Un imageur Cherenkov, CherCam (CHERenkov CAMera), a été développé et construit pour être intégré à l'expérience CREAM (Cosmic-Ray Energetic and Mass) embarquée en ballon. Cette instrument doit permettre de mesure le charge du rayonnement cosmique nucléaire allant du protron au fer dans une gamme d'énergie s'étendant de 1E10 à 1E15 eV.<br />La thèse s'est principalement orienté sur le développement de CherCam par la création d'une simulation et de la caractérisation du plan radiateur en aérogel de silice. Mais elle s'est aussi largement étendu sur les aspects technique par la construction du détecteur et ses différents tests, ainsi que par le développement des logiciel d'étalonnage et d'analyse.

Les collisions d'ions lourds sont un outil unique pour étudier la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de densité et de température, comme celles présents peu après le Big Bang, où la matière nucléaire aurait été composé d'un plasma de quarks et de gluons quasi-libres. Sa production à l'aide de collisions Pb-Pb à 5.5A TeV est le thème central de l'expérience ALICE-LHC. Les photons émis dans ces collisions sont des signatures très intéressantes parce qu'elles apportent des informations non perturbées sur le plasma. Le détecteur PHOS de l'expérience ALICE est dédié à leur détection. Cette thèse présente une étude des performances de PHOS et décrit les algorithmes d'identification de particules. Les photons de haute énergie sont produits associés à un jet émis l'opposé qui subira des modifications causées par le plasma. Une méthode d'identification de ces processus et une estimation des modifications du jet par le plasma sont explicitées.

La collaboration européenne ANTARES construit un télescope sous-marin à neutrinos qui sera déployé en Méditerranée par 2500m de fond. Ce détecteur est constitué d'un réseau tridimensionnel de 900 photomultiplicateurs qui détectent la lumière Tcherenkov produite par le passage dans l'eau des muons provenant de l'interaction des neutrinos dans la Terre.<br />Les rayons cosmiques sont confinés dans la Galaxie et interagissent avec la matière interstellaire en produisant –entre autre– des pions chargés qui se désintègrent en neutrinos. L'observation du ciel à l'aide de ces neutrinos de haute énergie (>100 GeV) ouvre une nouvelle fenêtre sur la Galaxie et en particulier leur détection permettrait d'observer directement ses zones denses.<br /><br />Dans ce travail, les flux correspondant ont été calculés à l'aide d'un programme de simulation GALPROP, pour plusieurs modèles, contraints par diverses observations gamma et rayons cosmiques.<br />La sensibilité du détecteur Antares à ces modèles a été établie, ainsi qu'une première estimation des performances d'un futur télescope de taille kilométrique.<br />Un algorithme de reconnaissance de forme a également été développé : il permettrait de mettre en évidence les structures de la Galaxie dans le cas optimiste ou le nombre d'évènements détectés serait suffisant.<br /><br />Ces travaux démontrent qu'ANTARES est de taille insuffisante pour observer le plan galactique, et qu'un télescope à neutrinos de nouvelle génération ayant une surface effective au moins 40 fois plus grande sera nécessaire pour observer le modèle au spectre le plus dur et pour apporter des limites sur les autres modèles.

Associé au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN, le détecteur ALICE sera, à partir<br />de 2006, dédié à l'étude du Plasma de Quarks et de Gluons, un état de dé-confinement de la matière.<br />Le système de déclenchement du spectromètre dimuons de ALICE sera constitué de 72 chambres à plaques<br />résistives (RPC) fonctionnant en mode streamer, fournissant près de 21 000 voies de mesure. Un premier<br />prototype de circuit intégré spécifique effectuant la mise en forme des signaux délivrés a été étudié. Son rôle<br />est de fournir une information logique précise en temps lorsque le signal d'entrée correspond au type<br />d'impulsion attendu. Réalisé en technologie AMS BiCMOS 0,8<br />µm, il intègre les fonctions suivantes : une technique de double discrimination nommée ADULT, un système de verrouillage évitant tout re-déclenchement sur une durée de 100ns, un délai variable et une mise en forme et un étage de sortie ECL.<br />Le schéma général a été divisé en plusieurs cellules qui ont été élaborées et simulées. La saisie des masques nécessaires à la fabrication par le fondeur a fait l'objet de beaucoup de soins pour optimiser les performances et la surface de silicium utilisée.<br />Quinze circuits prototypes ont été testés en laboratoire et sous faisceau de particules. Les résultats prouvent que les cellules implantées réalisent les fonctions demandées, et que le système ADULT améliore sensiblement la résolution temporelle. La consommation sera ramenée en dessous de la limite des 100 mW par voie en implantant dans le circuit un étage de sortie LVDS.<br />Ce travail a montré la faisabilité d'un circuit intégré spécifique adapté aux signaux particuliers délivrés par les RPC en mode streamer, dans les tolérances du cahier des charges notamment au niveau des coûts et de la consommation.

Dans ce travail, les potentialités du détecteur ATLAS pour l'identification des jets issus de quark beau sont étudiées. L'étiquetage topologique, basé sur le paramètre d'impact des traces chargées, est utilisé. Une bonne identification de ces jets sera très précieuse au LHC, en particulier durant les premières années de fonctionnement pour mettre en évidence le cas échéant un boson de Higgs d'une masse comprise entre 80 GeV/c2 et 120 GeV/c2. Pour évaluer les performances dans ce domaine, un algorithme de recherche et reconstruction des traces chargées exploitant la simulation détaillée du détecteur interne d'ATLAS a été réalisé. La recherche est initiée dans les détecteurs à pixels. L'efficacité et la qualité de reconstruction assurent une bonne discrimination entre les jets b et les autres jets. Après simulation complète et reconstruction d'événements H->bbbar, H->gg, H->uubar, H->ssbar et H->ccbar (mH = 100 GeV/c2), les réjections moyennes des jets non-b pour une efficacité d'étiqueter les jets b de 50% sont: Rg = 39+-5 Ru = 60+-9 Rs = 38+-5 Rc = 9+-1 Les résultats de l'analyse des données prises lors de tests en faisceau des premiers prototypes de matrices de détecteurs à pixels en technologie résistante aux radiations justifient les potentialités de ce type de détecteur pour la recherche de traces et la mesure précise de leur paramètre d'impact.

L'expérience AMS sera mise en orbite à partir de 2006 pour une durée de 3 ans afin d'étudier le rayonnement cosmique et d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la recherche d'antimatière et de matière noire. Cette thèse présente d'abord le travail mené pour les développements du détecteur Tcherenkov (RICH) d'AMS qui conduira à une mesure précise de la vitesse et de la charge des particules le traversant. Nous exposons le choix des photodétecteurs, les tests de l'électronique, les caractéristiques générales du compteur ainsi que la mise en oeuvre de l'analyse des données obtenues avec deux prototypes (incluant des mesures au CERN). La seconde partie du travail est consacrée à l'étude théorique du rayonnement cosmique et d'un signal exotique potentiel pour AMS : les trous noirs en évaporation. Les conséquences astrophysiques, cosmologiques et gravitationnelles de l'existence de ces objets sont considérées en détails.