Nous introduisons un formalisme adéquat pour étudier les collisions hadroniques dans la limite de haute énergie en chromodynamique quantique (QCD), et la transition vers le régime de saturation. Dans ce formalisme, nous redérivons les résultats connus nécessaires pour présenter nos recherches personnelles, et nous calculons différentes sections efficaces dans le contexte de la diffraction dure et de la production de particules. Nous étudions la transition vers le régime de saturation dans le cadre de l'équation BK; en particulier, nous dérivons certaines propriétés de ses solutions. Nous appliquons nos résultats à la diffusion profondément inélastique et nous montrons que, dans le domaine d'énergie du collisionneur HERA, les prédictions de la QCD à haute énergie sont en bon accord avec les données. Nous considérons aussi la production de jets dans les collisions hadroniques et discutons des possibilités de tester la saturation au LHC.

L'experience ATLAS, installee au CERN, exploitera les collisions de protons du LHC pour approfondir le Modele Standard, et chercher d'éventuelles traces de nouvelle physique. L'une de ses tâches principales sera la recherche du boson de Higgs. Cette these décrit d'abord les derniers algorithmes d'etiquetage des jets b en date, et propose une methode de calibration basee sur les premieres donnees que le d´etecteur recueillera à partir de 2007. Puis l'hypothese d'un boson de Higgs de faible masse (mH < 135 GeV/c2) est consideree. Dans cette plage de masse, il devrait se désintegrer preferentiellement en une paire de quarks b. Le canal ttH a ete etudie pour la premiere fois en simulation détaillée, et avec les methodes d'etiquetage des jets b les plus récentes. Pour une luminosité integree de 30 fb−1 (trois ans de prise de données), le rapport S/pB caractérisant la sensibilité de cette analyse est 4,9, permettant une observation non ambigüe du boson de Higgs dans ce canal.

Plusieurs observations astronomiques indiquent que la densité de matière dans notre Univers est dominée par sa composante invisible. Parmi les particules pouvant constituer cette matière, le neutralino est un candidat supersymétrique favorisé. Cette thèse s'est faite dans le cadre de la collaboration EDELWEISS. Cette expérience tente de mettre en évidence l'interaction d'un neutralino avec un noyau cible. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une partie importante du bruit de fond associé aux interactions électroniques. Actuellement, les expériences utilisant des bolomètres double composante permettant une discrimination du bruit de fond sont les plus sensibles. Les sensibilités diminuent en augmentant la masse de détecteurs et bientôt ces expériences commenceront à être limitées par le bruit de fond neutron induit par les muons cosmiques résiduels. Ce travail de thèse présente une étude détaillée des interactions inélastiques des muons (d'énergie moyenne 300 GeV au Laboratoire Souterrain de Modane) et de la production de neutrons engendrés par les muons dans différents matériaux à l'aide de simulation GEANT. Cette étude s'inscrit dans le développement des simulations de l'expérience EDELWEISS-II qui prévoit à terme l'installation de 120 détecteurs germanium. Pour rendre ces simulations les plus réalistes possibles, nous intégrons les distributions caractéristiques des muons au LSM obtenues à l'aide des données du détecteur Fréjus. Les flux de neutrons produits par les muons atteignent un tel niveau que la collaboration a décidé de mettre en place un veto muon afin de signer leur passage à l'intérieur de l'expérience EDELWEISS-II. Nous développons aussi un étude expérimentale d'un scintillateur plastique qui sera le constituant principal du veto muon. L'expérience M3 (Mesure Muon Modane) permet l'identification des muons au LSM et donne accès au spectre expérimental des pertes d'énergie des muons par ionisation. Enfin, les résultats obtenus par simulation sur l'efficacité de détection du veto muon seront présentés.Plusieurs observations astronomiques indiquent que la densité de matière dans notre Univers est dominée par sa composante invisible. Parmi les particules pouvant constituer cette matière, le neutralino est un candidat supersymétrique favorisé. Cette thèse s'est faite dans le cadre de la collaboration EDELWEISS. Cette expérience tente de mettre en évidence l'interaction d'un neutralino avec un noyau cible. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une partie importante du bruit de fond associé aux interactions électroniques. Actuellement, les expériences utilisant des bolomètres double composante permettant une discrimination du bruit de fond sont les plus sensibles. Les sensibilités diminuent en augmentant la masse de détecteurs et bientôt ces expériences commenceront à être limitées par le bruit de fond neutron induit par les muons cosmiques résiduels. Ce travail de thèse présente une étude détaillée des interactions inélastiques des muons (d'énergie moyenne 300 GeV au Laboratoire Souterrain de Modane) et de la production de neutrons engendrés par les muons dans différents matériaux à l'aide de simulation GEANT. Cette étude s'inscrit dans le développement des simulations de l'expérience EDELWEISS-II qui prévoit à terme l'installation de 120 détecteurs germanium. Pour rendre ces simulations les plus réalistes possibles, nous intégrons les distributions caractéristiques des muons au LSM obtenues à l'aide des données du détecteur Fréjus. Les flux de neutrons produits par les muons atteignent un tel niveau que la collaboration a décidé de mettre en place un veto muon afin de signer leur passage à l'intérieur de l'expérience EDELWEISS-II. Nous développons aussi un étude expérimentale d'un scintillateur plastique qui sera le constituant principal du veto muon. L'expérience M3 (Mesure Muon Modane) permet l'identification des muons au LSM et donne accès au spectre expérimental des pertes d'énergie des muons par ionisation. Enfin, les résultats obtenus par simulation sur l'efficacité de détection du veto muon seront présentés.

