Un des principaux objectifs de l'expérience ATLAS auprès du LHC est l'observations ou l'exclusion de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard, en passant par les mesures de sections efficaces de production de processus du Modèle Standard. Sachant que le taux de production d'une particule dépends de sa section efficace de production ainsi que de la luminosité, il est necessaire de mesurer cette luminosité avec une grande précision. L'expérience ATLAS possède plusieurs détecteurs capable de mesurer la luminosité, dont les deux principaux: LUCID (Luminosity measurement Using Cerenkov Integrating Detector), et BCM (Beam Condition Monitor). Ces détecteurs sont calibrés absolument pendant des prises de données dédiées appelés van der Meer scans, qui ont permis d'obtenir une erreur systématique sur la détermination de la luminosité de 3.4% en 2010. Afin d'obtenir un maximum de différentes approches à la luminosité, plusieurs autres détecteurs contribuent aux différentes comparaisons. Ce document présente les calorimètres à argon liquide du détecteur ATLAS, et en particulier la mise en route et l'opération de leur système haute-tension. Il est montré qu'en mesurant les courant de ce système haute-tension pendant les prises de données de collisions de protons, il est possible d'obtenir des signaux proportionnels a la luminosité. En calibrant ces courants par rapport a un autre luminomètre, il est montré que cette calibration est stable au niveau de 0.5%. / The main goals of the ATLAS scientific programme are the observation or exclusion of physics beyond the Standard Model (SM), as well as the measurement of production cross-sections of SM processes. As the rate of events N of a given physics process is linked to the cross-section through the luminosity, it is important to measure the luminosity with great precision. The ATLAS experiment has two major luminosity monitors, LUCID (Luminosity measurement Using Cerenkov Integrating Detector), which consists of Cerenkov tubes located around the beam axis 17m away from the interaction point, and BCM (Beam Condition Monitor) which is a diamond-based detector and has both beam-abort and luminosity capabilities. As these detectors provide a relative luminosity measurement, they were absolutely calibrated in 2010 using the van der Meer procedure, achieving a total systematic uncertainty of 3.4%. The ultimate plan is to provide an absolute calibration using the ALFA detector during a run with special beam optics. In order to provide more cross-checks and a better control on the systematic uncertainties, other luminosity handles are always needed. In particular, an independent measurement using the liquid argon forward calorimeter (FCal), based on the readout current of its high-voltage system, has been developed. This document presents the commissioning and operations of the ATLAS liquid argon calorimeter high-voltage system, as well as its usage to perform a luminosity determination. Analysis of the high-voltage currents during LHC collisions and comparisons with other luminosity detectors have led to a calibration of these currents with a precision better than 0.5%.

Celà fait maintenant presque 50 ans qu'on a découvert que la section efficace totale proton-proton augmentait avec l’énergie, alors qu'on pensait précédemment qu'elle deviendrait asymptotiquement constante. Les incertitudes des mesures sur les rayons cosmiques effectuées à haute énergie ne permettent pas de déterminer la forme exacte de l'augmentation de la section efficace avec l’énergie.Le LHC au CERN à Genève fournit des collisions avec une énergie jamais atteinte dans un accélérateur de particule. L’énergie dans le centre de masse était 7 TeV en 2010 – 2011, 8 TeV en 2012 et atteindra 14 TeV dans un futur proche. Le détecteur ATLAS installé sur un des quatre points d'interaction du LHC, est utilisé pour collecter le résultat des collisions proton-proton. Son sous-détecteur ALFA, situé à 240 m du point d'interaction, est utilisé pour détecter les proton résultant des collisions élastiques. ALFA est donc capable, dans certaines conditions particulières de l'optique, de mesurer la section efficace totale et la pente nucléaire.Le travail effectué durant cette thèse a permit de mesurer σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb et b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 à 7 TeV. / It is now nearly fifty years since total proton-proton (pp) cross sections have been found to grow with energy after it was believed for long time that they would become asymptotically constant . The uncertainties of the cosmic ray data, at high energy, do not allow to determine the exact growth with energy of the total cross section .The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva has already delivered collisions with an energy never reached in a particle accelerator. The energy in the center of mass was 7 TeV (2010 – 2011) or 8 TeV (2012) and will ultimately reached 14 TeV in the near future. Thus, this will provide a good environment for a new precise measurement of the total pp cross section at this energy.The ATLAS detector installed in one of the four LHC interaction points is used to collect the result of the pp collisions. Its sub-detector ALFA located 240 m from the interaction point, is used to track protons resulting from elastic collisions.Therefore, within special beam optics conditions, ALFA is able to measure the total cross section and the nuclear slope. During this PhD the analysis performed on the first data led to σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb and b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 at 7 TeV.

