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.

La quantification sur le cône de lumière est une méthode de quantification opérant dans la Front Form de Dirac et nécessitant une procédure de traitement des contraintes dynamiques. Elle est abordée dans le cas de deux théories scalaires. La théorie phi4 (1+1) est examinée à l'aide d'une formulation continue du développement de Haag des champs et des modes zéros (CLCQ). Ceci permet une résolution originale des équations du mouvement et des contraintes ainsi qu'une renormalisation consistante des divergences infrarouges et ultraviolettes. L'analyse de la transition de phase fait apparaître au deuxième ordre un couplage critique non perturbatif de valeur analogue aux résultats du quatrième ordre des méthodes conventionnelles. L'étude comparée du commutateur de Pauli-Jordan dans les formulations discrètes et continues montre que la violation de causalité n'est qu'un pur effet de taille finie associé à la soustraction du mode zéro dans les sommes discrètes. L'étude de la théorie phi4 (3+1) O(N) est amorcée par le calcul des champs et des modes zéros à l'ordre 3 du développement en 1/sqrt(N) qui permet de retrouver jusqu'à l'ordre 1/N^3 les fonctions de corrélation conventionnelles obtenues par intégrales de chemin.

NIL

La production d'étrangeté est une composante majeure de la mise en évidence d'une phase de partons déconfinés dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les nouvelles expériences ayant pris place auprès du collisionneur RHIC, STAR (Solenoidal Tracker At RHIC) offre d'importantes possibilités pour la reconstruction de particules multi-étranges comme les Oméga et l'hypothétique dibaryon H0. Nous avons détaillé les principales motivations de ce type d'étude replacées dans le contexte de différents modèles ainsi que des expériences passées. L'analyse des collisions issues des premières prises de données de STAR à 130 GeV par paire de nucléons dans le centre de masse, grâce à la mise au point de sélections spécifiques, nous a permis d'obtenir un signal significatif d'Oméga et d'anti-Oméga. Concernant les deux modes de désintégration envisagés pour les H0, aucun signal significatif n'a pu être observé. A partir de simulations, il a été possible d'estimer l'efficacité de détection de ces particules étranges et de déterminer la sensibilité de détection de STAR pour la reconstruction d'un des modes de désintégration supposés du H0 qui s'élève à 0,39 H0 par événement pour la première année de fonctionnement. De même, la détermination de l'efficacité de notre sélection des Omégas nous a permis d'établir le rapport anti-particule/particule (0.95 +/- 0.15) puis de déterminer le taux de production dN/dy= 0.64 +/- 0.14 et le paramètre de pente inverse correspondant T= 411 +/- 44 MeV. Ces résultats entachés actuellement d'une grande incertitude statistique restent compatibles avec différentes prédictions théoriques. Ils ne permettent donc pas encore de conclure quant à l'existence d'un plasma de quarks et de gluons.

Cette thèse décrit la mesure précise de la fonction de structure polarisée g1n du neutron menée par la collaboration E154 à l'automne 1995 auprès de l'accélérateur linéaire de Stanford aux Etats-Unis, par diffusion profondément inélastique inclusive d'un faisceau d'électrons polarisé de 48.3 GeV sur une cible d'Hélium 3 polarisée. Les électrons diffusés ont été détectés par deux spectromètres permettant de couvrir le domaine cinématique en x Bjorken : 0.014 < x < 0.7 et en quadritransfert carré : 1 GeV2 < Q2 < 17 GeV2 à une valeur moyenne Q2 = 5 GeV2. Deux calorimètres électromagnétiques pris en charge par le LPC de Clermont-Ferrand et le SphN du CEA-Saclay ont été utilisés pour déterminer l'énergie des électrons diffusés et pour rejeter le bruit de fond hadronique. Pour cela, nous avons développé un automate cellulaire et un réseau de neurones, largement décrits dans ce manuscrit. L'analyse de la mesure de la fonction de structure g1n menée à Clermont-Fd et exposée dans ce manuscrit nous a conduit à l'intégrale sur la région mesurée : intégrale (g1n(x)dx, xmin=0.0135, xmax=0.7) = -0.03 +- 0.003 STAT +- 0.004 SYST +- 0.001 EVOL à Q2 = 5 GeV2 où nous avons fait évoluer nos mesures vers Q2 = 5 GeV2 à l'aide des équations d'évolution DGLAP à l'ordre sous-dominant en utilisant une paramétrisation mondiale des distributions de partons polarisées. La règle de somme d'Ellis et Jaffe sur le neutron est clairement violée par nos mesures. Pour les différents extrapolations envisagées à bas x, notre intégrale est compatible avec la règle de somme de Bjorken. Nous avons estimé la contribution du spin des quarks au spin du nucléon à DelatSigma = 29 ± 6 % dans le schéma MS barre et à DeltaSigma = 37 ± 7 % dans le schéma AB, à Q2 = 5 GeV2. La contribution du spin des gluons au spin du nucléon semble positive et comprise entre 0 et 2 à cette échelle.

