Face à la nature inconnue de l'énergie noire et de la matière noire, des modèles à champ scalaire léger ont été proposés pour expliquer l'accélération tardive de l'expansion de l'Univers et l'apparente abondance de matière non baryonique dans l'Univers. Dans une première partie, cette thèse confronte de la façon la plus précise possible les données de cosmologie les plus récentes au modèle du Galiléon, une théorie de gravité modifiée possédant des propriétés théoriques particulièrement intéressantes. Des contraintes observationnelles sur les paramètres du modèle sont dérivées en utilisant les dernières mesures liées aux distances cosmologiques et à la croissance des grandes structures de l'Univers. Un bon accord est observé entre les données et les prédictions théoriques, faisant du Galiléon un modèle alternatif compétitif avec celui de la constante cosmologique. Dans une seconde partie, la production de Branons, particules scalaires candidates au statut de matière noire venant d'une théorie de dimensions supplémentaires, est recherchée dans les collisions proton-proton enregistrées en 2012 par l'expérience Compact Muon Solenoid auprès du Grand Collisionneur de Hadrons. Des événements présentant un photon et de l'énergie transverse manquante dans l'état final sont sélectionnés dans les données et comparés aux estimations des bruits de fonds attendus. Aucun excès d'événements n'étant observé, des limites expérimentales sur les paramètres de la théorie du Branon sont calculées. Elles sont les plus contraignantes à ce jour. Cette thèse se conclut par des arguments pour une description unifiée des deux modèles étudiés, dans le cadre des théories de dimensions supplémentaires. / The nature of dark energy and dark matter is still unknown today. Light scalar field models have been proposed to explain the late-time accelerated expansion of the Universe and the apparent abundance of non-baryonic matter. In the first part of this thesis, the Galileon theory, a well-posed modified gravity theory preserving the local gravitation thanks to the Vainshtein screening effect, is accurately tested against recent cosmological data. Observational constraints are derived on the model parameters using cosmological distance and growth rate of structure measurements. A good agreement is observed between data and theory predictions. The Galileon theory appears therefore as a promising alternative to the cosmological constant scenario. In the second part, the dark matter question is explored through an extra-dimension theory containing massive and stable scalar fields called Branons. Branon production is searched for in the proton-proton collisions that were collected by the Compact Muon Solenoid experiment in 2012 at the Large Hadron Collider. Events with a single photon and transverse missing energy are selected in this data set and compared to the Standard Model and instrumental background estimates. No signature of new physics is observed, so experimental limits on the Branon model parameters are derived. This thesis concludes with some ideas to reach an unified description of both models in the frame of extra-dimension theories.

Les travaux présentés dans cette thèse contraignent les paramètres d'un modèle de cosmologie, le modèle du galileon, et d'un modèle de physique des particules, le modèle du branon, qui sont des extensions des modèles standards. Ces modèles, qui supposent l'existence d'un champ scalaire additionnel et peuvent trouver leurs origines dans les théories à dimensions supplémentaires, offrent des explications élégantes aux questions de la nature de l'énergie noire et de la matière noire respectivement. La première partie de cette thèse présente les prédictions du modèle du galileon et les résultats obtenus par leur comparaison aux observations cosmologiques et astrophysiques récentes. Cette étude montre que le modèle du galileon a de sérieuses difficultés à reproduire ces observations, qui regroupent le fond diffus cosmologique, les mesures liées aux distances cosmologiques, et l'observation d'un évènement par ondes gravitationnelles et contrepartie électromagnétique. La seconde partie décrit la recherche de branons dans les collisions proton-proton enregistrées en 2016 par le Solénoïde Compact à Muons au Grand Collisionneur de Hadrons, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Des évènements qui présentent un jet de haute énergie, produit par un quark ou gluon ou bien par désintégration hadronique d'un boson vecteur, et de l'énergie transverse manquante dans l'état final sont sélectionnés et comparés aux estimations pour les évènements de bruits de fond. Aucun excès d'évènements n'est observé, ce qui permet de poser des contraintes sur les valeurs possibles des paramètres du modèle du branon. / This PhD thesis presents constraints on the parameters of a cosmological model, the galileon model, and a particle physics model, the branon model. Both are extensions of the standard models that include an additional scalar field and that can be built from extra dimensions theories. The galileon model propose an alternative to the cosmological constant as the nature of dark energy, and the branon model give a dark matter particle candidate. The first part of this thesis shows the predictions of the galileon model and the results obtained from their comparison with recent cosmological and astrophysical observations. The set of observations used contains the cosmic microwave background, cosmological distances measurements and the detection of gravitational waves along with their electromagnetic counterpart from the merger of a binary star system. The study shows that the galileon model has serious difficulties to reproduce these observations. The second part describe the search for branons in proton-proton collisions data at 13 TeV collected in 2016 with the Compact Muon Solenoid at the Large Hadron Collider. Events with high energy jets, produced by a quark, a gluon or a vector boson decaying hadronically, and missing transverse energy in the final state are selected and compared to background estimations. No excess of event has been found allowing for experimental constraints to be put in the parameter space of the branon model.