SuperKEKB est un collisionneur à très haute luminosité construit pour l’expérience Belle II, constitué d’un anneau de basse énergie (LER) transportant des positrons de 4 GeV et d’un anneau de haute énergie (HER) où circulent des électrons de 7 GeV. Sa mise en service -ou commissioning- se déroulera en trois phases : La phase 1, durant laquelle des faisceaux circulent sans être focalisés au point de collision, a pour but de nettoyer la chambre à vide du gaz résiduel. La seconde phase, où le détecteur Belle II sera en partie installé, permettra le réglage du système de focalisation finale des faisceaux, jusqu’à atteindre une luminosité de 10³⁴ cm⁻² s⁻¹. La troisième phase correspondra au démarrage de l’expérience Belle II avec une luminosité visée de 10³⁵ cm⁻² s⁻¹ à 8×10³⁵ cm⁻² s⁻¹. Dans ce cadre, ma thèse porte sur la conception et la mise en place d’un système permettant le monitorage rapide de la luminosité, système nécessaire pour pouvoir corriger en temps réel les instabilités des faisceaux et ainsi maintenir une luminosité optimale. Afin d’atteindre la haute précision relative souhaitée, de l’ordre de 10⁻³ en 1 ms, la mesure sera basée sur le taux de comptage des particules issues de la diffusion Bhabha radiative à angle nul, processus bien connu et dont la section efficace est importante. Ces particules seront détectées au moyen d’un capteur en diamant, matériau résistant aux radiations et permettant une acquisition très rapide du signal, situé à l’extérieur de la chambre à vide et en aval du point d’interaction. La première partie de cette thèse est consacrée à la recherche des localisations optimales pour le positionnement des capteurs diamants dans chacun des deux anneaux. Au moyen de simulations détaillées, nous avons étudié la dynamique des particules Bhabha lors de leur transport dans les anneaux ainsi que leur interaction avec la matière de la chambre à vide. Ces études ont permis d’ une part d’ identifier un emplacement à 11.9m dans le LER et un autre à 30 m dans le HER, et d’autre part de redéfinir pour l’une d’ entre elle la géométrie locale du tube à vide. La seconde partie, plus expérimentale, s’articule autour de la première phase du commissioning de SuperKEKB et des mesures réalisées au moyen des capteurs diamants que nous avons installés. Dans un premier temps, une étude détaillée des processus de perte single beam (Bremsstrahlung, effet Touschek, diffusion coulombienne) a été réalisée pour le LER en fonction des paramètres du faisceau et du collisionneur (courant, pression, taille transverse des faisceaux). Dans un deuxième temps les résultats de cette étude ont été comparés aux données que nous avons prises de février à juin 2016. Nous avons pu mettre en évidence un bon accord qualitatif et quantitatif entre nos simulations et nos mesures. Cela nous a permis d’estimer que le niveau de bruit de fond attendu dans le cadre des mesures pour le monitorage de la luminosité sera de plus de deux ordres de grandeurs inférieurs au taux du processus Bhabha radiatif à angle nul. / SuperKEKB is a very high luminosity collider dedicated to the Belle II experiment, it consists of a Low Energy Ring (LER) of 4 GeV positrons and a High Energy Ring (HER) of 7 GeV electrons. The commissioning of this machine is split into three phases: phase 1 (single-beam phase) is dedicated to vacuum scrubbing, where beams circulate without focusing at the collision point. Phase 2, for which the major part of the Belle II detector will be installed, will enable the tuning of the final focus system to achieve a luminosity of 10³⁴ cm⁻² s⁻¹. During phase 3, Belle II physics runs will start with an aimed luminosity up to 8×10³⁵ cm⁻² s⁻¹. In this context, the aim of my thesis is to develop and install a fast luminosity monitoring system, which is required for online correction of beam instabilities and maintenance of optimal luminosity. To reach the aimed relative precision of 10⁻³ in 1 ms, the measurement will be based on the radiative Bhabha process at zero photon scattering angle, whose cross-section is large and well-known. These particles will be detected using diamond sensors, resistant to radiation and enabling very fast signal acquisition, to be placed outside of the beam-pipe and downstream of the interaction point. The first part of this work is dedicated to the investigation of the best locations for the diamond sensor positioning in both rings. Using detailed simulations, we studied the dynamics of Bhabha particles during their tracking in the rings and their interaction with the beam pipe material. This led to the identification of two positions, at 11.9 m in LER and at 30 m in HER, and to considering a new geometry for the vacuum pipe in the LER. The second part is related to the phase 1 of the SuperKEKB commissioning and concerns the measurements performed with the diamond sensors that were installed. Single beam loss processes (Bremsstrahlung, Touschek, beam-gas Coulomb scattering) were studied in detail with respect to the LER beam and ring parameters (current, pressure, transverse beam sizes). The results of this study were then compared to the data collected from February to June 2016. We found good qualitative and quantitative agreement between our simulations and measurements. From this we could estimate that the level of background to be expected during luminosity monitoring will be two orders of magnitude smaller than the rate of the radiative Bhabha scattering signal.

