Au cours ce travail, nous nous sommes intéressés au design de particules plasmoniques pour le contrôle de l’absorption et de l’émission de lumière. Notre stratégie a été de synthétiser des nanoparticules de type cœur@écorce composées d’un cœur d’or et d’une écorce diélectrique de silice contenant des molécules organiques fluorescentes. Nous avons fait varier la distance entre ces dernières et le cœur afin de moduler l’intensité de leur couplage avec les plasmons du métal et d’ainsi contrôler les propriétés optiques des nanoparticules. Nous nous sommes aussi intéressés à l’assemblage de ces nanoparticules sous la forme de supra-particules ou de réseaux bidimensionnels organisés. L’étude des propriétés optiques de ces nouveaux matériaux a permis de mettre en évidence une forte exaltation de l’intensité de fluorescence des particules cœur@écorce quand celles-ci sont confinées entre deux nappes métalliques, ce qui correspond à un mode de cavité fort. Nous avons également travaillé sur la synthèse de particules composées d’un cœur de silice et soit d’une écorce d’or présentant des patchs « vierges », soit d’une écorce de dioxyde de titane comportant des patchs recouverts de nanoparticules d’or. / During this work, we were interested in the design of plasmonic particles for the control of the absorption and the emission of light. Our strategy was to synthesize core@shell nanoparticles made of a gold core and a silica shell containing fluorescent organic molecules. We have varied the distance between the emitters and the core in order to tune their coupling with the plasmons of gold. We thus tuned the optical properties of the particles. We were also interested in the assembly of these nanoparticles to get supra-particles or organized two-dimensional networks. The study of optical properties of these new materials showed that the exaltation of the fluorescence is maximal when the core@shell particles are confined between two gold boundaries, this situation corresponding to a strong cavity mode. We also worked on the synthesis of particles consisting of a silica core and either a gold shell with bare patches or a titanium dioxide shell with patches covered with gold nanoparticles.

Les marches aléatoires avec recherche de cible peuvent modéliser des réactions nucléaires ou la quête de nourriture par des animaux. Dans cette thèse, nous identifions des stratégies qui minimisent le temps moyen de première rencontre d’une cible (MFPT) pour plusieurs types de marches aléatoires. Premièrement, pour des marches symétriques ou avec biais, nous déterminons la distribution des temps de première sortie par une ouverture dans une paroi en forme de secteur angulaire, d’anneau ou de rectangle. Nous concluons sur la minimisation du MFPT en termes de la géométrie du confinement. Deuxièmement, pour des marches alternant entre diffusions volumique et surfacique, nous déterminons le temps moyen de première sortie par une ouverture dans la surface de confine- ment. Nous montrons qu’il existe un taux de désorption optimal qui minimise le MFPT. Nous justifions la généralité de l’optimalité par l’étude des rôles de la géométrie, de l’adsorption sur la surface et d’un biais en phase volumique. Troisièmement, pour des marches actives composées de phases balistiques entrecoupées par des réorientations aléatoires, nous obtenons l’expression du taux de réorientation qui minimise le MFPT en géométries sphériques de dimension deux ou trois. Dans un dernier chapitre, nous modélisons le mouvement de cellules eucaryotes par des marches browniennes actives. Nous expliquons pourquoi le temps de persistance évolue expo- nentiellement avec la vitesse de la cellule. Nous obtenons un diagramme des phases des types de trajectoires. Ce modèle minimal permet de quantifier l’efficacité des processus de recherche d’antigènes par des cellules immunitaires. / Random search processes can model nuclear reactions or animal foraging. In this thesis, we identify optimal search strategies which minimize the mean first passage time (MFPT) to a target for various processes. First, for symmetric and biased Brownian particles, we compute the distribution of exit times through an opening within the boundary of angular sectors, annuli and rectangles. We conclude on the optimizability of the MFPT in terms of geometric parameters. Second, for walks that switch between volume and surface diffusions, we determine the mean exit time through an opening inside the bounding surface. Under analytical criteria, an optimal desorption rate minimizes the MFPT. We justify that this optimality is a general property through a study of the roles of the geometry, of the adsorption properties and of a bias in the bulk random walk. Third, for active walks composed of straight runs interrupted by reorientations in a random direction, we obtain the expression of the optimal reorientation rate which minimizes the MFPT to a centered spherical target within a spherical confinement, in two and three dimensions. In a last chapter, we model the motion of eukaryotic cells by active Brownian walks. We explain an experimental observation: the persistence time is exponentially coupled with the speed of the cell. We also obtain a phase diagram for each type of trajectories. This model is a first step to quantify the search efficiency of immune cells in terms of a minimal number of biological parameters.

