La supersymétrie est une extension possible du modèle standard. Il faut en maîtriser autant les aspects formels que la phénoménologie caractéristique pour espérer découvrir si c'est une symétrie choisie par la nature. La supersymétrie offre un candidat privilégié pour la matière noire : le neutralino le plus léger , un des enjeux actuels est de comprendre au mieux les spectres d'annihilation de neutralinos produisant des particules détectables. Ainsi, le canal Zh est important de par la nature dure de son spectre. Cependant, la section efficace d'annihilation de neutralinos dans ce canal est supprimée quand la supersymétrie est brisée. L'annulation de ce canal est alors à chercher dans des phénomènes connus pour le MS : indépendance de jauge et unitarité UV de la théorie. En outre, la suppression est liée au caractère Majorana des neutralinos , mais aussi à la limite d'annihilation au repos, qui confère une polarisation au boson Z. Le même phénomène de polarisation est mis en évidence pour l'annihilation en WW. Néanmoins, la polarisation des W ne supprime pas le canal mais modifie la forme des spectres de ses produits de désintégration qui pourraient être détectés.<br />D'un point de vue plus formel, les différentes représentations sur le super-espace du multiplet (0,1/2) sont passées en revue. Nous nous concentrons sur deux représentations spécifiques, le multiplet de 3-forme et le multiplet X. Le premier nous permet de réaliser un mécanisme de brisure de supersymétrie de type O'Raifeartaigh, sans singlet dans le superpotentiel. Le second multiplet contient les propriétés d'une brisure de supersymétrie. Nous mettons en évidence une relation de dualité entre ces deux représentations.

Dans le cadre de la chromodynamique quantique, le nucléon est décrit comme constitué de trois quarks de valence plongés dans une mer virtuelle de paires de quark-antiquark et de gluons. L'étrangeté est la plus légère des saveurs n'ayant pas de contribution de valence. Elle est de ce fait un excellent candidat pour étudier cette mer, dont le rôle bien qu'important reste peu compris. La contribution du quark étrange aux distributions de charge et de magnétisation du nucléon est accessible par des mesures d'asymétries de violation de parité en diffusion élastique d'électrons polarisés sur cible de nucléon. Un programme expérimental mondial, dans lequel se place l'expérience G0, est engagé dans ce but. Cette expérience et l'analyse des résultats de sa première phase aux angles avant constituent l'objet de cette thèse.<br /><br />Ce document présente les motivations physiques et les différentes signatures de l'étrangeté aux propriétés du nucléon (masse, spin, impulsion). Nous développons le formalisme de la sonde électro-faible et de ses facteurs de forme, puis le principe de la mesure d'asymétrie de violation de parité. Suit une description du dispositif expérimental, mis en place dans le Hall C du Jefferson Laboratory (Newport-News, USA) ; celui-ci étant conçu pour mesurer sur un large domaine en quadri-moment transféré de 0.1 à 1 (GeV/c)2 des asymétries de l'ordre de 10-6 avec une précision relative de 5 à 10 %. Nous détaillons ensuite toutes les étapes d'analyse permettant de passer des taux de comptage mesurés à une asymétrie physique de violation de parité, en soulignant le travail mené pour estimer les erreurs systématiques. Les résultats de la première phase aux angles avant, puis leur mise en contexte avec les autres expériences et le cadre théorique sont finalement présentés. Nous montrons alors qu'une contribution non nulle des paires de quark-antiquark étranges est favorisée.

la physique des particules s'appuie sur une théorie dont les prédictions sont mesurables dans les grands collisionneurs. Les résultats obtenus confortent cette theorie electrofaible de basse énergie mais aucune déviation aujourd'hui n'annonce de la nouvelle physique. Ce qui devient étonnant, c'est qu'aucun des résultats ne confortent les observations venant de l'Univers. Que ce soit pour expliquer la baryogénèse primordiale ou la matière et l'énergie noire, responsable de l'acceleration de l'expansion de l'Univers. Dans cette habilitation, j'ai retracé quelques résultats électrofaibles du LEP (Higgs et boson W) ainsi que des mesures de violation CP. Je les compare aux attentes cosmologiques en terme de baryogénése primordiale et de quantité d'énergie noire et je montre que le modèle Standard actuel ne peut repondre a ces questions. Je finis par une analyse des approches théoriques et expérimentales pour répondre à ce grand problème actuel.

Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo est un interféromètre laser pourvu de bras d'une longueur de trois kilomètres. Ce détecteur a atteint une sensibilité qui permet depuis mai 2007 de mener une première prise de données scientifiques en réseau avec les autres interféromètres mondiaux. Parmi les sources d'ondes gravitationnelles prometteuses pour ce réseau figurent les coalescences de systèmes binaires d'astres compacts. La connaissance théorique solide du rayonnement gravitationnel émis par ces sources permet d'envisager, malgré l'amplitude faible des signaux recherchés, une méthode de recherche performante. A partir de calques décrivant le rayonnement émis, on peut en effet filtrer les données pour en extraire un signal physique éventuellement présent et "noyé" dans le bruit du détecteur. Le travail présenté dans cette thèse s'intéresse à différents aspects de cette recherche.<br /><br />La sensibilité actuelle du détecteur a été atteinte après une période de mise en route de l'interféromètre marquée par différentes campagnes de prises de données. L'analyse dans le contexte d'une recherche de systèmes binaires d'étoiles à neutrons des données recueillies depuis août 2005 s'est concentrée sur la notion de qualité de données et a conduit à développer des méthodes d'exclusion d'événements liés à un fonctionnement anormalement bruyant de l'interféromètre. La compréhension de ces sources de bruit a parfois permis d'en améliorer le fonctionnement.<br /><br />La méthode d'analyse utilisée pour la recherche de systèmes binaires d'étoiles à neutrons peut s'avérer mal adaptée au cas de systèmes binaires plus massifs comportant un ou deux trous noirs. Après avoir clarifié ce point, nous envisageons dans le contexte du détecteur Virgo fonctionnant à sensibilité nominale différentes solutions pour une recherche performante de tels systèmes. Il s'agit d'une part de l'utilisation d'une famille de calques de détection, dont on confirme les performances. D'autre part, on s'intéresse à l'utilisation de calques spécifiquement adaptés à la description de l'évolution de systèmes binaires de trous noirs. Certains aspects techniques nécessaires à la mise en oeuvre d'une recherche utilisant ces solutions sont discutés. <br /><br />Enfin, le dernier aspect de la recherche de systèmes binaires abordé concerne l'analyse en réseau des données recueillies par les différents détecteurs mondiaux. En utilisant des données simulées, on montre que la définition d'un nouveau temps de référence pour les événements de coalescences permet d'améliorer la précision de reconstruction de la position des sources binaires.

En 2007 aura lieu au CERN le démarrage du collisionneur LHC qui étudiera l'origine de la masse et cherchera les signes d'une nouvelle physique. L'expérience ATLAS en exploitera les potentialités avec un détecteur généraliste multicouches.<br />L'étude du quark top sera une étape importante : ses propriétés peuvent révéler une éventuelle nouvelle physique. Dans ce but, la polarisation du quark top et du boson W ont été étudiées avec une simulation détaillée du détecteur, dont les résultats confirment la simulation simplifiée. Ils indiquent une précision de 1 à 7 % avec 10 fb-1 de données, adéquate pour écarter ou retenir divers modèles de nouvelle physique.<br />Le calorimètre électromagnétique d'ATLAS est crucial pour l'observation des électrons et photons, et donc pour la recherche du boson de Higgs. Sa mise en route est illustrée ici par l'analyse des rampes reliant le calibrage au signal mesuré, ainsi qu'une analyse des muons cosmiques, premier test de la chaîne de lecture dans de vraies conditions de fonctionnement.

L'expérience EDELWEISS recherche une des principales composantes de la matière noire, sous la forme de particules appelées WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles). Cette particule, dont la supersymétrie donne un candidat théorique naturel, le neutralino, pourrait constituer une grande fraction de la masse de l'Univers. Les WIMPs sont supposés être présents sous la forme d'un halo sphérique entourant les galaxies.La méthode de la détection directe des WIMPs présents dans le halo de notre galaxie repose sur la mise en évidence de leur interaction avec un noyau cible. L'expérience EDELWEISS utilise cette technique avec des détecteurs cryogéniques à double composante. La détection d'une particule se fait par la mesure simultanée des charges et des phonons créés lors de son interaction avec un noyau. Cette double détection permet de discriminer les reculs électroniques dus en majorité à des gammas, des reculs nucléaires dus à des neutrons ou des WIMPs. Ce travail de thèse effectué dans le cadre de la collaboration EDELWEISS présente l'analyse des données de la première phase de l'expérience. Nous détaillerons en particulier les résultats obtenus durant la dernière campagne de données qui a vu fonctionner simultanément trois détecteurs de 320 grammes.Nous présenterons une comparaison entre une simulation et des données expérimentales d'un étalonnage de la réponse aux reculs nucléaires à l'aide d'une source émettrice de neutrons. La limite supérieure sur le taux d'événements WIMP est déterminée avec une méthode tenant compte de la forme du signal attendu sans toutefois faire d'hypothèse quant à la présence ou la forme d'un éventuel bruit de fond. Ceci nous a permis de déduire une limite supérieure sur la section efficace d'interaction d'un WIMP avec un nucléon en fonction de la masse du WIMP.