Les principaux objectifs du programme scientifique de l'experience ATLAS sont l'observation ou l'exclusion de physique au-delà du Modèle Standard, ainsi que la mesure de sections efficaces de production de processus du Modèle Standard. Pour ce faire, il est important de mesurer la luminosité au point d'interaction avec une grande précision. Dans l'experience ATLAS, la luminosité est extraite à l'aide de plusieurs détecteurs possédant des efficacités et acceptances géométriques variées. Différentes méthodes, telles que le comptage inclusif (ou en coïncidence) d'événements, ainsi que des mesures de courants intégrés provenant des calorimètres, sont calibrées et comparées afin d'assurer une détermination précise de la luminosité. Afin de permettre une comparaison additionelle et un meilleur contrôle sur les incertitudes systématiques liées à la détermination de la luminosité, une mesure indépendante utilisant le compartiment avant du calorimètre électromagnétique, basé sur la mesure du courant de son système haute-tension, a été développée. Ce document décrit comment la mise en route dud système haute-tension du calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS, ainsi que son application à une mesure de luminosité.

Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN à Genève délivrera bientôt des collisions avec une énergie jamais atteinte jusqu'alors dans un accélérateur de particules. Une énergie dans le centre de masse entre 10 et 14 TeV permettra de dépasser les frontières de la physique actuelle. Le détecteur ATLAS fera la chasse au boson de Higgs et recherchera une nouvelle physique au delà du modèle standard. Tout processus physique est décrit par sa section section efficace. Les détecteurs positionnés aux différents points de collision du LHC déterminerons les taux de comptage associés aux divers processus. Cependant, pour en déduire la section efficace associée, il faut connaître la luminosité. Pour l'expérience ATLAS, une mesure relative de la luminosité peut être fournie par quelques uns de ses sous-détecteurs. Cependant, pour calibrer ces détecteurs, une mesure absolue doit être effectuée. Le détecteur ALFA a été conçu pour mesurer le spectre de diffusion élastique qui permettra de déterminer la luminosité absolue et par la même occasion, la section efficace totale proton-proton fournissant ainsi un outils de calibration très précis, de l'ordre du %. Ces détecteurs, installés à 240 m de part et d'autre du point d'interaction sont appelés pots romains. Il s'agit d'un système mécanique permettant d'approcher un trajectographe à fibres scintillantes à une distance de l'ordre du millimètre du cœur du faisceau. La simulation de la mesure nécessite l'utilisation d'un logiciel de transport de particules chargées. Ce logiciel doit être soigneusement choisi car il sert à la détermination des protons perdus dans la séquence de l'accélérateur, entre le point d'interaction jusqu'aux détecteurs. L'impact des incertitudes systématiques qui affectent la mesure de la luminosité et de la section efficace totale est également déterminé en utilisant la simulation. Les détecteur ALFA opère dans un environnement complexe et en conséquence sa conception requiert une grande attention. Une large campagne de tests sur l'électronique front-end a été effectuée. L'analyses des données résultant de ces tests a permis de démontrer que toutes les exigences étaient remplies. A chaque avancement majeur dans la conception du détecteur, celui-ci doit être soumis à des tests en faisceau. Durant ces périodes, tous les aspects du détecteur sont étudiés. L'algorithme de reconstruction des traces, les méthodes pour extraire des données l'efficacité de détection ou encore le niveau de diaphonie sont autant de paramètres qu'il a fallu déterminer. Les conclusions de ces tests ont permis de valider les différents choix techniques effectués permettant ainsi le lancement de la fabrication en série des huit détecteurs utiles à la mesure. L'installation prévue courant 2011 permettra de mesurer la luminosité et la section efficace totale proton-proton courant 2012.

