Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent d'étudier les propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et/ou de pression. Dans ces conditions, celle-ci pourrait subir une transition de phase vers un nouvel état appelé : Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). Un premier indice de la formation du QGP a pu être observé au SPS du CERN par l'expérience NA50 à travers la suppression anormale du taux de production du méson J/$\psi$, via sa désintégration en deux muons, dans les collisions Pb - Pb.<br />L'étude des paires de leptons joue un rôle crucial dans les expériences d'ions lourds. En effet, l'absence significative de ré-interactions avec l'environnement hadronique fait des dileptons une sonde idéale des premiers instants de la collision. De plus, les mésons vecteurs produits dans les collisions ($\rho$, $\omega$, $\fi$, J/$\psi$) peuvent être détectés à travers leur désintégration en paires de leptons. L'expérience NA60, qui succède à NA50, étudie la production des dimuons dans les collisions In - In à 158 GeV/c/nucléon. Les motivations de l'expérience ainsi que ses différentes étapes seront décrites.<br />Le dispositif expérimental de NA60 comporte dans la région cible du spectromètre à muons de NA50 un ensemble de détecteurs de pixels (le télescope de vertex) disposés dans un champ magnétique. Ils permettent d'accéder aux caractéristiques cinématiques des traces des muons avant leur passage dans l'absorbeur hadronique et de déterminer avec précision le vertex d'interaction. Ce télescope de vertex permet également de mesurer la distance dans le plan transverse passant par le vertex de chacun des muons de la paire par rapport au vertex. Cette capacité est essentielle pour séparer des phénomènes prompts de ceux provenant de la décroissance de résonances.<br />Nous présenterons une méthode de reconstruction des traces dans le télescope de vertex dans les collisions d'ions lourds basée sur l'Analyse en Composantes Principales (ACP). Les principaux sujets d'étude de l'expérience NA60 décrits dans ce mémoire concernent les modifications du méson $\rho$ dans le milieu dense et chaud créé par la collision, l'origine de l'excès de dimuons observé pour des masses intermédiaires entre celles du f et du J/$\psi$ et l'étude de la suppression anormale du J/$\psi$. En particulier, le taux de production du J/$\psi$ est étudié en fonction de la multiplicité des traces dans le télescope de vertex. Pour chacun des sujets abordés, les résultats fournis pas NA60 ont permis une avancée significative dans la compréhension de la physique des ions lourds aux énergies du SPS.

Dans cette thèse, nous étudions la production des dimuons dans une région de masse entre les résonances Phi et J/Psi (Région des Masses Intermédiaires, IMR) dans les collisions proton-noyau et noyau-noyau de haute énergie.<br /><br />L'expérience NA50, installée auprès de l'accélérateur SPS du CERN, détecte les paires de muons émises dans ces interactions au moyen d'un spectromètre spécifique. La mesure de la centralité des collisions repose sur trois détecteurs indépendants : un calorimètre électromagnétique, un détecteur de multiplicité et un calorimètre à zéro degré.<br /><br />Les résultats des analyses proton-noyau fournissent une valeur de référence pour l'étude des interactions noyau-noyau. Les distributions expérimentales, corrigées de l'acceptance et de la résolution par une méthode quadri-dimensionnelle, des dimuons IMR sont correctement reproduites par la superposition des processus conventionnels DY et DDbar (désintégration des mésons charmés). L'extrapolation linéaire avec le nombre de masse des noyaux des résultats p-A aux collisions S-U et Pb-Pb, sous-estime systématiquement les spectres mesurés dans la région des masses intermédiaires.<br /><br />Cet excès de dimuons IMR augmente avec la centralité des collisions. Plusieurs modèles théoriques sont présentés et comparés aux données noyau-noyau. Nous montrons qu'un modèle basé sur la diffusion des mésons D et Dbar dans l'état final ne reproduit pas les distributions expérimentales. Finalement, cette étude permet de proposer deux explications possibles de l'excès observé. Les spectres noyau-noyau peuvent être reproduits soit par une augmentation de la production de charme soit par la présence de dimuons thermiques émis par un milieu dense et chaud.

Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200 GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). L'étude de la production du J/psi, particule lourde formée d'une paire de quarks charme (c et c_bar), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants. L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le J\psi à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse \sqrt{s_{NN}}=200 GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du J\psi, une grandeur qui devrait permettre de distinguer certains des mécanismes de cette production. Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. En particulier, la mesure du flot elliptique peut contraindre notre connaissance du milieu formé. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.

