Le Modèle Standard de la physique des particules prédit l’existence d’un boson scalaire massif, appelé boson de Higgs dans la littérature, comme résultant d’un mécanisme de brisure spontanée de symétrie, qui permettrait de générer la masse des particules. Le boson de Higgs, dont la masse est inconnue théoriquement, est recherché expérimentalement depuis plusieurs décennies. L’expérience ATLAS, au collisionneur LHC, a aussi entrepris cette recherche, depuis le début des collisions de protons à haute énergie en 2010. Un des canaux de désintégrations les plus intéressants à étudier dans cet environnement est le canal en deux photons, car l’état final peut être intégralement reconstruit avec une grande précision. La réponse en énergie des photons est un point crucial dans la recherche du boson de Higgs, car une résonance fine émergeant d’un bruit de fond important est attendue. Dans cette thèse une étude approfondie de la réponse en énergie des photons en utilisant le calorimètre électromagnétique d’ATLAS a été faite. Ces études ont permis de mieux comprendre la résolution et l’échelle d’énergie des photons, et donc d’améliorer la sensibilité de l’analyse d’une part et de mieux estimer les incertitudes expérimentales sur la position du signal d’autre part. Le canal en deux photons a eu un rôle prépondérant dans la découverte d’une nouvelle particule compatible avec le boson de Higgs en Juillet 2012 par les expériences ATLAS et CMS. En utilisant ce canal ainsi que la meilleure compréhension de la réponse en énergie acquise au cours de cette thèse, une mesure de la masse du boson est proposée avec les données collectées durant les années 2011 et 2012 avec une énergie de centre de masse de 7 TeV et 8 TeV.Une masse de 126.8 +/- 0.2 (stat) +/- 0.7 (syst) GeV/c2 est trouvée. L’étalonnage de la mesure de l’énergie des photons avec le calorimètre électromagnétique est la plus grande source d’incertitude sur cette mesure. Une stratégie pour réduire cette erreur systématique sur la masse est discutée. / The Standard Model of the particle physics predicts the existence of a massive scalar boson, usually referred to as Higgs boson in the literature, as resulting from the Spontaneous Symmetry Breaking mechanism, needed to generate the mass of the particles. The Higgs boson whose mass is theoretically undetermined, is experimentally looked for since half a century by various experiments. This is the case of the ATLAS experiment at LHC which started taking data from high energy collisions in 2010. One of the most important decay channel in the LHC environment is the diphoton channel, because the final state can be completely reconstructed with high precision. The photon energy response is a key point in this analysis, as the signal would appear as a narrow resonance over a large background. In this thesis, a detailed study of the photon energy response, using the ATLAS electromagnetic calorimeter has been performed. This study has provided a better understanding of the photon energy resolution and scale, thus enabling an improvement of the sensitivity of the diphoton analysis as well as a precise determination of the systematic uncertainties on the peak position. The diphoton decay channel had a prominent role in the discovery of a new particle compatible with the Standard Model Higgs boson by the ATLAS and CMS experiments, that occurred in July 2012. Using this channel as well as the better understanding of the photon energy response, a measurement of the mass of this particle is proposed in this thesis, with the data collected in 2011 and 2012 at a center-of-mass energy of 7 TeV and 8 TeV. A mass of 126.8 +/- 0.2 (stat) +\- 0.7 (syst) GeV/c2 is found. The calibration of the photon energy measurement with the calorimeter is the source of the largest systematic uncertainty on this measurement. Strategies to reduce this systematic error are discussed.

L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique.