Cette thèse comporte trois parties essentiellement indépendantes, dont chacune est consacrée à l'étude d'un système de particules, suivant une dynamique déterministe ou aléatoire, et à l'intérieur duquel les interactions se font uniquement aux collisions entre les particules.La Partie I propose une étude numérique et théorique des états stationnaires hors de l'équilibre du Modèle d'Échange Complet, introduit en physique pour comprendre le transport de la chaleur dans certains matériaux poreux.La Partie II est consacrée à un système de particules browniennes évoluant sur la droite réelle et interagissant à travers leur rang. Le comportement limite de ce système, en temps long et à grand nombre de particules, est décrit, puis les résultats sont appliqués à l'étude d'un modèle de marché financier dit modèle d'Atlas en champ moyen.La Partie III introduit une version multitype du système de particules étudié dans la partie précédente, qui permet d'approcher des systèmes paraboliques d'équations aux dérivées partielles non-linéaires. La limite petit bruit de ce système est appelée dynamique des particules collantes multitype et approche cette fois des systèmes hyperboliques. Une étude détaillée de cette dynamique donne des estimations de stabilité en distance de Wasserstein sur les solutions de ces systèmes. / This thesis contains three independent parts, each one of which is dedicated to the study of a particle system, following either a deterministic or a stochastic dynamics, and in which interactions only occur at collisions. Part I contains a numerical and theoretical study of nonequilibrium steady states of the Complete Exchange Model, which was introduced by physicists in order to understand heat transfer in some porous materials. Part II is dedicated to a system of Brownian particles evolving on the real line and interacting through their ranks. The long time and mean-field behaviour of this system is described, then the results are applied to the study of a model of equity market called the mean-field Atlas model. Part III introduces a multitype version of the particle system studied in the previous part, which allows to approximate parabolic systems of nonlinear partial differential equations. The small noise limit of of this system is called multitype sticky particle dynamics and now approximates hyperbolic systems. A detailed study of this dynamics provides stability estimates in Wasserstein distance for the solutions of these systems.

La masse non-nulle des neutrinos rend nécessaire l'introduction de nouvelle physique pour expliquer celle-ci. Par exemple, l'ajout de neutrinos lourds avec une masse de l'ordre du GeV permettrait d'expliquer à la fois la masse des neutrinos et l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers, comme cela est proposé dans le modèle nuMSM.Un domaine de masse particulièrement intéressant pour ces nouvelles particules est celui entre 140 et 493 MeV/c^2, qui est accessible avec les expériences actuelles, en particulier avec le détecteur proche ND280 de l'expérience T2K, expérience d'oscillation des neutrinos située au Japon.L'analyse vise à isoler un échantillon de désintégrations de neutrinos lourds dans ND280, après leur production dans la désintégration de kaons chargés dans le faisceau de T2K. Le bruit de fond provenant d'interactions de neutrinos a été réduit à quelques événements dans l'ensemble des données de T2K (2010-2017), ce qui permet de contraindre l'espace des paramètres des neutrinos lourds de manière compétitive par rapport aux expériences dédiées comme PS191.Une des étapes importantes de l'analyse consiste à valider les algorithmes de reconstruction et les simulations du bruit de fond attendu, ce qui a nécessité d'étudier les interactions de neutrinos actifs dans les murs des TPCs; Cet échantillon a également pu être utilisé pour des études de physique.Un dernier travail effectué durant cette thèse concerne la mise à niveau du détecteur ND280, prévue d'ici 2021, dans le but d'augmenter la précision des mesures de section efficace d'interaction des neutrinos afin d'améliorer les analyses des oscillations. / Non-zero neutrino mass requires the introduction of new physic beyond the Standard Model. For instance, the nuMSM (Neutrino Minimal Standard Model) predicts the existence of new heavy neutrinos, with masses at GeV-scale, that would explain both neutrino masses and baryon asymmetry in the Universe.A particularly interesting mass domain is between 140 and 493 MeV/c^2, which is accessible to current experiments, in particular with the near detector ND280 of the T2K experiment, which is a long baseline neutrino oscillation experiment located in Japan.The analysis aims at the selection of a sample containing heavy neutrino decays, after they have been produced in kaon decays along the standard T2K neutrino beam. Background coming from standard neutrino interactions has been reduced to few events in the current dataset (2010-2017), which allow to constrain heavy neutrino parameter space quite well with respect to dedicated experiments such as PS191.An important step in the analysis consists in the validation of the reconstruction algorithms and of the expected background. It has been done with the study of active neutrino interactions in the walls of the TPCs. This sample is also interesting per se for physics.A last topic in this thesis concerns the upgrade of the near detector, that is scheduled for 2021. The goal is to improve neutrino cross-section measurements in order to get more precise determination of oscillation parameters.

