Le plasma de quarks et de gluons est un état de la matière apparaissant à haute température. En laboratoire, il est possible d'atteindre les conditions nécessaires à sa formation grâce aux collisions d'ions lourds aux énergies ultra-relativistes. L'expérience ALICE au LHC est dédiée à l'étude du plasma de quarks et de gluons grâce aux collisions Pb-Pb à 2,76 TeV. Les premiers résultats d'ALICE, presentés en annexe, ont été obtenus grâce aux rayons cosmiques. Une étude de l'évolution de l'efficacité de reconstruction du spectromètre à muons durant ses deux premières années de fonctionnement sera présentée par la suite. L'efficacité totale de reconstruction des chambres de trajectographie ainsi obtenue est de plus de 90% pour les données correspondant à des collisions proton-proton, et de 85% pour les données recueillies avec des collisions plomb-plomb. Une méthode de sélection des traces reposant sur la distribution du produit impulsion - distance d'approche minimale sera également présentée. Cette sélection permet de rejeter les traces de muons produits par des collisions entre les particules du faisceau et le gaz résiduel dans le tube faisceau, et les fausses traces dans les collisions Pb-Pb les plus centrales. Enfin, cette thèse présentera une première analyse sur le taux de production des muons simples et des J/psi en fonction de la multiplicité en particules chargées lors des collisions proton-proton.

L’expérience ALICE au CERN examine l’état de la matière QCD chaude et dense créée lors de collisions d’ions lourds ultra-relativistes - le plasma de Quark Gluon (QGP). En raison de sa courte durée de vie, le QGP ne peut être étudié que via ses signatures.La suppression de J/ψ a été proposée comme preuve de la formation du milieu déconfiné.Néanmoins, il est devenu évident que la réalité est bien plus complexe, car il existe d’autres mécanismes concurrents qui affectent la production de J/ψ . Pour comprendre quels effets agissant sur la production de J/ψ dans les collisions noyau-noyau résultent véritablement de la présence du QGP, ALICE étudie également la production de J/ψ en collisions pp et p–Pb. Le QGP ne devrait pas se former dans ces systèmes. De plus, les mesures de la production de J/ψ dans les collisions p–Pb peuvent révéler des informations sur les effets provenant de la liaison des nucléons dans le noyau, appelés effets de la matière nucléaire froide (CNM). L’objectif de cette thèse est d’étudier la production de J/ψ à rapidité vers l’avant avec le spectromètre à muons ALICE. La section efficace de production J/ψ inclusive dans les collisions pp à √s = 5.02 TeV,et sa dépendance en pT et en rapidité, ont été examinées et comparées à des calculs théoriques ainsi qu’ à des mesures à d’autres énergies du LHC. Les données sont bien décrites par la somme des calculs de pQCD pour les J/ψ prompts et de FONLL pour les J/ψ non-prompts. La production différentielle en multiplicité des J/ψ a été étudiée dans les collisions p–Pb et Pb–p à √sNN = 8,16 TeV, ainsi que le moment transvers moyen. La mesure montre un comportement dépendant de la rapidité pour les taux de production relatifs des J/ψ . Le moment transvers moyen des J/ψ est par contre identique dans les deux intervalles de rapidité mesurés. La nouvelle analyse a augmenté la précision et étendu la mesure à des multiplicités plus élevées par rapport à la mesure précédente à √sNN = 5,02 TeV. Nous constatons que les taux de production relatifs et le <pti> relatif sont indépendants de l’énergie du centre de masse. / The ALICE experiment at CERN probesthe state of hot and dense QCD matter created in ultrarelativisticheavy ion collisions - the Quark GluonPlasma (QGP). Due to its short lifetime, the QGP canbe studied only via its signatures. The suppression ofJ/ ψ was proposed as a proof of formation of the deconfinedmedium. Nevertheless, it became clear thatthe real picture is far more complex as there are othercompeting mechanisms affecting the J/ ψ production.To understand which effects acting on the J/ productionin nucleus-nucleus collisions truly stem fromthe presence of the QGP, ALICE also studies the productionof J/ψ in pp and p–Pb collisions. The QGP isexpected not to form in these systems. Furthermore,measurements of the J/ ψ production in p–Pb collisionscan unveil information on the effects originatingfrom the binding of the nucleons in the nucleus, referredto as the cold nuclear matter effects (CNM).The objective of this thesis is to study the productionof J/ ψ at forward rapidity with the ALICE Muon Spectrometer.The inclusive J/ ψ production cross sectionin pp collisions at √s = 5.02 TeV, and its dependenceon pT and rapidity, were examined and compared withtheoretical calculations as well as measurement atother LHC energies. The data are well described bya sum of pQCD calculations for prompt and FONLLcalculations for non-prompt contribution. The multiplicitydifferential J/ ψ production was studied in p–Pband Pb–p collisions at √sNN = 8.16 TeV, as well asits mean transverse momentum. The measurementshows a rapidity dependent behaviour of relative J/ ψ yields. The J/ ψ mean transverse momentum on theother hand is identical in the two measured rapidityintervals. The new analysis increased the precisionand extended the measurement to higher multiplicitiescompared to previous measurement at √sNN =5.02 TeV. We find that both relative yields and relative<pti> are independent of centre-of-mass energy.