Le télescope à neutrinos ANTARES est situé à 2500 mètres de profondeur, et est composé d'un réseau de 900 photomultiplicateurs installés pour la détection de la lumière Cherenkov émise par des muons, induits par l'interaction de neutrinos avec la matière, et dans le but de reconstruire leur direction. Cependant en outre d'être en mesure de détecter des neutrinos de hautes énergies, les télescope à neutrinos pourraient mesurer le passage de monopôles magnétiques dans le détecteur. Dans ce travail, ont été présentées tout d'abord les différentes méthodes d'étalonnage utilisées afin de caractériser les photomultiplicateurs, qui sont le cœur d'un télescope à neutrinos. La possibilité de détecter des monopôles magnétiques avec ANTARES a ensuite été abordée, puis une première analyse optimisée pour la recherche de monopôles de hautes vitesses a montré la grande sensibilité offerte par le télescope. Enfin, un algorithme de reconstruction de traces a été modifié, et une nouvelle analyse cette fois sensible sur une plus grande gamme de vitesse a été effectuée. Après l'application de la dernière analyse sur les données prises en 2008 par le télescope ANTARES, de nouvelles limites supérieures sur le flux de monopôles magnétiques ascendants de masse inférieure 'a 1014 GeV ont finalement été obtenues, et sont les meilleures contraintes expérimentales sur leur flux pour la région de vitesse β " [0.625, 0.995].

Les ondes gravitationnelles sont des solutions aux équations gourvenant la dynamique de la gravitation prédite en 1918 à partir de la théorie de la Relativité Générale d'Einstein. Elles représentent la propagation d'une oscillation de l'espace-temps induisant d'infimes variations de distance sur leur passage entre des masses libres. Depuis deux décennies, un réseau d'interféromètres de Michelson kilométriques a été développé et mis en opération à travers le monde afin de prouver l'existence des ondes gravitationnelles en détectant leur passage sur Terre. Leur signature est recherchée dans un canal de détection étalonné, obtenu à partir des mesures fournies par le détecteur et reconstruisant le signal absolu d'une onde gravitationnelle le traversant. La vérification de la procédure est nécessaire pour déceler d'éventuelles erreurs systématiques d'étalonnage biaisant l'exploitation du canal par les analyses des données. Depuis plusieurs années, une nouvelle technique d'étalonnage est développée à cette fin dans les différents interféromètres du réseau et repose sur la pression de radiation d'un laser modulé en puissance afin d'induire un déplacement étalonné de l'un de ses miroirs. Le dispositif, appelé étalonneur laser, permet de reproduire le passage d'une onde gravitationnelle connue et d'en vérifier la reconstruction dans le canal de détection. Le travail de cette thèse a concerné la mise en \oe uvre de cette technique pour l'interféromètre franco-italien Virgo afin de vérifier la reconstruction de son signal d'onde gravitationnelle. Le principe de fonctionnement de l'étalonneur laser installé sur le site est d'abord détaillé et son étalonnage est ensuite décrit avec les campagnes de mesures réalisées. Enfin, les vérifications faites durant les deux périodes de prises de données de Virgo qui se sont déroulées entre 2010 et 2011 seront présentées. Les résultats ont permis de valider la reconstruction du signal d'onde gravitationnelle de Virgo et ses incertitudes confirmant leur impact négligeable sur l'analyse des données. / Gravitational waves are solutions to equations governing the dynamics of gravitation predicted from Einstein's theory of General Relativity in 1918. Gravitational waves describe ripples of space-time producing weak variations of distance between free masses along their propagation. Over the past two decades, an international array of ground-based, kilometer-scale Michelson interferometers has been developed to detect gravitational waves going through Earth and is now in operation. The gravitational wave signature is sought in a calibrated stream obtained from detector output measurements and giving the absolute signal of a gravitational waves going through it. A check of the procedure is required to avoid potential systematic calibration errors leading to an incorrect data stream and bias in its use by data analysis. Since severals years, a new calibration technique is developed for that purpose for each network's interferometer and uses the radiation pressure of a power-modulated laser to induce calibrated displacements of their mirrors. The associated setup, called Photon Calibrator, allows to mimic a gravitational waves passing the detector in order to verify its reconstruction in the detection channel. The scope of this thesis is the implementation of this technique for the French-Italian interferometer Virgo to check its gravitational wave signal reconstruction procedure. The operating principle of the setup installed is first described and its calibration is then detailed with measurement campaigns performed. Finally verifications performed for the two Virgo Science runs performed between 2010 and 2011 are presented. The conclusion of this study allowed to the validate the Virgo gravitational wave signal reconstruction with its uncertainties and has confirmed their negligeable impact on data analysis.