L'analyse des anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB) en température et en polarisation permet de contraindre une grande partie des paramètres cosmologiques décrivant le modèle du Big-Bang et l'Univers primordial. Cette thèse s'articule autour des mesures de l'expérience embarquée en ballon Archeops et de la future mission satellite Planck dont Archeops est le prototype. <br />Après une description générale du modèle standard en cosmologie et de la physique du CMB, cette thèse aborde plus particulièrement le mécanisme de "reheating" qui, à la fin de l'inflation, permet le réchauffement de l'Univers et la formation de la matière. <br />La suite de ce travail présente les expériences Archeops et Planck et l'analyse de leurs données. Dans ce cadre, j'ai développé plusieurs méthodes permettant l'étude des signaux des rayons cosmiques, la mesure des temps de réponse des bolomètres ainsi que la prise en compte de l'asymétrie des lobes optiques. <br />L'étude des anisotropies passe par l'estimation des spectres de puissance en température et polarisation. Je présente une méthode rapide et non-biaisée donnant également une estimation analytique précise des barres d'erreur sans avoir recours aux simulations Monte-Carlo. Cette méthode a fourni la dernière estimation du spectre de puissance d'Archeops. <br />Enfin, la dernière partie traite de l'implication des résultats d'Archeops pour WMAP et Planck. Une analyse jointe Archeops-WMAP montre la cohérence des mesures CMB sur une large gamme de fréquences et la détection de l'effet Sunyaev-Zel'dovich. Par ailleurs, l'extrapolation des spectres polarisés des avant-plans galactiques mesurés par Archeops sert de référence pour Planck.

Après une introduction à ce mémoire d'habilitation au chapitre 1, je rappelle l'état des lieux de nos connaissances en physique du neutrino au chapitre 2.<br />Je détaille ensuite dans le chapitre 3 les choix effectués pour la conception et la réalisation du détecteur NEMO 3, consacré aux études des processus de double désintaégration bêta. Les performances complètes du détecteur sont aussi rappelées, tant en terme d'identification des fonds, que pour l'ensemble des processus bêta bêta, ainsi que les moyens utilisés par la collaboration pour réduire d'un facteur dix le bruit de fond dû à la présence de radon dans le détecteur, le rendant ainsi négligeable. Ce chapitre, correspondant au "Technical Report" de l'expérience NEMO 3, est écrit en anglais et forme un ensemble complet destiné aux collaborateurs de l'expérience NEMO.<br />Je termine ce mémoire avec le chapitre 4, par une prospective à dix ans sur les futurs projets expérimentaux en physique de la double désintégration bêta, en insistant d'une part sur le projet SuperNEMO et le programme de R&D à réaliser en France au cours des trois prochaines années, et d'autre part sur la comparaison avec les expériences qui me semblent les plus prometteuses, comme GERDA ou CUORE, avec notamment l'étude de l'effet ds éléments de matrice nucléaires sur la mesure de la masse effective du neutrino.

Le quark top (t) découvert en 1995, pourrait être le sujet de la manifestation de nouvelles interactions et sa production en paires ttbar est un bruit de fond pour la recherche de processus rares.<br />Le Tevatron, collisionneur proton/anti-proton avec une énergie dans le centre de masse de 1.96 TeV, produit des paires top/anti-top avec une section efficace théorique de 7 pb.<br />La section efficace de production ttbar est mesurée dans le canal "électron+jets" en utilisant une luminosité intégrée de 360 pb-1 prise avec le détecteur D0. Dans un lot enrichi en désintégrations électronique de bosons W, le nombre d'évènments de signal est estimé grâce à des critères topologiques. La mesure est 9.0 +/- 2.0 +/- 1.7 +/- 0.- pb.<br />La calibration des gains et des non-linéarités de l'électronique du calorimètre, essentiel à cette mesure, est effectuée. L'algorithme T42 est présenté, il permet une suppression du bruit électronique du calorimètre en conservant les signaux de plus de 4sigma et leurs voisins directs de plus de 2.5sigma.