Parmi les signatures proposées pour l'observation du plasma de quarks et de gluons (PQG), l'une des plus prometteuses est la suppression des résonances quark-antiquark de saveurs lourdes par effet d'écran de couleur. Les premières mesures auprès du SPS du CERN ont montré une "suppression anormale" de la production du J/psi (résonance ccbar) dans les collisions centrales. La mesure de cette production dans différents systèmes et à différentes énergies de collisions pourrait permettre de conclure quant à la formation du PQG. Cette recherche se poursuit maintenant auprès de l'accélérateur RHIC, dont l'énergie dans le centre de masse est dix fois supérieure à celle obtenue au SPS.Le travail exposé dans cette thèse porte sur l'étude de la production du J/psi mesuré via son mode de déintégration e! n paires de muons, par l'expéience PHENIX dans les collisions Au-Au à 200 GeV par paire de nucléons. L'étude de la production du J/psi en fonction de la centralité des collisions montre une suppression d'un facteur 3 dans les collisions les plus centrales par rapport à la simple proportionalité avec le nombre de collisions binaires nucléon-nucléon.Pour comparer les résultats obtenus dans les collisions or-or à ceux des collisions proton-proton, les "effets nucléaires froids" doivent être pris en compte. Ils ne suffisent pas à expliquer la suppression observée, suggèrant l'existence de mécanismes supplémentaires. Les modèles qui prennent en compte la recombinaison du J/psi semblent mieux reproduire cette suppression. Néanmoins, l'ensemble de ces résultats est compatible avec le scénario selon lequel seules les résonances chi_c et psi' subissent l'écrantage de couleur.

la production de phi et (omega+rho) a été étudiée à travers la mesure des paires de muons dans l'expérience NA38-NA50. L'extraction des résultats utilise la meme technique d'analyse pour les systemes considérés qui couvrent la plus grande partie des possibilités, du système d-C au système Pb-Pb. Une des originalités est que les rapports de production phi/(omega+rho) sont extraits dans des domaines de masse transverse. Cette étude met en évidence un changement de comportement entre les systèmes utilisant des projectiles légers, d-C et d-U, et ceux utilisant des projectiles lourds, S-U et Pb-Pb. On observe de plus pour le phi une augmentation supplémentaire de la production, qui s'inscrit dans l'augmentation générale de l'étrangeté observée dans les collisions d'ions lourds à ces énergies. Ces résultats semblent par ailleurs indiquer que l'utilisation de la masse transverse conduit à une certaine unification des évolutions de la production des différentes régions de masse des dimuons.

L'expérience ALICE au LHC va étudier dès 2010 le plasma de quarks et de gluons (QGP), état de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés. Le travail présenté ici a été effectué au sein de la collaboration ALICE, dans le but de préparer l'analyse des futures données expérimentales. Outre une approche théorique du QGP et de la symétrie chirale, nous y développons trois aspects expérimentaux : le sous-détecteur V0, l'étude des mésons de basses masses et la déconvolution. Tout d'abord, nous détaillons les mesures de luminosité et de multiplicité réalisables avec le V0. Ensuite, nous développons l'étude des dimuons dans le spectromètre à muons. Nous nous concentrons en particulier sur les mésons de basses masses : le rho, le omega et le phi. Enfin, nous présentons une façon d'améliorer les données du spectromètre : la déconvolution de Richardson-Lucy.

Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200~GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP).<br /><br />L'étude de la production du $\jpsi$, particule lourde formée d'une paire de quarks charme ($c \bar c$), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants.<br /><br />L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le $\jpsi$ à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse $\sqrt{s_{NN}}=200$~GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du $\jpsi$.<br /><br />Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.

