Dans l'optique d'un stockage en site géologique des déchets nucléaires à vie longue, les apatites sont envisagées, d'une part comme matrice de confinement d'actinides ou de produits de fission à vie longue, et d'autre part, comme matériaux incorporés dans les barrières ouvragées. Nos travaux consistent à étudier la migration dans les apatites des produits de fission en fonction de la température. Nous avons choisi d'étudier l'iode 129, de période 16 millions d'années et le technétium 99, de période 210000 ans. Le but est d'obtenir une modélisation du comportement de ces éléments afin d'extrapoler leur devenir sur une longue période. L'apatite étudiée est de l'hydroxyapatite de synthèse de composition chimique connue Ca10(PO4)6(OH)2. Afin de limiter les problèmes de radioprotection, nous avons étudié le comportement du technétium via le rhénium, son homologue chimique, et le molybdène, de masse proche de celle du technétium. Le couplage implantation ionique - RBS nous a permis de mettre en évidence une volatilisation de ces éléments lors de recuits sous air. Nous avons alors entrepris des études de caractérisation chimique du molybdène et du rhénium par XPS et XANES. Nous avons mis en évidence une oxydation de ces éléments, entraînant la formation d'oxydes volatils. Dans le cas de l'iode, nous avons conjointement mené des expériences avec de l'iode 131 radioactif et de l'iode stable, montrant une diffusion de cet élément dans les joints de grains du matériau.

L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid) prévoyait l'utilisation de MSGC (MicroStrip Gas Chambers) sur une surface d'environ 200 m2 dans son trajectographe interne. Les conditions d'exploitation (luminosité = 10^34 cm-2.s-1) ont nécessité un important programme d'étude de la fiabilité des MSGC concernant la tenue au flux et la stabilité à long terme. Dans ce cadre, le groupe CMS Traces de Lyon a proposé et évalué une variante des MSGC : les SGC (Small Gap Chambers). Pour étudier la résistance aux radiations des SGC, de nombreux tests ont eu lieu sous un faisceau de pions de 350 MeV au Paul Scherrer Insitut à Zurich. Tout d'abord effectuées sur des chambres de petite taille (5 cm x 2.5 cm), la mesure du taux de décharges et l'extrapolation à 500 jours équivalent LHC ont permis de valider la bonne tenue des détecteurs aux intensités du LHC. Des détecteurs de grande taille (14 cm x 5 cm) ont ensuite été testés. Un étage de préamplification, le GEM (Gas Electron Multiplier) a été ajouté pour compenser l'augmentation du bruit et de la capacité des pistes. Le GEM a apporté une diminution significative du taux de décharges et une augmentation de la marge de fonctionnement. L'étude du vieillissement à long terme des SGC a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X de 55Fe de 6.4 keV durant plusieurs mois. La perte de gain est estimée par une diminution du courant, mesurée en fonction de la charge intégrée par centimètre de piste. Les résultats montrent que la perte est d'environ 25% en 5 ans de fonctionnement à haute luminosité au LHC. La reconstruction des traces d'électrons dans le trajectographe de CMS est importante car les électrons interviennent dans la signature de nombreux signaux de physique. Une étude a été menée sur l'amélioration de l'efficacité de reconstruction en introduisant une perte d'énergie des électrons par rayonnement de freinage.