Le sujet de cette thèse est la recherche de particules supersymétriques dans l'expérience D0 auprès de l'accélérateur du Tevatron où se produisent des collisions protons-antiprotons à une énergie $\sqrt{s}=1.96 TeV dans le centre de masse. De nombreux argument plaident en faveur du fait que le Modèle Standard malgré ses nombreux succès ne serait qu'une théorie effective décrivant les interactions à basse énergie entre les particules élémentaires. Le Tevatron étant à l'heure actuelle le collisionneur le plus énergétique au monde permet de rechercher les particules supersymétriques non découvertes à ce jour. L'analyse a porté sur un échantillon de données correspondant à une luminosité intégrée de 352 pb$ç{-1}$ (2001-2004). Le modèle supersymétrique retenu est celui où la R-partité est non-conservée par couplage $\lambda_133}$. L'état final peut être caractérisé par la présence de deux électrons, d'énergie transverse manquante et d'au moins un tau se désintégrant de façon hadronique. Aucun excès d'événéments avec une telle signature n'ayant été identifié, de nouvelles limites inférieures sur les masses des neutralinos et charginos ont été obtenues. Afin de pouvoir mener cette analyse à bien nous avons au préalable développé une méthode d'identification des leptons taus dans leurs modes hadroniques. Cette méthode s'appuie sur des réseaux de neurones et utilise les informations du calorimètre et du trajectographe ayant trait à l'isolation et aux dépôts énergétiques longitudinaux et transverses des taus. L'efficacité et la validité de cette méthode ont été estimées dans les données à l'aide du processus Z $\rightarrow \tau \tau \rightarrow \mu \tau _hadr}$. Cette méthode d'identification à l'aide de réseaux de neurones permet de rejeter l'important bruit de fond des jets QCD d'un facteur 100 pour environ 50% d'efficacité. Elle est à l'heure actuelle un outil officiel de l'expérience D0.

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.

Les théories de grande unification sont une extension possible au modèle standard. Elles impliquent l'existence d'un boson de jauge neutre supplémentaire, le Z'. L'étude des paramètres de ce boson dans le canal électronique, notamment la mesure de sa largeur, nécessite une bonne uniformité et une bonne résolution du calorimètre électromagnétique. La première partie de cette thèse, consiste en l'étude de la réponse de la partie tonneau du calorimètre électromagnétique d'ATLAS à un faisceau d'électrons de 245 GeV. La mesure de son uniformité a représenté la majeure partie de ce travail. Pour faire cette mesure, une recherche des canaux à problème dans le calorimètre a été faite et des corrections permettant de prendre en compte différents effets liés au détecteur et de considérer tous les événements enregistrés ont été développées. Dans la deuxième partie, j'ai étudié le potentiel d'ATLAS dans l'étude du Z' se désintégrant en leptons et plus particulièrement en électrons. Une étude de la cinématique et des bruits de fond a tout d'abord été faite. Cette analyse a porté sur les possibilités de différencier les modèles de grande unification possibles, et sur la possibilité de découvrir le Z', pour des masses allant de 1 TeV à 4 TeV.

LHCb est une expérience dédiée à l'étude de la violation CP dans le système des mésons B et à l'étude de leurs désintégrations rares. En 2000, la collaboration a décidé de modifier son appareillage pour minimiser la matière rencontrée par les particules et optimiser le système de déclenchement. C'est dans ce contexte que se place cette thèse qui comprend trois parties. La première est relative à l'identification des électrons qui est principalement basée sur l'information fournie par le système des calorimètres mais tire aussi profit des mesures du RICH et du détecteurs à muons. L'efficacité d'identification des électrons est environ 94% avec un taux d'identification de pions comme électrons égal à 0.7% et une pureté de l'échantillon d'électrons de 65%. Dans la première partie est aussi présentée la reconstruction des photons Bremsstrahlung, qui permet une sélection du J/psi se désintégrant en paire e+e- et ainsi celle du canal B0d→ J/psi(ee) Ks. La deuxième partie décrit la sélection de ce canal qui consiste en un ensemble de coupures cinématiques et topologiques. L'efficacité totale de sélection est 0.176% correspondant à 28000 événements reconstruits par an, avec un rapport B/S, pour le fond bb inclusif, comprit dans l'intervalle à 90% de niveau de confiance [0.017;0.069]. Enfin, dans la dernière partie sont présentées les méthodes d'étiquetage de la saveur des mésons B. L'ajout de l'information fournie par le détecteur de vertex permet de rejeter les électrons issus de conversion de photon et ainsi d'améliorer sensiblement les performances. Ces performances ont ensuite été utilisées pour déterminer la sensibilité de l'expérience LHCb à la mesure de sin(2beta). L'erreur statistique attendue sur sin(2beta), après un an de prise de données correspondant à une luminosité intégrée de 2 fb-1 et une section efficace de production des paires bb de 0.5 mb, varie de 0,015 à 0.020 en fonction des paramètres sin(2b) et |lambda f| et du niveau de bruit de fond.