Depuis le début du fonctionnement de HERA, la mesure de la luminosité est réalisée en détectant les photons de bremsstrahlung émis par les électrons dans la région d'interaction. En raison des nouvelles conditions de fonctionnement, un nouveau détecteur de photons pour le système de luminosité de H1 a été développé et installé dans le tunnel à 104 mètres du point d'interaction. L'objet de cette thèse est d'analyser les données enregistrées par le détecteur de photons et d'étudier les variations de la luminosité dans H1 au cours des prises de données. Les méthodes de calcul de l'échelle d'énergie et de l'acceptance présentées dans cette thèse permettent de déterminer ces grandeurs toutes les quatre minutes avec une précision de l'ordre de 0,5 pour mille pour l'échelle d'énergie et de l'ordre de 2 pour mille pour l'acceptance. La position et la largeur du faisceau sont également mesurées toutes les quatre minutes avec une précision de l'ordre de 0,01 mm pour la position et de l'ordre de 0,05 mm pour la largeur. Ces résultats permettent de calculer la luminosité instantanée toutes les quatre minutes avec une erreur de l'ordre de 6,5 à 9,5 pour mille. Ces résultats sont en cours de validation pour devenir la méthode standard dans H1.<br /><br />J'ai également étudié les événements Compton élastique. La diffusion Compton élastique est utilisée pour une mesure complémentaire de la luminosité car sa section efficace est connue avec une bonne précision et la signature des événements dans le détecteur H1 est facilement identifiable.

Cette thèse présente un certain nombre de résultats récents à propos de l'évolution des galaxies et la cosmologie, à partir de l'observation d'amas de galaxies en lumière visible. Nous introduisons d'abord les principales propriétés des amas de galaxies (Chapitre 1.1) et la façon dont ces objets permettent de contraindre le modèle cosmologique standard (Chapitre 1.2). Une grande partie des résultats présentés ici ont été obtenus à partir de l'étude du relevé d'amas DAFT/FADA, qui regroupe des amas dans la gamme de décalages spectraux 0.4<z<0.9 (Chapitre 1.3). Cette thèse est séparée en deux parties, chacune traitant d'une observable particulière : la luminosité des galaxies, puis la forme des galaxies. La fonction de luminosité des galaxies, c'est-à-dire la distribution de leur luminosité, permet d'étudier l'évolution des galaxies dans les amas (Chapitre 2.1). Nous avons calculé les fonctions de luminosité pour un sous-échantillon de 25 amas DAFT/FADA, et avons montré que les galaxies faibles bleues, à fort taux de formation stellaire, évoluent en des galaxies rouges passives des hauts décalages spectraux à aujourd'hui. En comparant les fonctions de luminosité des amas à celles du champ, on observe que cette transformation est plus efficace dans les environnements denses. Nous avons également étudié la fraction de baryons dans les groupes et amas de galaxies (Chapitre 2.2). Nous avons remarqué que dans les groupes la fraction massique d'étoiles peut atteindre des valeurs du même ordre de grandeur que celles de la fraction de gaz intra-amas, alors que dans les amas, la fraction stellaire est généralement négligeable devant celle du gaz. En prenant en compte à la fois les étoiles et le gaz, nous avons posé des contraintes sur le paramètre de densité de matière Omega_M. Les galaxies apparaissent déformées par la présence d'objets d'avant-plan qui courbent les trajectoires lumineuses à leur voisinage. Ce signal de lentille gravitationnelle peut être exploité afin de mesurer la