La brisure spontanee de la symetrie chirale (BSSX) gouverne QCD a basse energie. Si on pouvait augmenter le nombre de saveurs legeres N_f en partant de QCD (N_f=3), la structure de la BSSX devrait evoler du fait des boucles de quarks legers. L'etude du spectre de l'operateur de Dirac en QCD euclidienne indique que deux parametres d'ordre chiraux decroissent quand N_f augmente: le condensat de quarks legers S=- (parametre d'ordre le plus simple) et la constante de desintegration pseudoscalaire F (signal non-ambigu de la BSSX). L'ampleur de cette decroissance depend de la violation de la regle de Zweig dans le secteur scalaire. Le spectre des mesons pseudoscalaires (masses, constantes de desintegration) permet de contraindre certaines constantes de basse energie qui decrivent la structure chirale du vide pour N_f=2 (m_u,m_d->0) et N_f=3 (m_u,m_d,m_s->0). Une regle de somme permet d'exploiter des donnees dans le secteur 0++ pour contraindre S(2)-S(3). La presence de la resonance f_0(980) favorise une decroissance sensible de S entre 2 et 3 saveurs. Cette decroissance pourrait s'expliquer par la proximite d'une valeur critique de N_f pour laquelle le condensat de quarks s'annule. On peut extraire des combinaisons de parametres d'ordre chiraux tres sensibles a une telle transition de phase, en analysant la dependance en volume de moments inverses du spectre de l'operateur de Dirac sur un tore euclidien. La simulation sur reseau de ces moments inverses permettrait d'etudier la transition de phase S(N_f)->0.

Les théories de grande unification (GUT) impliquent des transitions de phase dans l'Univers primordial, qui pourraient donner naissance à des défauts topologiques, parmi lesquels on trouve des monopôles magnétiques. Les principales caractéristiques de ces monopôles sont présentées, notamment leurs pertes d'énergie dans la matière et les limites sur leur flux. Les télescopes à neutrinos de haute énergie offrent une nouvelle opportunité pour leur recherche. L'étude du traitement des impulsions des photomultiplicateurs par l'électronique de lecture du détecteur Antares indique que celle-ci est bien adaptée aux besoins du télescope. L'analyse détaillée des impulsions permet d'obtenir une précision finale sur la mesure temporelle inférieure à 0.6 ns et le bruit électronique et la saturation ont peu d'effet sur les performances du télescope. Les monopôles relativistes émettent une grande quantité de lumière qui conduit à une surface effective de détection pour le télescope Antares allant de 0.06 km2 pour des vitesses beta_mon = 0.6, à 0.35 km2 pour des vitesses beta_mon ~ 1. La trace des monopôles est bien reconstruite et la détermination de leur vitesse est faite avec une erreur inférieure à quelques pourcents, ce qui constitue un élément déterminant pour le rejet du bruit de fond causé par les muons de haute énergie, de vitesse beta_mu ~ 1. L'émission lumineuse très dispersée des monopôles en dessous de la limite Tcherenkov, 0.6 < beta_mon < 0.74, via les delta-électrons d'ionisation, ne permet pas une caractérisation précise du signal attendu et le rejet des muons mal reconstruits doit être amélioré. Au delà de la limite Tcherenkov, beta_mon > 0.8, les muons mal reconstruits peuvent être rejetés grâce à la paramétrisation de l'émission Tcherenkov. Le signal d'un monopôle magnétique se distingue alors clairement du bruit de fond.