Cette thèse présente des études pour l’International Linear Collider (ILC), un collisionneur électron-positron linéaire avec une énergie nominale dans le centre de masse de 250 GeV à 500 GeV. Les données analysées ont été enregistrées avec le prototype physique CALICE d’un calorimètre électromagnétique silice-tungstène (Si-W ECAL) à FermiLab en 2008. Au cours de cette thèse, un algorithme de recherche de traces a été développé, qui trouve des traces secondaires dans les événements hadroniques enregistrés par le prototype Si-W ECAL. Cet algorithme révèle des détails sur les interactions hadroniques dans le volume du détecteur et les résultats sont comparés avec des simulations basées sur le GEANT4 toolkit. Les recherches indirectes de nouvelle physique nécessitent une haute précision sur les mesures des paramètres de Modèle Standard. Théories de la physique au-delà de Modèle Standard, comme théories de dimensions supplémentaires ou modèles composite, impliquent des modifications des couplages électrofaibles des quarks lourds, top et bottom. La deuxième partie de la thèse est une étude de simulation complète des algorithmes de vertexing dans l’environnement ILD et la reconstruction de la charge de quark b. La reconstruction de la charge du quark bottom est essentielle pour de nombreux canaux de physique à l’ILC, particulièrement, pour les réactions e⁺e⁻ → bb̄ et e⁺e⁻ → tt̄ . L’algorithme développé améliore la performance de reconstruction de la charge du quark bottom. Les méthodes de reconstruction de la charge du quark bottom sont appliquées à l’analyse du mécanisme de production tt̄ . Cela permet d’augmenter la statistique pour l’estimation du facteur de forme électrofaible du quark top par rapport à une étude antérieure et donc de diminuer les incertitudes statistiques correspondantes. Les résultats de l’étude du détecteur permettent d’estimer la précision de l’ILC sur les couplages et les facteurs de forme électrofaibles du quark bottom. L’ILC sera capable de résoudre l’anomalie du LEP dans le processus de production bb̄. La précision de l’ILC sur le couplage droite Z⁰bb̄, un candidat majeur pour les effets de la nouvelle physique, est calculée et est au moins 5 fois mieux que celle des expériences de LEP. / This thesis presents studies for the International Linear Collider (ILC),a linear electron-positron collider with a nominal center-of-mass energy of 500 GeV. Data are analysed that were recorded with the physics prototype of the CALICE silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (Si-W ECAL) prototype at FermiLab in 2008. During this thesis, a track-finding algorithm was developed, which finds secondary tracks in hadronic events recorded by the Si-W ECAL physics prototype. This algorithm reveals details of hadronic interactions in the detector volume and the results are compared with simulations based on the geant4 toolkit.Indirect searches of New Physics require a high precision on the measurements of the Standard Model parameters. Many Beyond Standard Model theories, like extradimentional or composite models, imply modifications of electroweak couplings of the heavy quarks, top and bottom. The second part of the thesis is a full simulation study of vertexing algorithms in the ILD environment and the reconstruction of the b-quark charge. The b-quark charge reconstruction is essential for many physics channels at the ILC, particularly, for the e+ e− → bb̄ and the e+ e− → tt̄ channels. The developed algorithm improves the b-quark charge reconstruction performance.The b-quark charge reconstruction methods are applied to the tt̄ production process. This allows to increase statistics for the top quark electroweak form factor estimation w.r.t an earlier study and thus to decrease corresponding statistical uncertainties.The results of the detector study allow for an estimation of the ILC precision on the b-quark electroweak couplings and form factors. The ILC will be able to resolve the LEP anomaly in the bb̄ production process. The ILC precision on the right-handed Z⁰bb̄ coupling, a prime candidate for effects of new physics, is calculated to be at least 5 times better than theLEP experiments.