Le sujet de cette thèse est la recherche des sélectrons, neutralinos et squarks dans le cadre du modèle GMSB (Gauge Mediated Supersymmetry Breaking) avec le détecteur CMS et l?étude de la compression sans pertes des données. Avec une fréquence de 40 MHz des croisements des faisceaux de protons environ 10^9 interactions proton-proton par seconde se produisent à la luminosité nominale de 10^34 cm-2 s-1. La définition du système de déclenchement et d?acquisition de CMS impose des conditions très restrictives aux données sortantes. La fréquence moyenne des événements sortants doit être inférieure à 100 kHz. La taille moyenne d?un événement provenant du calorimètre électromagnétique doit être inférieure à 100 kilo octets. Cette thèse résumera dans quelle mesure il est possible d?appliquer aux données ainsi obtenues une réduction du volume des données supplémentaire en utilisant les techniques offertes par la compression de données sans pertes. Les grands objectifs du programme de physique du LHC est de comprendre l?origine des masses des particules et de tester l?hypothèse de l?existence d?une symétrie fondamentale entre les fermions et les bosons, la supersymétrie (SUperSYmmetry en anglais d?où SUSY). Dans cette thèse nous montrons comment expérimentalement nous pouvons rechercher, dans le cadre des modèles GMSB (Gauge Mediated SUSY Breaking), les particules supersymétriques au LHC.

La Supersymetrie est la theorie qui semble etre l'extension la plus naturelle du Modele Standard. Dans cette these nous presentons la recherche du sTop, hypothethique partenaire scalaire du quark Top, que nous avons effectuee dans le cadre du Modele Standard Supersymetrique Minimal (MSSM) en utilisant les donnees de l'experience DO prises lors de la Phase I du Tevatron, qui correspondent a une luminosite integree de $108$ pb$^{-1}$. Nous avons selectionne les evenements avec un electron, un muon et de l'energie transverse manquante dans l'etat final, qui peuvent etre le produit de desintegration d'une paire de sTops en 3 corps ($\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$), ou en 4 corps ($\tilde{t} \rightarrow b \oa l {\nu_l}$). En l'absence d'evenements candidats a ce signal, les resultats sont interpretes en terme de limites de section efficace de production du sTop et de regions d'exclusion dans l'espace des parametres ($m_{\tilde{t}},\moa$) ou ($m_{\tilde{t}},\msnu$). L'utilisation inedite au Tevatron de cet etat final pour la recherche du sTop nous a permis d'etablir des contraintes plus fortes que celles obtenues precedemment au LEP ou au Tevatron dans le canal $\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$, et les premieres limites jamais etablies dans le canal de desintegration a quatre corps. Pour le canal a 3 corps, en supposant que le sneutrino soit la particule supersymetrique la plus legere (LSP), la region exclue a $95\%$ de degre de confiance s'etend jusqu'a une masse de sTop de $142$ ($130$) GeV si la masse du sneutrino ($\msnu$) est de $43$ ($86$) GeV. Si le canal a 4 corps domine, et en supposant que le neutralino soit la LSP, les limites dependent de la masse du sneutrino. Si celle-ci est suffisamment legere (${m_{\tilde{\nu}}} \ \lapprox \ 100$ GeV) cette limite atteint une masse de sTop de $132$ GeV pour un neutralino de $60$ GeV. Pour ces recherches, la calorimetrie joue un role central d'un point de vue experimental. L'augmentation de la luminosite attendue dans la Phase II du Tevatron qui a demarre le $1^{er}$ Mars $2001$, et l'amelioration du detecteur qui a ete realisee ces trois dernieres annees permettront d'etendre ces domaines d'exclusion ou de decouvrir le sTop. Nous decrivons donc egalement dans cette these notre contribution a l'amelioration de la calorimetrie, tant sur la calibration electronique du calorimetre a Argon liquide du detecteur DO, que sur les logiciels de reconstruction de l'energie calorimetrique.