distribution de masse des amas d'avant-plan. Les bases du phénomène de lentille gravitationnelle faible et de la mesure du cisaillement sont introduites au Chapitre . Ces techniques sont ensuite appliquées à un sous-échantillon de 16 amas DAFT/FADA présentant des images Subaru/SuprimeCam ou CFHT/MegaCam (Chapitre 3.1). Nous avons estimé la masse de ces amas, et profité de la large dimension angulaire de ces images pour détecter des filaments et des structures autour de ces amas. Cette étude valide observationnellement le scénario de croissance hiérarchique des amas. Finalement, nous avons détecté les pics de cisaillement dans des simulations de type Euclid, et avons utilisé leur statistique en tant que sonde cosmologique, de façon similaire aux comptages d'amas (Chapitre 3.2). Nous avons calculé les contraintes cosmologiques que cette technique pourra apporter avec les données de la mission spatiale Euclid, et avons développé une approche tomographique qui ajoute l'information des décalages spectraux. Une discussion sur les développements envisagés dans les différents domaines traités conclut cette thèse. / This thesis presents some recent results concerning galaxy evolution and cosmology,based on the observation of galaxy clusters at optical wavelengths. We first introduce the main properties of galaxy clusters (Sect. 1.1) and how they can be used for cosmology within the standard cosmological model (Sect. 1.2). A large fraction of the presented results comes from the study of the DAFT/FADA galaxy cluster survey at redshifts 0.4 < z < 0.9 (Sect. 1.3). We divide our study in two parts according to the observable that is considered: galaxy luminosity or galaxy shape. The distribution of galaxy luminosities is called the galaxy luminosity function (GLF), which can be used to probe the evolution of cluster galaxies (Sect. 2.1). Computing the GLFs for a sub sample of 25 DAFT/FADA clusters, we find that faint blue star forming galaxies are quenched into red quiescent galaxies from high redshift until today. Comparing to the field shows that this transformation is more efficient in high density environments.We also study the fraction of baryons in galaxy groups and clusters (Sect. 2.2). Wefind that in groups, the stars contained in galaxies can reach masses of the same order as those of the intra-cluster gas, while in clusters they are usually negligible relatively to the gas. Taking both stars and gas into account we constrain the matter density parameter Galaxy shapes are distorted by foreground objects that bend light in their vicinity. This lensing signal can be exploited to measure the mass distribution of a foreground cluster. We review the basic theory of weak lensing and shear measurement (Sect. 3.1), and then apply it to a subsample of 16 DAFT/FADA clusters, with Subaru/SuprimeCam or CFHT/MegaCam imaging (Sect. 3.2). We estimate the masses of these clusters, and take advantage of the large fields of view of our images to detect filaments and structures in the cluster vicinity, observationally supporting the hierarchical scenario of cluster growth. Finally, we detect shear peaks in Euclid-like simulations, and use their statistics as a cosmological probe, similarly to cluster counts (Sect. 3.3). We forecast the cosmological constraints that this technique will achieve when applied to the Euclid space mission, and develop a tomographic analysis that adds information from redshifts. We conclude with a discussion of our perspectives on future studies in all the fieldsinvestigated in the present thesis.