L'expérience ALICE au LHC va étudier dès 2010 le plasma de quarks et de gluons (QGP), état de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés. Le travail présenté ici a été effectué au sein de la collaboration ALICE, dans le but de préparer l'analyse des futures données expérimentales. Outre une approche théorique du QGP et de la symétrie chirale, nous y développons trois aspects expérimentaux : le sous-détecteur V0, l'étude des mésons de basses masses et la déconvolution. Tout d'abord, nous détaillons les mesures de luminosité et de multiplicité réalisables avec le V0. Ensuite, nous développons l'étude des dimuons dans le spectromètre à muons. Nous nous concentrons en particulier sur les mésons de basses masses : le rho, le omega et le phi. Enfin, nous présentons une façon d'améliorer les données du spectromètre : la déconvolution de Richardson-Lucy. / The ALICE experiment at LHC will study from 2010 the quark-gluon plasma (QGP), phase of the matter in which quarks and gluons are deconfined. The work presented here was done within the ALICE collaboration, for preparing the analysis of the incoming experimental data. Besides a theoretical approach of the QGP and of the chiral symmetry, we develop three experimental aspects: the V0 sub-detector, the study of the low mass mesons and the deconvolution. First, we detail the measures of luminosity and multiplicity that can be done with the V0. We then develop the study of the dimuons in the muon spectometer. We concentrate on the low masses mesons: the rho, the omega and the phi. Finally, we present a method for improving the spectrometer data: the Richardson-Lucy deconvolution.

Dans les collisions les plus centrales d'ions lourds aux énergies accessibles au SPS du CERN les conditions de densité et d'énergie pourraient conduire à une transition vers un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons. L'effet d'écran sur le J/Psi, où l'augmentation de la production de particules étranges comme le phi pourraient en être des traces caractéristiques. Cette thèse traite principalement de la production de mésons phi mesurés grace à la mesure des paires de muons par la collaboration NA50 au cours de l'année 2000. Plusieurs améliorations dont un nouveau déclenchement pour le dénombrement des collisions permettait un meilleur accès aux collisions les plus périphérique et aux collisions centrales.<br> La multiplicité du J/Psi observée dans ces résultats ne confirme pas une brutale décroissance pour les collisions très centrales. Inversement, il n'y a pas non plus d'évidence pour une saturation de la suppression, comme prédit par plusieurs modèles théoriques ne postulant pas l'existence d'une phase plasma.<br> Les sections efficaces de production et les multiplicités des dimuons issus des mésons phi et omega sont similaires aux précédents travaux. Néanmoins l'évolution depuis 2002 de la valeur du PPDB du BR_(phi->mu mu) induit un rapprochement entre les multiplicités de phi observées ici et celles obtenues par NA49, ce qui résoud en partie le «phi puzzle ». Toutefois les pentes apparentes restent différentes.<br> Cette étude débouche aussi sur des perspectives pour la détermination du taux d'étrangeté dans le milieu grâce à l'utilisation directe du rapport phi/omega qui correspond au carré du facteur de saturation de l'étrangeté chi_s utilisé dans de nombreux modèles thermiques.

Les prédictions théoriques d'un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons, ont conduit le CERN à mener une vaste campagne de recherche expérimentale pour sa mise en évidence. Des collisions d'ions lourds peuvent conduire à cette transition de phase. Parmi les signatures proposées, l'expérience NA50 étudie la production du J/psi relativement au DRELL-YAN. Le J/psi est une résonance ccbar qui subit l'interaction forte et les modifications des propriétés du milieu nucléaire. Le DRELL-YAN, processus purement électromagnétique, joue le rôle de référence. L'expérience NA38 a mesurée en évidence une suppression normale de la production du J/psi en fonction de la longueur moyenne de matière traversée. Dans son prolongement, l'expérience NA50 a mis en évidence en 1995, 1996 et 1998 une suppression "anormale" du J/psi dans les collisions Pb-Pb à 158 GeV/nucléon. Cette analyse est effectuée en fonction de la centralité de la collision mesurée par le calorimètre électromagnétique. Les informations de ce détecteur permettent de calculer l'énergie transverse neutre reliée à la longueur moyenne de matière traversée.<br> En 2000, des conditions de prises de données optimales en collisions Pb-Pb ont permis d'analyser les données pour des collisions très périphériques. Les sources d'erreurs systématiques ont été étudiées, ce qui a permis d'obtenir une bonne cohérence entre les différentes analyses du système Pb-Pb. Les collisions périphériques sont compatibles avec la loi d'absorption normale.<br> En conclusion, nous avons mis en évidence une suppression de ~31% dans la production de J/psi relativement à l'absorption normale. Ce changement de régime a lieu à ~30 GeV en énergie transverse (E_T) et est dû à une modification des propriétés nucléaires du milieu réactionnel. Plusieurs scénarios possibles sont envisagés pour expliquer ce phénomène.