Nous avons développé, et évalué en détail, un nouveau prototype d'inclinomètre longue base à niveaux hydrostatiques appelé " wth2o ". Ce système, aux principes particulièrement simples grâce à l'absence de pièces mécaniques mobiles, présente une grande fiabilité et une excellente stabilité (dérive linéaire de 0.05 µrad par mois). Sa haute résolution jusque dans la gamme des ondes sismiques longues périodes (où, par exemple, la résolution est meilleure que 0.001 masec, soit 5. 10-12 rad), et son niveau de bruit très bas, ont permis d'obtenir des résultats d'analyses harmoniques de marées terrestres (5 ans d'enregistrements) en excellent accord avec les modèles, et dont les écarts quadratiques moyens sont les plus bas de toutes les mesures inclinométriques réalisées au Laboratoire de Géodynamique de Walferdange (Luxembourg). A titre d'exemple, l'amplitude de l'onde M2 est déterminée avec une incertitude de seulement 0.003 masec, tandis que sa phase est déterminée avec un EQM de 0.028°, ce qui correspond à une incertitude de seulement 3.3 secondes. Cet instrument permit également d'observer des phénomènes rarement mesurés avec ce type d'appareil, tel les modes sphéroïdaux et toroïdaux les plus graves des oscillations libres de la Terre excitées par le séisme du Dénali (Mw 7.9) en novembre 2002, ou les passages successifs des ondes de Love jusqu'à G7, correspondant à 3 révolutions de ces ondes de surface autour du globe. Il fut également possible de séparer pour la première fois dans une analyse harmonique de marée terrestre inclinométrique, les constituants des groupes ter- et quater-diurnes. Ces très petites ondes enregistrées sont vraisemblablement liées aux ondes de marées océaniques propres aux eaux peu profondes présentes en Mer du Nord. Les modèles théoriques détaillés de cet appareil (comprenant des composantes relatives à l'amortissement produit par l'écoulement des fluides entre les électrodes des capteurs capacitifs) ont permis de dériver les solutions des équations du mouvement en composante inclinométrique et accélérométrique. De ces solutions furent tirées les formes théoriques des fonctions de transfert de l'appareil. Ces fonctions de transferts furent comparées avec succès aux mesures expérimentales de la réponse en fréquence. Grâce aux formes analytiques des fonctions de transfert en composante inclinométrique et accélérométrique qui sont données dans le présent travail, il est possible de calculer les caractéristiques géométriques optimales pour la construction d'un prototype devant répondre aux besoins particuliers d'une nouvelle application. Une étude originale des effets de ménisques (déformations de l'interface des fluides au contact de la paroi solide des pots) a montré que, s'ils n'ont pas d'influence sur les mesures en mode différentiel, ils peuvent par contre introduire des erreurs de plusieurs pour-cent sur l'estimation de la sensibilité par déplacement d'une quantité de liquide supposée connue. Cette erreur, ne dépendant que des propriétés physico-chimiques des fluides et matériaux en contacts, provient des variations de volumes de liquide contenu dans les ménisques lors des mouvements des interfaces. Si ces mouvements sont effectués lors des étalonnages sans que la ligne de contact ne se déplace, ces erreurs [en %] seront indépendantes du volume déplacé. Ces erreurs ne sont pas particulières à notre instrument mais peuvent affecter les étalonnages réalisés de la sorte pour tout inclinomètre à niveaux hydrostatiques, quel que soit le principe de mesure de l'instrument (mesures différentielles de pression, positionnement de flotteurs etc…). / We developed and evaluated a new prototype of long base water-tube tiltmeter named "wth2o". This system, particularly simple by the absence of moving parts, showed a great reliability and a fairly high stability (linear drift rate of 0.05 µrad/month). We analyzed a 5 years-long data set of Earth tides measurements performed in the Underground Laboratory for Geodynamics in Walferdange (Luxemburg). Its high resolution up to the long-period seismic band (where for instance the resolution is better than 0.001 masec, or 5. 