La physique hadronique s'intéresse à décrire la structure interne du nucléon. Malgrès de nombreux efforts, la structure non perturbative de la Chromody­namique Quantique QCD) n'est encore comprise que partiellement. Il faut de nouvelles données expérimentales pour guider les théories ou contraindre les modèles. La sonde électromagnétique est ici un outil privilégié. En effet, les électrons sont ponctuels, ne sont pas sensibles à l'interaction forte (QCD) et leur interaction (QED) est connue. Cette sonde propre fournie une image nette du hadron sondé. Les techniques classiques pour sonder la structure électromagnétique du nucléon sont la diffusion élastique d'électron, la diffusion profondément inélastique et la diffusion Compton réelle (RCS) gamma p -> p gamma. La diffusion élastique d'électron sur le nucléon donne accès aux facteurs de forme qui décrivent ses distributions de charge et de magnétisation (chapitre 2), alors que le RCS permet la mesure des polarisabilités électrique et magnétique qui décrivent l'aptitude qu'a le nucléon à se déformer quand il est exposé à un champ électromagnétique (chapitre 2), tandis que la diffusion profondément inélastique donne accès aux densités partoniques. Plus récemment, on s'est intéressé à l'étude de la structure du nucléon par l'intermédiaire de la diffusion Compton virtuelle (VCS) gamma* p -> p gamma (chapitre 3). Contrairement au RCS, l'énergie et le moment du photon irtuel peuvent être variés indépendemment l'un de l'autre. C'est ainsi que le VCS fournit une information nouvelle sur la structure interne du nucléon. Au dessous du seuil de création du pion, le VCS sur le proton donne accès à de nouvelles observables de structure du nucléon, les polarisabilités généralisées, ap­pelées ainsi car elles constituent une généralisation des polarisabilités obtenues avec le RCS. Les polarisabilités généralisées sont fonction du carré Q2 du quadri-moment du photon virtuel. Elles caractérisent la réponse du proton à l'excitation électromagnétique dû au photon virtuel incident. On peut ainsi étudier la déformation des distributions de charge et de courant mesurées en diffusion élastique d'électrons, sous l'influence de la perturbation par un champ électromagnétique. A mesure que l'énergie de la sonde augmente, le VCS devient non seulement un outil de précision pour avoir accès à une information globale sur le proton dans son état fondamental, mais aussi sur tout son spectre d'excitation, procurant ainsi un nouveau test de notre compréhension de la structure du nucléon. Expérimentalement, on peut accéder au VCS par l'électroproduction d'un photon réel sur le proton e p -> e p nu. Dans le processus VCS proprement dit, un photon virtuel est échangé entre l'électron incident et le nucléon cible qui émet alors un photon réel. Cette mesure n'est pas aisée etant donné la faible amplitude des sections efficaces mises en jeu. De plus, le VCS n'est obtenu que par interférence avec le terme de Bethe-Heitler en particulier (émission d'un photon par l'électron) qui domine ou interfère fortement. Par ailleurs, l'émission d'un pion neutre qui décroît en deux photons est à l'origine d'un bruit de fond physique qui peut géner l'extraction du signal VCS. La combinaison de l'accélérateur CEBAF (chapitre 5) de faible émittance par rapport à d'autres installations, de grand cycle utile et de grande luminosité ainsi que les spectromètres haute résolution de la salle expérimentalle Hall A (chapitre 6) a permis d'étudier le VCS courant mars-avril 1998 à Jefferson Lab situé dans l'état de Virginie aux Etats-Unis. Les données de cette présente thèse ont ainsi été prises à Q2 = 1 (GeV/c) à l'aide d'un faisceau d'électrons de 4 GeV incident sur une cible cryogénique d'hydrogène liquide. L'électron et le proton diffusés furent détectés respectivement dans les spectromètres (et détecteurs associés) Electron et Hadron du Hall A. Les particules incidentes étant également connues, une technique de masse manquante a été utilisée pour isoler les photons VCS (chapitre 4). Un des problèmes majeurs dans la sélection des événements VCS provient d'une très large pollution par des protons de transmission (chapitre 9). Ces derniers sont en fait détectés alors qu'ils auraient dû être stoppés au niveau du collimateur à l'entrée du bras Hadron. On attribut leur origine à des cinématiques élastique pure, élastique radiative et de création de pion neutre. Cependant les variables reconstruites au vertex de tels événements sont entachées d'inconsistance, ce qui permet leur rejection. Après calibration de l'équipement (chapitre 7) et analyse des données (chapitres 8 à 11), des sections efficaces furent extraites mais restent préliminaires. Un intervalle de valeur pour chacune de deux fonctions de structure faisant intervenir les polarisabilités généralisées fut alors obtenu à Q2 = 0,93 GeV2 : PLL - PTT/epsilon in [4;7] GeV-2 et PLT in [-2;-1] GeV-2. Ce nouveau point sur une courbe présentant chacune des fonctions de structure précédentes en fonction de la variable Q2 s'ajoute aux résultats RCS et d'une précédente expérience VCS. L'interprétation de ces courbes confirme une forte compensation des contributions para- et dia-magnétique du proton. La comparaison de l'évolution en Q2 des polarisabilités généralisées électrique et magnétique nous permet finalement d'observer les différences de réarrangement spatial des distributions de charge et de courant.