Nous étudions des fluctuations qui sont omniprésentes dans des collisions entre particules aux hautes énergies. Ces fluctuations peuvent être de nature classique ou quantique et nous allons considérer ces deux cas. D'abord, nous étudions les fluctuations quantiques qui sont présentes dans des collisions entre protons. Celles-ci sont calculables en théorie quantique des champs, et nous allons nous concentrer sur une certaine classe de diagrammes dans ce cadre. Dans un second temps nous allons étudier des fluctuations qui sont présentes dans des collisions entre particules plus lourdes que le proton. Celles-ci sont décrites par les lois quantiques de la nature qui donnent les positions des nucléons dans le noyau, ou bien des fluctuations classiques, d'origine thermique, qui affectent l'évolution hydrodynamique du milieu produit dans une collision. Les fluctuations dans des collisions entre protons peuvent être calculées analytiquement jusqu'à un certain ordre en théorie quantique des champs. Nous allons nous concentrer sur des diagrammes à une boucle, d'une topologie donnée. Ces diagrammes aux boucles donnent des intégrales, qui typiquement sont difficiles à calculer. Nous allons démontrer comment des outils des mathématiques modernes peuvent être utilisés pour faciliter leur évaluation. En particulier, nous allons étudier des relations entre des coupures d'un diagramme, la discontinuité à travers d'un branchement et le coproduit. Nous allons démontrer comment l'intégrale originale peut être reconstruit à partir de l'information contenue dans le coproduit. Nous nous attendons à ce que ces méthodes seront utiles pour le calcul des diagrammes avec des topologies plus difficiles et ainsi aident au calcul des nouvelles amplitudes de diffusion. A la fin, nous étudions les deux types de fluctuations qui ont lieu dans des collisions entre ions lourds. Celles-ci sont liées soit à l'état initial de la matière, soit à l'état intermédiaire produit dans une telle collision. Les fluctuations de l'état initial ont été mesurées expérimentalement, et on voit qu'elles donnent lieu à des non-Gaussianités dans le spectre final de particules. Nous allons démontrer comment ces non-Gaussianités peuvent être comprises comme des positions et des énergies d'interaction aléatoires des 'sources' dans les noyaux entrant en collision. En plus, nous étudions le bruit hydrodynamique dans le milieu produit juste après une collision. Le comportement de ce milieu est celui d'un fluide à basse viscosité. / We study fluctuations that are omnipresent in high-energy particle collisions. These fluctuations can be either of either classical or quantum origin and we will study both. Firstly, we consider the type of quantum fluctuations that arise in proton-proton collisions. These are computable perturbatively in quantum field theory and we will focus on a specific class of diagrams in this set-up. Secondly, we will consider the fluctuations that are present in collisions between nuclei that can be heavier than protons. These are the quantum laws of nature that describe the positions of nucleons within a nucleus, but also the hydrodynamic fluctuations of classical, thermal origin that affect the evolution of the medium produced in heavy-ion collisions. The fluctuations arising in proton-proton collisions can be computed analytically up to a certain order in perturbative quantum field theory. We will focus on one-loop diagrams of a fixed topology. Loop diagrams give rise to integrals that typically are hard to evaluate. We show how modern mathematical methods can be used to ease their computation. We will study the relations among unitarity cuts of a diagram, the discontinuity across the corresponding branch cut and the coproduct. We show how the original integral corresponding to a given diagram can be reconstructed from the information contained in the coproduct. We expect that these methods can be applied to solve more complicated topologies and help in the computation of new amplitudes in the future. Finally, we study the two types of fluctuations arising in heavy-ion collisions. These are related either to the initial state or the intermediate state of matter produced in such collisions. The initial state fluctuations are experimentally observed to give rise to non-Gaussianities in the final-state spectra. We show how these non-Gaussianities can be explained by the random position and interaction energy of `sources' in the colliding nuclei. Furthermore, we investigate the effect of hydrodynamical noise in the evolution of the medium produced just after a collision. This medium behaves like a fluid with a very low viscosity, and so the corresponding evolution is hydrodynamical.