10-12 rad) and its very low noise rate enabled us to obtain results in excellent accordance with the models, with the lowest root mean squares among all the results obtained with other tiltmeters in Walferdange. For instance, the amplitude of the M2 wave is estimated with a RMS as small as 0.003 masec and its phase is determined with an uncertainty below 0.028°, which represents 3.3 seconds only. With the "wth2o" we have also observed some events rarely measured with a water-tube, such as the gravest toroidal and spheroidal modes of the Earth free oscillations excited by the Mw 7.9 Denali earthquake or the successive passages of Love waves (up to G7) circling the globe. For the first time in an analysis of tilt Earth tide measurements, it was possible to separate the small constituents of the ter- and quater-diurnal band. The presence of these very small waves is most likely due to the effects of the shallow-water tides known to be remarkable in the North Sea. Theoretical models of this instrument (taking into account the damping produced by the liquids' flow between the plates of the capacitive sensors) allowed to obtain the solutions of the equations of motion for tilt as well as for acceleration. From these solutions we were able to produce very accurate theoretical transfer functions, as confirmed by the successful comparison with observed frequency responses. Thanks to the analytical tilt and acceleration transfer functions given in the present document it is possible to calculate the best geometrical characteristics for the construction of a new prototype having to respond to specific requirements of a new application. A new extended study of the menisci effects (deformations of the interface of the fluids in contact with the solid wall of the end vessels) showed that they do not influence the differential measurements but they could introduce errors of a few percents in the calibration factor when this factor is evaluated by the displacement of a "known" volume of liquid. This error depends only on the physical and chemical properties of the fluids and solids put in contact. It is due to the variation of volume of liquid trapped in the menisci while the interface is moving up- or downwards. If these interface movements are made without displacing the contact line, the errors [in %] will remain the same whatever the displaced volume of liquid could be. These errors can not only affect our results but can also be found in the calibration procedure of any kind of water-tube (central differential pressure, float positioned etc…).

Ce document présente la mise en place d’un système de mesure des éclairements énergétiques spectraux solaires pour tout type de temps, sur 4 plans. Les 4 spectromètres mesurent au total 900 spectres/min et produisent chacun un spectre/min moyen et son écart type. Entre 2014 et 2015, 700 000 spectres ont été enregistrés sur un domaine compris entre 400 et 1000 nm avec un pas ≤1 nm. Un échantillon de 145 000 spectres représentatifs du climat lyonnais a été sélectionné pour une analyse statistique. Pour ce faire, l’échantillon a été réduit par partitionnement à 1175 spectres. Son domaine spectral a été étendu de 280 à 1500 nm à l’aide du RTM SMARTS. Une ACP de cet échantillon extrapolé a permis d’en réduire la description à 3 composantes et ainsi de réviser le modèle des illuminants D de la CIE. Enfin, la relation entre composition spectrale et paramètres environnementaux ou colorimétriques ouvre une voie vers des modèles statistiques de génération de spectres du rayonnement solaire. / This manuscript presents the design and setup of an all-weather spectral irradiance measurement system on 4 planes. The 4 spectrometers measure a total of 900 spectra/min to produce every minute, a mean spectral irradiance and its standard deviation. Between 2014 and 2015, this system recorded 700,000 spectra, for wavelengths ranging between 400 and 1,000 nm with a step ≤1 nm. A sample of 145,000 spectra representative of the Lyon climate was selected for statistical analysis. For this purpose, the sample was reduced in size by partitioning it in 1,175 spectra. Its spectral domain was extended to 280-1,500 nm by extrapolating the spectra with curve fitting using the SMARTS2 RTM. A PCA of the extrapolated sample reduced its description to only 3 components; hence, allowing a revision of the CIE’s illuminant D series. Finally, the relation between spectral power distribution and environmental or colorimetric parameters opens a way towards statistical models for generating solar spectra.