Le document discute la problematique de la propagation d'incertitudes mutliples dans l'analyse bayesienne d'une combinaison de processus de Poisson. Une méthode originale d'échantillonnage partiel de la densité a posteriori par chaine de Makov est présenté puis appliquée à la recherche de quarks tops célibataire au LHC. Une dernière partie utilise la même méthode pour sonder la sensibilité furure d'ATLAS à certains paramètres de nouvelle physique.

Le thème central de la thèse est la mesure de la section efficace de production des électrons venant de la désintégration des quarks lourds (b et c) avec l'expérience ATLAS dans les collisions proton-proton à sqrt(s)=7 TeV au LHC. La calibration du calorimètre électromagnétique et la reconstruction des électrons jouent un rôle cardinal dans l'analyse développée dans cette thèse. Ces thématiques sont traitées dans la première partie du manuscrit. L'étude des systématiques liées à la variation des constantes de calibration paramétrant la chaîne de lecture du calorimètre et qui affectent la reconstruction de l'énergie des cellules est présentée. La description des procédures de reconstruction des événements dans le détecteur ATLAS est ensuite traitée. Les cas de mauvaise reconstruction sont abordés et une étude de l'estimation du taux des faux leptons dans des événements multi-jets est présentée. La deuxième partie de la thèse est dédiée à la mesure de la section efficace de production des électrons issus de la désintégration des quarks lourds. Un panorama des prédictions théoriques est présenté en introduction à la mesure expérimentale qui a été réalisée avec un lot de données correspondant à une luminosité intégrée de 1.3 pb-1 enregistré pendant la période de démarrage d'ATLAS. Outre son intérêt théorique, cette mesure permet également une vérification des performances attendues du détecteur directement sur les données. Les bruits de fond et l'efficacité d'identification des électrons sont estimés par une méthode basée sur les données.

Il y a 75 ans, Ettore Majorana montrait que le neutrino, seule particule élémentaire de matière de charge électrique nulle, pouvait théoriquement être identique a son antiparticule. Si tel est le cas, alors un phénomène naturel nouveau devrait apparaître pour quelques rares isotopes : leur double désintégration beta sans émission de neutrino (0). La signature expérimentale de ce processus est simple : l'observation de deux électrons émis par le noyau dont la somme de leur énergie correspond a l'énergie de transition. Mais ce processus, s'il existe, est infiniment rare. La principale difficulté dans cette recherche est donc instrumentale : réussir à développer un détecteur ultra basse radioactivité, sans aucun bruit de fond. J'ai choisi comme première partie de mon HDR, d'écrire une revue expérimentale relativement détaillée des différents projets, mon souhait étant de montrer pour chaque expérience, ses avantages et limitations en mettant l'accent sur les techniques utilisées pour supprimer les bruits de fond. Ayant été très impliqué dans l'expérience NEMO-3, et travaillant maintenant dans le nouveau projet SuperNEMO, j'ai davantage détaillé ces deux expériences. J'ai également détaillé les projets de bolomètres scintillants. C'est en effet une technique que j'avais particulièrement étudiée ces dernières années car elle me semble être très prometteuse. Le dernier chapitre de cette première partie est un résumé permettant au lecteur qui le souhaite une revue plus rapide des différents projets actuels. Depuis 5 ans, je développe un détecteur basse radioactivité, appelé BiPo, dont l'objectif est de mesurer la radiopureté en 238U et 232Th des futures feuilles sources émettrices double beta qui seront installées dans le détecteur SuperNEMO. J'ai donc choisi comme deuxième partie de mon HDR, de présenter ce détecteur et de résumer les différents résultats obtenus.