Cette thèse a pour objectif l’étude comparée de la turbulence isotherme en hélium I (HeI, fluide classique) et en hélium II (HeII, dont une partie du fluide est inviscide) par une analyse lagrangienne. Les analogies et/ou différences du comportement dynamique en écoulement classique ou superfluide devraient ainsi nous renseigner sur les caractéristiques multi-échelles intrinsèques de la turbulence. Ce type de recherche, qui constituait une première mondiale en début de thèse, semble promis à un bel avenir (à titre d'exemple, des mesures similaires de suivi lagrangien en HeI/HeII, en aval d’un barreau oscillant, sont actuellement en cours à Charles Université, Prague).Nous avons opté pour l’écoulement canonique de grille oscillante car il est isotrope, sans vitesse moyenne (autorisant ainsi un temps d’observation long) et homogène par plan. Nous basons nos mesures sur la visualisation de microsphères creuses de verre, dont la densité est voisine de celle de l’hélium liquide. Cette expérience étant nouvelle, il a fallu procéder à sa conception et à son dimensionnement, à sa mise en place ainsi qu'à sa calibration. Le cryostat que l’on a conçu est entièrement en verre, permettant ainsi une observation multi-angles de l’écoulement. Le système de visualisation utilisé est basé sur l'imagerie haute cadence en éclairage "backlight" (diffusion avant). A partir de la reconstruction des trajectoires des particules, nous avons pu réaliser des analyses lagrangiennes à une particule (à un temps et à deux temps), mais aussi étudier la dispersion relative de paires de particules.La résolution spatiale et temporelle de nos mesures nous a permis de pleinement caractériser les échelles inertielles de la turbulence, tandis que les échelles sont plus marginalement résolues. Dans ces conditions, nous trouvons que les caractéristiques de la turbulence en HeI sont en accord avec les mesures de la littérature dans des écoulements similaires en fluide classique. Ce même comportement est également observé en HeII. / This thesis aims at comparing the isothermal turbulence in Helium I (HeI, classical fluid) and in Helium II (HeII, which has one inviscid component) through a Lagrangian analysis. Analogies and/or differences between the classical and superfluid behaviors are expected to shed new light on the intrinsic multi-scale properties of turbulence. This is a pioneering study, as no similar cryogenic experiment had been performed prior to this thesis, which opens a full range of possible future studies (as an example, similar measurements of Lagrangian tracking in the wake of an oscillating cylinder, are currently in progress at Charles University in Prague). We opted for an oscillating grid turbulence generation, which produces isotropic and homogeneous (per plane) turbulence, with no mean velocity (hence allowing longer observation times). As tracers we use hollow glass microspheres, which are almost neutrally buoyant in liquid Helium. This being a new facility, significant effort was dedicated to the design and the tailoring of the experiment, its implementation and the calibration of the flow. The cryostat hosting the experiment is fully transparent (made of glass), allowing visualization at multiple angles. Measurements were performed using high speed imaging in backlight illumination. Particle trajectories were reconstructed using Lagrangian tracking, from which we performed analysis of single particle statistics (single time and two times) as well as relative dispersion of pairs of particles. The spatial and temporal resolution of our measurements give us access to the dynamics of the flow at inertial scales, while dissipative scales are marginally resolved. In these conditions, we find that turbulence in HeI behaves in agreement with previous results obtained in similar flows using classical fluids. Interestingly, the same turbulence properties stands also for superfluid conditions.