L'objectif de cette thèse est d'identifier et d'étudier la population à haut décalage spectral. J'ai utilisé des données dans le proches infrarouge venant du sondage UltraVista associé à des données multi-longueur d'onde disponible dans le champ COSMOS ainsi que le sondage ultra profond de VIMOS utilisé comme un échantillon de contrôle pour la sélection des candidats à grand décalage spectrale. Cette analyse m'a amené à sélectionner des galaxies à z>4.5 en utilisant les décalages spectraux photométriques estimés à partir de la distribution spectrale d'énergie complète ainsi que des limites en magnitudes basés sur la profondeur des données dans chaque bande. Cette sélection a amené à la production d'un catalogue unique de 2036 galaxies dans l'intervalle z~5 et de 330 galaxies dans l'intervalle z~6 faisant de ce catalogue le catalogue le plus grand et le plus complet à ce jour. J'ai trouvé que la fonction de luminosité à z~5 est bien reproduite par une fonction de Schechter. A z~6, j'ai observé que le fin lumineuse de la fonction de luminosité semble être plus peuplée qu'une fonction de Schechter le laisse présager, en accord avec les résultats d'autres études Ceci étant une indication que les processus d'assemblage de la masse ont évolué rapidement. Finalement, j'ai intégré la fonction de luminosité pour en déduire la densité de luminosité et dérivé la densité de formation stellaire entre z=4.5 et z=6.5. Mes résultats montrent une densité de formation stellaire importante, en comparaison des derniers résultats avec les données du télescope Hubble, ainsi qu'une précision plus grande liée aux meilleures contraintes sur la fin lumineuse de la fonction de luminosité. / The main purpose of this THESIS is to identify and study the population of high redshift galaxies in the redshift range (4.5 < z < 6.5). I use the near infrared data from the UltraVista survey conducted with the Vista telescope in combination with multi-wavelength data available in the COSMOS field and use The VIMOS Ultra Deep spectroscopic redshift survey (VUDS) as a control sample for the selection of high redshift candidates. I made a analysis leads me to select galaxies at z ≥ 4.5 using photometric redshifts computed from the full spectral energy distribution (SED) combined with well tuned magnitude limits based on the depth of the data in each band. At the end of this process I produce a unique catalogue of 2036 galaxies with 4.5 ≤ z ≤ 5.5 and 330 galaxies with 5.5 ≤ z ≤ 6.5, the largest and most complete catalogue of sources at these redshifts existing today. I find that the LF at z ∼ 5 is well fit by a Schechter function. At z ∼ 6 I find that the bright end might be more populated than expected from a Schechter function, in line with results from other authors, an indication that the mass assembly processes have evolved quickly in a short 0.5-1 Gyr timescale. Finally I integrate the luminosity functions to compute the luminosity density and derive the star formation rate density (SFRD) in 4.5 ≤ z ≤ 6.5. My results show a high SFRD comparable to the latest results derived from the HST data, with an improved accuracy linked to the better constraints at the bright end of the LF.

La première prise des données du LHC (2010-2012) a été marquée par la découverte du boson scalaire, dit boson de Higgs. Sa masse a été mesurée avec une précision de 0.2% en utilisant ses désintégrations en deux photons et celles en deux bosons Z donnant quatre leptons dans l’état final. Les couplages ont été estimés en combinant plusieurs états finaux, tandis que la précision sur leur mesure pourra bénéficier énormément de la grande statistique qui sera accumulée pendant les prochaines périodes de prise des données au LHC (Run 2, Phase 2).Le canal H→ZZ*→4 leptons, a un rapport d'embranchement réduit mais présente un faible bruit de fond, ce qui le rend attractif pour la détermination des propriétés du nouveau boson. Dans cette thèse, l’analyse conduite pour la mise en évidence de ce mode dans l’expérience ATLAS est détaillée, avec un poids particulier porté à la mesure et au contrôle du bruit de fond réductible en présence d’électrons.Dans le cadre de la préparation de futures prises de données à très haute luminosité, prévues à partir de 2025, deux études sont menées:La première concerne l’observabilité du mode de production du boson de Higgs en association avec des quarks b. Une analyse multivariée, basée sur des données simulées, confirme un très faible signal dans le canal H→2 photons.La seconde concerne la conception et le développement d’un détecteur interne en silicium, adapté à l’environnement hostile, de haute irradiation et de taux d’occupation élevée, attendues pendant la Phase 2 du LHC. Des études concernant l’optimisation de la géométrie, l’amélioration de l’efficacité ainsi que la résistance à l’irradiation ont été menées. A travers des mesures SiMS et des simulations des procédés de fabrication, les profiles de dopage et les caractéristiques électriques attendues pour des technologies innovantes sont explorés. Des prototypes ont été testés sous faisceau et soumis à des irradiations, afin d’évaluer les performances du détecteur et celles de son électronique associée. / The discovery of a scalar boson, known as the Higgs boson, marked the first LHC data period (2010-2012). Using mainly di-photon and di-Z decays, with the latest leading to a four leptons final state, the mass of the boson was measured with a precision of <0.2%. Relevant couplings were estimated by combining several final states, while corresponding uncertainties would largely benefit from the increased statistics expected during the next LHC data periods (Run 2, Phase 2).The H→ZZ*→4l channel, in spite of its suppressed brunching ratio, benefits from a weak background, making it a prime choice for the investigation of the new boson’s properties. In this thesis, the analysis aimed to the observation of this mode with the ALTAS detector is presented, with a focus on the measurement and control of the reducible electron background.In the context of preparation for future high luminosity data periods, foreseen from 2025 onwards, two distinct studies are conducted:The first concerns the observability potential of the Higgs associated production mode in conjunction with two b-quarks. A multivariate analysis based on simulated data confirms a very weak expected signal in the H→di-photon channel.The second revolves around the conception and development of an inner silicon detector capable of operating in the hostile environment of high radiation and increased occupancy, expected during LHC Phase 2. Main studies were concentrated on improving radiation hardness, geometrical and detection efficiency. Through fabrication process simulation and SiMS measurements, doping profiles and electrical characteristics, expected for innovative technologies, are explored. Prototypes were designed and evaluated in test beams and irradiation experiments in order to asses their performances and that of associated read-out electronics.