Cette thèse présente la première mesure de production du W Z avec le détecteur CMS au LHC en utilisant les modes leptoniques. La réponse du calorimètre électromagnétique (ECAL) est étudiée par la mesure du pouvoir d'arrêt de muons dans le tungstate de plomb d'ECAL. Les électrons sont validés avec les premières données pour être utilisable dans toutes les analyses. Avec les données de rayons cosmiques, le pouvoir d'arrêt de muons traversants le tungstate de plomb du calorimètre électromagnétique a été mesuré pour une gamme d'impulsion 5-1000 GeV/c. Le résultat compatible avec l'attendu a permis de valider l'échelle d'énergie d'ECAL, déterminée auparavant avec un faisceau d'électrons de 120 GeV/c, dans la région du sub-GeV en accord avec 1.004+0.002-0.003(stat.) ±0.019(syst.). Les données des premières collisions de LHC ont permis la vérification des algorithmes de reconstruction des électrons, en particulier pour la détermination des pré-traces dans la partie la plus interne du trajectographe. Les algorithmes ont été optimisés, sur des électrons issus de désintégrations de bosons W et entièrement validés avec 14/pb de données environ. La mesure physique est la section efficace de production des bosons associés WZ dans les collisions proton-proton à √s =7TeV. La signature claire de la désintégration en leptons permet l'extraction efficace du signal et la réjection du bruit de fond, pour chaque canal considéré. Le premier évènement a été observé avec 36/pb de données. Avec 1.09/fb, la section de production de WZ a été mesurée pour la première fois à √s =7TeV σ(WZ) = 19.11+3.30-2.53(stat.)±1.10(syst.)±1.15(lumi.)pb et trouvée en accord avec la prédiction du Model Standard (18.57+0.75-0.58 pb NLO).

L'interaction spin-orbite dépend de l'orientation relative du spin et du moment angulaire ainsi que sur la dérivée de la densité du noyau. Dans le but de tester cette dépendance en densité, nous proposons une méthode originale basée sur la comparaison du noyau "bulle" de 34Si et le noyau "normal" de 36S. Le 34Si présente un appauvrissement de sa densité centrale qui créé une dérivée centrale non nulle et impliquerait un changement de l'intensité de l'interaction spin-orbite pour les orbites intérieures comme les orbites p (L = 1). Effectuer des réactions de transfert (d,p) permet de déduire l'écart en énergie entre les partenaires spin-orbite p3/2 et p1/2. Selon les modèles, l'écart spin-orbite varie de 7% (interaction VlowK) à 70% (modèle champ moyen relativiste) entre le 36S et le 34Si. Les faisceaux de 36S et 34Si, produit avec le spectromètre LISE à 20A.MeV, ont été envoyé sur une cible de CD2. Les particules incidentes sont suivies avec 2 détecteurs gazeux CATS. Les protons émis durant la réaction sont identifiés par 4 détecteurs Silicium segmentés (MUST2) placés aux angles arrières. Les 4 détecteurs EXOGAM (détecteur Germanium segmenté) ont détectés les photons émis en coïncidence. Les noyaux produits sont identifiés avec une chambre à ionisation et un détecteur plastique. Les spectres d'énergie d'excitation du 35Si et du 37S ont été déterminés jusqu'à environ 7 MeV. Les facteurs spectroscopiques et les énergies des états p et f ont été mesurés pour la première fois dans le 35Si. Ces deux noyaux montrent de fortes similarités pour les états f7/2 et f5/2, alors que l'écart en énergie des états p3/2 et p1/2 est réduit de 55% ce qui prouve manifestement la dépendance en densité de l'interaction spin-orbite.