La présente étude porte sur la modélisation de la structure des joints de grains (JG) et sur les phénomènes de ségrégation. Dans les matériaux polycristallins, la ségrégation aux joints de grains a des conséquences importantes sur leurs propriétés structurelles et fonctionnelles : glissement intergranulaire, corrosion intergranulaire et modification des propriétés mécaniques. Ce phénomène devient particulièrement important pour les matériaux irradiés où la ségrégation intergranulaire induite par irradiation peut conduire à une modification locale de la composition des joints de grains et par conséquent, à une évolution parfois néfaste des propriétés macroscopiques de ces matériaux. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur le développement de la méthode des quasiparticules pour pouvoir modéliser ce phénomène dans des systèmes binaires. La méthode des quasi-particules est un modèle continu qui permet de modéliser les phénomènes physiques à l’échelle atomique. Un des avantages est lié à la possibilité de modéliser les déplacements des atomes dans l’espace continu, tout en permettant de modéliser des transitions diffusives s’étalant sur des temps longs. Dans ce travail la méthode des quasi-particules a été appliquée pour étudier la ségrégation du phosphore aux JG. Le lien entre les différentes structures des JG et la concentration du phosphore aux JG a été établi. Pour modéliser les phénomènes qui ont lieu aux JG dans les matériaux irradiés le modèle des quasi-particules a été développé pour pouvoir inclure des lacunes ou des auto-interstitiels puis décrire leurs cinétiques. Ensuite la diffusion et l’annihilation des lacunes (ou des auto-interstitiels) aux JG ont été modélisées. Il a été montré que lorsque la force de puits du JG est assez importante, les lacunes diffusent vers les JG et des cavités se forment aux JG en ayant une forme allongée, ce qui concorde avec les données expérimentales. Le modèle des quasi-particules a été également appliqué pour étudier la croissance des grains dans un polycristal. / This thesis focuses on the modeling of grain boundaries (GB) structure and segregation phenomena. Segregation at GB in polycrystalline materials can have profound consequences on structural and functional properties : intergranular slipping, intergranular corrosion and mechanical properties. Segregation becomes really important in irradiated materials where radiation-induced segregation can change th local composition of GB and sometimes impact the macroscopic properties of materials. In this work, the quasi-particles approach is developed to model these phenomena in binary systems. The quasi-particles approach is a continuous model able to model physical phenomena at atomic scale. One of the insight of this model is the capability to simulate atomic displacement in continuum space and diffusive transitions at mesoscale. In this work, the quasi-particles approach is used to study phosphorus segregation at GB. The link between GB structure and phosphorus concentration is highlighted. Next, vacancies or self-interstitial are introduced into the quasi-particles approach to model some specific phenomena which occur in irradiated materials. In particular, the diffusion and annihilation of vacancies (or self-interstitials) at GB could be modeled. When sink strength of GB is large enough, vacancies diffuse to GB and create voids with elongated shape, consistantly with experimental observation. Finally, the quasi-particles approach is used to study grain growth in polycrystalline materials.

Les travaux présentés dans ce mémoire proposent une nouvelle méthode d'optimisation globale dénommée MPSO-SA. Cette méthode hybride est le résultat d'un couplage d'une variante d'algorithme par Essaim de particules nommé MPSO (Particle Swarm Optimization) avec la méthode du recuit simulé nommé SA (Simulted Annealing). Les méthodes stochastiques ont connu une progression considérable pour la résolution de problèmes d'optimisation. Parmi ces méthodes, il y a la méthode Essaim de particules (PSO° qui est développée par [Eberhart et Kennedy (1995)]. Quant à la méthode recuit simulé (SA), elle provient du processus physique qui consiste à ordonner les atomes d'un cristal afin de former une structure cristalline parfaite. Pour illustrer les performances de la méthode MPSO-SA proposée, une comparaison avec MPSO et SA est effectuée sur des fonctions tests connues dans la littérature. La métode MPSO-SA est utilisée pour la résolution des problèmes réels interopérabilité des systèmes d'information, ainsi qu'aux problèmes d'optimisation et de fiabilité des structures mécaniques. / The work presented in this PhD thesis contibutes to a new method for a modified particle swarm optimization algorith (MPSO) combined with a simulating annealing algorithm (SA). MPSO is known as an efficient approach with a high performance of solving optimization problems in many research fields. It is a population intelligence algorithm [Eberhart et Kennedy (1995)] inspired by social behavior simulations