Ce travail traite d'un système d'Identification Rapide des Ions et de Spectroscopie (IRIS), développé pour la recherche des noyaux de fusion super-lourds. La mesure de l'énergie du noyau, ainsi que l'enregistrement de sa chaîne de décroissance alpha, imposent à l'instrumentation des contraintes spécifiques. Celles-ci concernent la dynamique d'énergie que l'instrumentation doit accepter, mais aussi son temps de récupération après implantation du noyau de fusion dans le détecteur. Le système IRIS est placé en sortie d'un préamplificateur de charge, lui-même connecté à un détecteur (Si) de particule. Le principe du système consiste à numériser le signal de sortie du préamplificateur auquel deux traitements numériques du signal sont appliqués. Le premier traitement a pour but de détecter l'interaction de la particule avec le détecteur. Le second traitement permet de mesurer la charge créée dans le détecteur lors de l'interaction. Le caractère programmé des traitements autorise de nombreuses possibilités concernant tant le choix de la nature des traitements que celui des réglages de leurs paramètres de fonctionnement. Après avoir montré l'impossibilité d'utiliser une chaîne d'électronique conventionnelle pour la détection des noyaux de fusion, la structure d'IRIS est présentée ainsi que différents traitements numériques (étude et tests).

L'astrophysique des neutrinos de haute énergie est une branche relativement récente dans l'astrophysique des particules. L'observation de ces neutrinos nécessite la construction de nouveaux types de télescopes immenses. Après une phase de recherche et de développement pendant laquelle elle a démontré la faisabilité d'une telle entreprise en milieu sous-marin, la collaboration ANTARES construit maintenant un télescope à neutrinos avec une surface de 0,1 km². Le détecteur, exposé à un taux élevé de bruit de fond ambiant, doit être capable de reconnaître un faible signal physique, ce qui nécessite un déclenchement à la fois puissant et efficace. Nous présentons ici une analyse des différentes possibilités d'un déclenchement local. A l'issue de cette étude, la définition du déclenchement final du détecteur est devenue possible. Nous présentons également une étude des performances du détecteur envisagé. L'analyse nécessite la simulation d'événements de très haute énergie (TeV-PeV). A ces énergie les programmes de simulation utilisent des hypothèses différentes, ce qui a nécessité une comparaison de leurs résultats avant utilisation. Une caractéristique importante d'un télescope à neutrinos est sa résolution angulaire. Celle d'ANTARES, obtenue dans cette thèse est de l'ordre de 0,5° pour les muons ascendants et inférieure à 1° pour les muons descendants. Une détection de l'ombre de la Lune, dont nous avons étudié la faisabilité, permet de vérifier ce résultat après 2-5 ans de prise de données.

Le détecteur MUNU, destiné à l'étude de la diffusion neutrino sur électron à l'aide des antineutrinos émis par un réacteur nucléaire, est constitué d'une chambre à projection temporelle (TPC) contenant du gaz CF4. L'objectif de la thèse était de déterminer si un détecteur basé sur le même principe pouvait être envisagé pour mesurer le spectre en énergie des neutrinos solaires de basse énergie. Pour cette étude, trois aspects étaient essentiels : la résolution en énergie, la résolution angulaire et le bruit de fond du détecteur. Les deux premiers car l'énergie du neutrino est reconstituée à partir de l'énergie et de la direction initiale de l'électron de recul. Le troisième car le faible nombre d'interactions attendu impose un niveau de bruit de fond très bas. Dans un premier temps, une revue détaillée de la physique des neutrinos solaires du point de vue théorique mais aussi expérimental est réalisée puis les caractéristiques du détecteur MUNU et son principe de fonctionnement sont exposés. Ensuite, les performances du détecteur sont abordées successivement : les méthodes d'étalonnage en énergie développées et la résolution en énergie qui en découle ; la détermination de la direction initiale des électrons et la résolution angulaire associée ; et enfin les différentes sources de bruit de fond rencontrées ainsi que les taux d'événements induits. Finalement, les résultats de la simulation de la détection des neutrinos solaires sont présentés. Ils mettent en évidence les améliorations nécessaires et les points exigeant des études supplémentaires.