Ce mémoire présente principalement mes activités dans l'expérience Virgo de recherche d'ondes gravitationnelles.<br />Je rappelle cependant dans une courte introduction mes activités dans l'expérience NOMAD et je dresse, dans un premier chapitre,<br />un état des lieux sur la détection des neutrinos. Je décris ensuite, au chapitre 2, l'état actuel de la détection<br />interférométrique des ondes gravitationnelles. Le troisième chapitre, consacré à l'expérience Virgo, est suivi de<br />trois chapitres décrivant les domaines où j'ai apporté une contribution notable à l'expérience : le système d'acquisition<br />de données, la surveillance en ligne du détecteur et la recherche de bruits transitoires dans les données. Enfin,<br />le dernier chapitre, plus général, fait le bilan de mes activités de diffusion de la culture scientifique auprès<br />du grand public et auprès des scolaires.<br /><br />Virgo est un interféromètre de 3 km de long destiné à la détection des ondes gravitationnelles d'origine astrophysique.<br />Ces ondes sont des déformations de l'espace-temps prédites par la relativité générale. Elles provoquent sur Terre<br />d'infimes modifications des distances théoriquement détectables par interférométrie.<br /><br />J'ai contribué à la construction et à la mise en route (commissioning) de l'interféromètre Virgo, depuis 1997,<br />en participant à la conception, à la mise en place puis à l'amélioration de l'acquisition de données.<br />J'ai notamment créé le collecteur de données et fortement contribué au développement de la librairie<br />qui gère le transfert des données au format " frame " dans la chaîne d'acquisition. Cette librairie a permis<br />une grande souplesse des reconfigurations de l'acquisition de données ou des traitements en ligne tout<br />au long du commissioning de Virgo. L'acquisition de données soutient actuellement un flux d'environ 20 MBytes/s<br />(8 MBytes/s après compression) avec une latence moyenne de 2 secondes et une perte de données inférieure à 0.3%.<br /><br />J'ai d'autre part créé un logiciel, le dataDisplay, qui permet de lire les données en ligne ou en différé,<br />de visualiser divers graphiques (données en fonction du temps, spectre, fonction de cohérence, fonction de transfert,<br />distributions 1D ou 2D, spectrogrammes, etc...) et d'écouter les données. Ce logiciel utilise une interface graphique<br />générée par la librairie Xforms et une visualisation basée sur la librairie Root développée au CERN. Le dataDisplay<br />est aujourd'hui utilisé de façon standard par la collaboration Virgo, que ce soit en salle de contrôle pour la<br />surveillance en ligne du détecteur ou en différé pour l'analyse des données enregistrées.<br /><br />Je participe également à la mise en place de la qualification des données du détecteur Virgo, en fournissant notamment<br />les outils logiciels qui permettent de configurer de façon simple les algorithmes de surveillance en ligne du<br />détecteur et de son environnement. De plus, je contribue à la recherche de bruits transitoires (glitches) et j'ai<br />la responsabilité de la mise en lignes des algorithmes d'étude du bruit du détecteur. Ce travail est motivé par<br />le fait que la compréhension du détecteur est un préliminaire nécessaire à toute future recherche d'ondes gravitationnelles.<br /><br />Enfin, depuis de nombreuses années je me suis intéressé à la diffusion de la culture scientifique, et j'ai été, de 2002 à 2007,<br />chargé de communication au LAPP. Dans ce cadre, j'ai établi des contacts avec les établissements scolaires, les structures<br />associatives ou les collectivités locales afin de promouvoir la curiosité pour les sciences et la démarche scientifique.<br />Par divers moyens (conférences dans les lycées, organisation de visites de classes au LAPP s'appuyant sur la mise en place<br />d'une exposition permanente, conférences grand public, participation aux Portes Ouvertes du laboratoire, création de pages web...),<br />j'ai tenté d'intéresser le jeune public aux sciences, de faire comprendre ce qu'est la recherche scientifique et de montrer<br />quels sont ses liens avec la vie quotidienne.