of bird flocking. Considerable research work on classical method PSO (Particle Swarm Optimization) has been done to improve the performance of this method. Therefore, the propose hybrid optimization algorithms MPSOSA use the combination of MPSO and simulating annealing SA. This method has the avantage to provide best results comparing with all heuristics methods PSO and SA. In this matter, a benchmark of eighteen well-known functions is given. These functions present different situations of finding the global minimum with gradual difficulties. Numerical results presented, in this paper, show the robustness of the MPSOSA algorithm. Numerical comparisons with three algorithms namely, Simulating Annealing, Modified Particle swarm optimization and MPSO-SA show that hybrid algorithm offers better results. This method (MPSO-SA) treats a wide range of optimization problems, in information systems interoperability and in structural optimization field.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées, ainsi que des coproduits comme les photons et les neutrinos, issus de sources de rayons cosmiques galactiques ou extragalactiques. Ils arrivent au sommet de l'atmosphère terrestre avec des énergies primaires allant jusqu'à quelques 10 EeV. Lorsque les rayons cosmiques entrent dans l'atmosphère, ils interagissent avec les molécules de l'air et produisent un grand nombre de particules secondaires, créant une gerbe atmosphérique (extensive air shower, EAS). Accompagné des particules secondaires, une émission de la lumière Cherenkov et de la lumière fluorescence est induite par le passage des particules dans l'atmosphère. L'Observatoire Pierre Auger et Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) sont des observatoires dédiés à la détection des gerbes atmosphériques dans le but de répondre aux questions ouvertes concernant les rayons cosmiques, mais se concentrant sur différentes gammes d'énergie, les plus hautes énergies et les énergies autour de quelques PeV. Après plus de 10 ans d'exploitation de l'Observatoire Pierre Auger, la collaboration Auger a proposé une amélioration des détecteurs de son réseau de surface, appelée "AugerPrime". Le but est d'augmenter la sensibilité à la masse des particules primaires en ajoutant un détecteur scintillateur sur le détecteur Cherenkov à eau. Les deux observatoires sont dits «hybrides» car composés de télescopes optiques observant le développement longitudinal des gerbes et des réseaux de détecteurs de surface échantillonnant leurs profils latéraux. Dans cette thèse, une série d'études contribuant aux projets AugerPrime et LHAASO sont présentées. En ce qui concerne le projet AugerPrime, la présente étude comprend le travail de recherche & développement des scintillateurs et l'analyse de données du réseau de tester. Pour le projet LHAASO, des simulations de télescopes Cherenkov et une analyse multivariée des observations hybrides pour l'identification des masses primaires sont présentées. / Cosmic rays are charged particles, as well as coproducts like photons and neutrinos, originated in cosmic-ray sources inside or outside the Galaxy. They arrive at the top of the Earth's atmosphere with primary energies of up to a few 10 EeV. When the cosmic rays enter the atmosphere, they interact with the molecules in the air and produce a large number of secondary particles, creating an extensive air shower (EAS). The ground-based observation of the EAS can be used to deduce the energy, the arrival direction, and the mass composition of cosmic rays. The Pierre Auger Observatory and the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) are both EAS observatories aiming at solving open questions of cosmic-ray studies but focusing on different energy ranges, the highest-energy and the so-called knee (around few PeV) regions. Based on the experience gained during the operation of the Pierre Auger Observatory for more than 10 years, the Auger collaboration has proposed an upgrade project, called ''AugerPrime'', with the aim of increasing the sensitivity of the surface detector array to the primary mass of cosmic rays. Both observatories employ the so-called ''hybrid detector arrays'' composed of optical telescopes overlooking the longitudinal development and ground detector arrays sampling the signal densities in the lateral direction of the EAS. The ground detector arrays of both observatories are being constructed or upgraded to have various types of particle detectors (scintillator and water-Cherenkov detectors), which allow us to decompose the electromagnetic and muonic components of the EAS. In this thesis, a series of studies contributing to the AugerPrime and LHAASO projects are presented. Concerning the AugerPrime project, the present study includes R&D work of the scintillator detector and data analysis of the engineering array. For the LHAASO project, simulations of the wide field of view Cherenkov telescope array and a multivariate analysis of LHAASO-hybrid observations for the primary mass identification are presented.