Un défi important pour les futurs collisionneurs linéaires électron-positron est de pouvoir focaliser le faisceau à des tailles transverses de l’ordre du nanomètre au point d’interaction (IP), permettant d’atteindre la luminosité de conception. Le système délivrant les faisceaux d’e- et de e + de la sortie du Linac principal vers le point d’interaction, le Beam Delivery System (BDS), réalise les fonctions critiques requises pour atteindre l’objectif de luminosité, tel que la collimation et la focalisation du faisceau. Le faisceau est focalisé par le système de focalisation finale (FFS) tout en corrigeant les aberrations d’ordre supérieur propagées le long du système. Les effets chromatiques contribuant à l’élargissement de la taille du faisceau, sont amplifiés par la force de focalisation des deux derniers quadripôles QF1 et QD0, ou doublet final (FD), et par la longueur de la distance focale finale L* entre QD0 et l’IP. L’approche de correction de la chromaticité retenue pour les deux grands projets actuels de collisionneurs linéaires, CLIC et ILC, est fondée sur la correction locale de la chromaticité générée par le doublet final. Ce schéma est actuellement testé à l’ATF2 au KEK (Japon). Ce travail de thèse se concentre sur les problématiques liées au système de focalisation finale du projet CLIC re-optimisé avec un plus long L*, dans le cadre de la simplification de l’interface machine-détecteur (MDI), ainsi que sur le travail expérimental conduit à l’ATF2 pour l’optimisation et l’étude des optiques du système de focalisation finale à ultra-bas β* incluant les tout premiers est in situ des octupôles à l’ATF2. / The future machines considered to carry out high precision physics in the TeV energy regime are electron-positron (e+e−) linear colliders. Future linear colliders feature nanometer beam spot sizes at the Interaction Point. The Beam Delivery System (BDS) transports the e + and e− beams from the exit of the linacs to the IP by performing the critical functions required to meet the CLIC luminosity goal such as beam collimation and focusing. The beam is focused through the Final Focus System while correcting higher order transport aberrations in order to deliver the design IP beam sizes. The chromatic contributions are amplified by the focusing strength of the two last quadrupoles named QD0 and QF1, reffered to as the Final Doublet (FD), and by the length of the final focal distance L* between QD0 and the IP. The chromaticity correction approach chosen for the CLIC FFS is based on the Local chromaticity correction scheme which uses interleaved pairs of sextupole magnets in the FD region in order to locally and simultaneously correct horizontal and vertical chromaticity. The current linear collider projects, the Compact Linear Collider (CLIC) and the International Linear Collider (ILC) have FFS lattices based on the Local Chromaticity correction scheme. This scheme is being tested in the Accelerator Test Facility 2 (ATF2) at KEK (Japan). This thesis concentrates on problems related to the optimization of BDS lattices for the simplification of the CLIC Machine Detector Interface (MDI) and on the experimental work for the implementation and study of a CLIClike FFS optics for the ATF2, referred to as ultra-low β* optics.