Cette thèse d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) est constituée de six chapitres. Le chapitre I est consacré à une description de mon parcours scientifique, un récapitulatif de mes travaux de recherche, expériences professionnelles, productions scientifiques, liste de mes présentations orales dans les congrès internationaux et liste de mes publications. Le chapitre II introduit l'objectif de recherches de la physique des ions lourds relativistes, les axes principaux de recherche du collisionneur RHIC. Le chapitre III présente le contexte physique du plasma de Quarks et de Gluons (PQG) incluant les aspects théoriques, les aspects expérimentaux, les signatures du déconfinement et la physique du SPS au RHIC. Le chapitre IV porte principalement sur ma contribution personnelle à la construction, l'assemblage, l'installation, le fonctionnement, l'évaluation du signal et la maintenance des détecteurs pixel au silicium pour la mesure de la multiplicité des particules chargées pour l'expérience PHOBOS et le traceur de vertex en silicium (VTX) dont le but est de différencier les mesures des quarks lourds charme et beauté dans l'expérience PHENIX au RHIC. Le chapitre V présente mon travail d'analyse par la méthode de ''hit-counting'' (4휋) qui permet d'obtenir les distributions de pseudorapidité de densité des particules chargées dans PHOBOS aux énergies du RHIC. Ce chapitre illustre également mes prédictions pour le LHC ainsi que mes publications comme auteur principal et mes responsabilités comme ''co-conveneur '' du groupe de multiplicité. Finalement, le chapitre VI présente les points culminants des résultats du RHIC : "Fluide Quasi Parfait de Quarks et de Gluons". Ce chapitre illustre une grande richesse de découvertes scientifiques, et quelques grandes surprises produites au RHIC. Celles-ci ont fourni des aperçus nouveaux dans les calculs de la chromodynamique quantique (QCD). À la fin de ce chapitre, je conclus en répondant à la question : Qu'avons-nous appris et où en sommes-nous ?

L’étude des mécanismes de production des quarkonia (J/ψ or Υ) dans les collisions proton-proton (pp) est intéressante car elle nécessite de prendre en compte les aspects perturbatifs et non perturbatifs de la ChromoDynamique Quantique (QCD). La production de quarkonia en fonction de la multiplicité des particules chargées a été mesurée pour la première fois dans les collisions pp avec le détecteur ALICE au Grand collisionneur de hadrons (LHC). Ces mesures présentent une corrélation non triviale qui peut conduire à une meilleure compréhension du mécanisme d’interaction partonique multiple dans l’état initial de la collision ainsi que des effets collectifs possibles dans les petits systèmes. L’étude du dernier échantillon de données enregistré au LHC en collisions pp aux énergies les plus élevées jamais atteintes en laboratoire (√s=13 TeV) permettra d’étudier des événements à forte multiplicité. Avec ALICE, les quarkonia sont mesurés jusqu’à des impulsions transverses nulles. Les charmonia (J/ψ, cc̄ ) sont détectés par leur désintégration en diélectrons à mi-rapidité (|y|< 0.9) et en dimuons en rapidité vers l’avant (2.5 < y < 4). Les bottomonia (Υ, bb̄) sont détectées par leur décroissance en dimuons en rapidité vers l’avant. La multiplicité des particules chargées est mesurée à l’aide de segments de traces avec le détecteur de silicium à pixels pour |η|< 1. Dans cette thèse, nous présenterons les premières mesures réalisées avec ALICE des productions relatives d’Υ(1S) et Υ(2S) en fonction de la multiplicité des collisions pp à √s =13 TeV. Nous discuterons du rapport relatif des Υ(2S) par rapport aux Υ(1S) en fonction de la multiplicité des particules chargées. La comparaison entre les J/ψ et les Υ(1S) mesurés en rapidité avant en fonction de la multiplicité sera également examinée. Ces études permettront d’examiner la dépendance possible de la corrélation mesurée avec les différentes masses des quarkonia considérés et les différents types de contenus en quark. La dépendance du domaine en rapidité et de l’énergie de la collision sera également considérée. / The study of quarkonium (J/ψ or Υ) in proton-proton (pp) collisions is interesting as both perturbative and non perturbative aspects of Quantum ChromoDynamics (QCD) are involved in the production mechanism. The quarkonium production as a function of charged-particle multiplicity has been measured in a pp collisions with ALICE detector at the Large Hadron Collider (LHC). They exhibit a non-trivial correlation that can lead to a better understanding of the multi-parton interaction mechanism in the initial state of the collision as well as possible collective effects in small systems. Thestudy of latest data sample recorded at the LHC in pp collisions at the highest collision energies everreached in the laboratory (√s = 13 TeV) will allow to investigate high multiplicity events. In ALICE,quarkonia are measured down to zero transverse momentum. Charmonia (J/ψ, cc̄) are detected viatheir decay into di-electrons at mid-rapidity (|y|< 0.9) and dimuons at forward rapidity (2.5 < y < 4).Bottomonia (Υ, bb̄) are detected via their decay into dimuons at forward rapidity. Charged-particlemultiplicity is measured using track segments in the silicon pixel detector in |η|< 1. In this thesis, we will present the first ALICE measurements of relative Υ(1S) and Υ(2S) productions as a function of multiplicity in pp collisions at √s =13 TeV. We will discuss the ratio of the relative Υ(2S) overΥ(1S) as a function of charged-particle multiplicity. The comparison between the relative J/ψ andΥ(1S) yields measured at forward rapidity as a function of multiplicity will also be discussed. This will provide insight of possible dependence of the measured correlation with different mass and quark contents as well as the evolution with rapidity range and the collision energy.