En 1970, des vols ballons ont mis en évidence une structure dans le spectre d'émission gamma de la région du centre Galactique. Située vers 511 keV, cette signature spectrale a rapidement été associée à la raie traçant l'annihilation d'électrons avec leurs anti-particules, les positons.<br />Cependant, les multiples scénarios astrophysiques envisagés pour expliquer l'injection de positons dans le bulbe Galactique n'ont pas permis de reproduire le taux élevé déduit du fux de la raie à 511 keV, de l'ordre de dix puissance quarante-trois par seconde.<br />Lancé fin 2002, le satellite gamma européen INTEGRAL est doté d'un spectromètre, SPI, présentant des capacités d'imagerie et une résolution spectrale à 511 keV sans précédent, qui en font l'instrument adéquat pour affiner notre connaissance de la morphologie spatiale et du spectre de la source de cette émission d'annihilation, afin de distinguer le scénario le plus probable. En effet, la détermination de l'étendue de la source, de la largeur de la raie et de la fraction des positons s'annihilant en vol ou après thermalisation, directement ou via la formation d'atomes de Positronium nous renseignent à la fois sur le milieu dans lequel a lieu l'annihilation finale et sur la source initiale des positons.<br />La première partie de cette thèse a permis de déterminer les méthodes optimales de modélisation du bruit de fond instrumental du spectromètre Spi indispensables à l'analyse des observations de la raie à 511 keV. Des procédures de nettoyage des données et de sélection des indicateurs du bruit de fond ont été mises en ÷uvre. Des modèles utilisant des techniques neuronales ont été élaborés et comparés à des méthodes statistiques plus classiques afin d'évaluer<br />la possibilité de prendre en compte les non-linéarités du bruit et les effets liés à l'activité solaire. Au terme de cette étude, un modèle spatial a été ajusté aux données correspondant à trois années d'observation par INTEGRAL de la raie à 511 keV et un spectre d'annihilation a été extrait.<br />La seconde partie de cette thèse est consacrée à l'un des scénarios qui pourraient expliquer le taux d'injection de positons observé dans le bulbe Galactique : l'annihilation de particules de matière noire légères en paires électron-positon. Les diverses composantes radiatives liées à ce phénomène ont été modélisées et confrontées aux observations gamma passées, afin d'en déduire une limite supérieure sur l'énergie d'injection des positons - et donc sur la masse de la particule de matière noire légère - qui varie entre 3 et 7,5 MeV selon l'ionisation du milieu interstellaire.

Le démarrage de l'expérience ATLAS auprès du LHC au CERN est prévu pour l'année 2007. Le programme de physique de l'expérience couvre un domaine vaste allant du Modèle Standard (mise en évidence du boson de Higgs) jusqu'au delà avec les nouvelles théories (supersymétrie, dimensions supplémentaires ....etc). Le travail présenté dans cette thèse rentre dans le cadre de préparation au démarrage de cette expérience. Après avoir présenté le run combiné de 2004, ses installations et les analyses des données de calibration et des piédestaux du calorimètre électromagnétique, nous développons une méthode d'étalonnage de l'énergie des<br />électrons dans le calorimètre électromagnétique basée totalement sur les données de la simulation GEANT4 du run combiné. Nous exposons ensuite l'étude des performances du calorimètre électrom\-agnétique ainsi que les résultats obtenus: un terme d'échantillonnage de la résolution en énergie de 10.6$\%$ GeV$^{0.5}$ et un terme constant local de 0.43$\%$, une non-uniformité de réponse de 0.44$\%$ donnant un terme constant global de 0.6$\%$ et une linéarité en fonction de l'énergie meilleure que 0.2$\%$ pour des énergies d'électrons entre 20 et 250 GeV. Côté simulation de "physique" de cette thèse, nous montrons une première étude sur la détermination de l'angle effectif de mélange $\sin^{2}\theta^{lept}_{eff}$ avec une précision meilleure que les résultats actuels, 10$^{-4}$. Pour atteindre une telle précision il va falloir identifier les électrons dans les régions vers l'avant du détecteur. Ce point fait l'objet de la dernière partie de ce manuscrit, il montre qu'on peut atteindre un taux de rejet électron-jet de 100 avec une efficacité de reconstruction des électrons de 50$\%$, en utilisant une analyse discriminante basée sur les méthodes de Fisher, le<br />maximum de vraisemblance et les réseaux de neurones.

ALICE est le détecteur du LHC dédié à l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Le principal objectif de cette expérience est la mise en évidence et l'étude d'une nouvelle phase de la matière nucléaire prédite par la théorie de la chromodynamique quantique (QCD) : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Une des signatures possibles est la suppression des taux de production des quarkonia par écrantage de couleur dans les collisions d'ions lourds, dans lesquelles la formation d'un plasma est attendue. Le spectromètre à muons permettra de mesurer les taux de production des quarkonia (J/Psi, Upsilon) dans les collisions d'ions lourds via leur canal de désintégration dimuonique. Un système de déclenchement rapide, associé au spectromètre à muons, est chargé de sélectionner les événements contenant au minimum un muon ou un dimuon à l'aide d'un algorithme de recherche de traces. L'étude des performances du système de déclenchement du spectromètre à muons, réalisée à l'aide de simulations Monte-Carlo, sera présentée dans ce mémoire en mettant l'accent sur l'efficacité et la fréquence de déclenchement du système dans le cas des collisions Pb-Pb et Ar-Ar. Nous présenterons également la reconstruction du spectre en masse des dimuons de signes opposé avec le spectromètre à muons d'ALICE. A partir de ce spectre, les taux de production des états Upsilon seront extraits pour un mois de collisions Pb-Pb au LHC et pour diverses tranches en centralité.