Le télescope spatial GLAST dont le décollage est prévu pour 2006 est destiné à l'astronomie gamma de haute énergie (de 30 MeV à 300 GeV). Il améliore d'un facteur 20 la sensibilité de son prédécesseur EGRET, et couvre un domaine d'énergie plus large. Le nombre de sources attendues pourrait s'élever jusqu'à dix mille.<br> L'utilisation d'un calorimètre segmenté longitudinalement et transversalement permet de mesurer l'énergie et la position des gerbes avec une bonne précision, malgré sa faible épaisseur. A partir de simulations et de tests sur faisceau, nous avons mis au point des méthodes de reconstruction adaptées aux divers domaines d'énergie et d'angle d'incidence : correction des pertes dans la matière passive du trajectographe, correction de fuites longitudinale, et ajustement de profil de gerbe. Les performances obtenues sont détaillées. Nous détaillons aussi la mesure de position dans un calorimètre segmenté et mettons en évidence un certain nombre de biais de mesure.<br> D'autre part, la forte augmentation du nombre de sources attendues et la possibilité d'observer des objets étendus motivent la mise au point de méthodes d'analyse plus efficaces que celles à base de maximum de vraisemblance utilisées actuellement. Nous proposons une méthode fondée sur l'analyse en ondelettes adaptée à la recherche de source sur un fond brillant et hautement structuré. La statistique des tranformées en ondelettes du fond est détaillée. La méthode a été testée sur les données d'EGRET et nous discutons son application à GLAST.<br> Enfin, nous proposons et discutons l'utilisation de GLAST comme télescope à électrons cosmiques de très haute énergie (de quelques centaines de GeV à quelques TeV). Nous discutons en particulier les implications d'une telle mesure vis-à-vis de la production d'électrons dans les restes de supernovae proches et de leur propagation dans le milieu interstellaire. Plusieurs modèles d'accélérations ont été envisagés au sein des restes connus au voisinage du Soleil.

L'existence des neutrinos a été postulée dans les années trente par Pauli. Ces particules de spin 1/2 et de masse nulle ont permis de résoudre les problèmes de la désintégration beta. Leur étude expérimentale a commencé dans les années cinquante et se poursuit encore de nos jours. Cette longévité en physique des particules expérimentale est liée à leur détection difficile et aux énigmes qu'ils présentent. En particulier il est systématiquement détecté moins de neutrinos que ce qui est prédit pour les neutrinos solaires et pour les neutrinos atmosphériques, ce qu'on peut expliquer par un phénomène d'oscillation de neutrinos massifs. <br> Le projet OPERA se propose de prouver directement cette oscillation. Pour cela un faisceau de nu_mu sera produit au CERN et dirigé vers le Gran Sasso en Italie à 732 km de distance. Le détecteur a été optimisé pour mettre en évidence l'apparition du neutrino tau, produit de l'oscillation nu_mu --> nu_tau. Ce détecteur de 30 mètres de long et de 2 000 tonnes de cible sera composé de plus de 200 000 briques de plomb et d'émulsions photographiques. Les leptons taus seront mis en évidence après scanning des émulsions. Pour cela les briques devront être localisées dans le détecteur, et cette localisation sera réalisée par un trajectographe placé derrière chaque mur de briques. <br> Cette thèse avait pour but de déterminer le meilleur trajectographe pour OPERA. Trois options ont été étudiées et un trajectographe constitué de barreaux de scintillateur plastique a été choisi. Il permet d'avoir une efficacité de localisation du mur du vertex d'environ 80% et une efficacité de localisation de la brique à l'intérieur du mur d'environ 80%. Dans ce contexte d'utilisation de scintillateurs, nous avons testé des photo détecteurs de type HPD avec une électronique auto déclenchable. Ces HPD ont montré une très bonne résolution, une diaphonie inférieure à 2% et une uniformité supérieure à 98%. Une acquisition basée sur Ethernet a été proposée et acceptée par la collaboration. Chaque photo détecteur constituera directement un noeud du réseau. Un modèle complet de trajectographe constitué de barreaux de scintillateur lus par une HPD et une électronique auto déclenchable avec une acquisition par Ethernet a été validé pendant des tests sur faisceau.

L'Observatoire Pierre Auger est la plus importante expérience jamais conçue dans le domaine de la détection des rayons cosmiques d'ultra haute énergie. Sa superficie de 3000 km² par site doit apporter la statistique au delà de 10^19eV afin d'en comprendre leur origine. Son mode de détection hybride des gerbes atmosphériques doit permettre une grande précision sur la reconstruction de l'énergie primaire et sur la direction d'arrivée. <br> Après avoir exposé l'historique des rayons cosmiques, et la problématique liée aux énergies ultines, nous décrirons les détecteurs de l'Observatoire Pierre Auger, ainsi que les motivations et les contraintes à l'installation sur le site. <br> Dans une troisième partie, nous abordons la simulation des phénomènes de gerbe atmosphérique. Nous débuterons par la description de l'interaction primaire à très haute énergie, où les modèles d'interaction hadronique doivent ^etre extrapolés, puis nous poursuivrons par la cascade électromagnétique et la composante pénétrante que les détecteurs de fluorescence et de surface détectent. <br> L'étude par la simulation de la distribution latérale (décroissance du signal en fonction de la distance au coeur de la gerbe) nous a conduit à proposer une nouvelle fonction de distribution latérale qui permet de s'ajuster aux gerbes individuelles et à terme, avoir une meilleure estimation de l'énergie primaire gerbe à gerbe. Cette nouvelle fonction a été appliquée aux données du réseau prototype. <br> Nous terminerons par une présentation des données du réseau prototype installé dans la Pampa par la reconstruction de ses événements.

La sensibilité d'un détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles comme Virgo est cruciale pour l'analyse des sources astrophysiques. Une telle antenne détecte l'onde gravitationnelle comme une variation de phase de faisceau lumineux. La précision de la mesure peut être limitée par le bruit de longueur des cavités. dû aux vibrations thermiques, et par le bruit de fréquence du laser incident. Ma contribution à l'évaluation du bruit des modes de vibration interne des substrats des miroirs a été d'écrire un programme, basé sur la propagation des ondes acoustiques dans les solides. Il permet les calculs des fréquences de résonance, des masses équivalentes des modes, de la déformation de la surface et son couplage avec un faisceau lumineux incident. Les résultats permettent le dimensionnement des substrats. La sensibilité est alors légèrement moins bonne que celle fournie par une estimation grossière, si les pertes des ondes acoustiques sont constantes en fonction de la fréquence et égales à celles mesurées à résonance. Elle peut être améliorée par diminution des pertes ou par le choix d'un matériau ayant de meilleures performances. Nous avons également mené des expériences pour aider au choix du matériau des fils de suspension. Je propose une expérience de mesure directe du bruit thermique qui permettrait de vérifier la sensibilité. <br> La configuration de l'interféromètre rend le bruit de fréquence du laser négligeable si le laser est asservi en fréquence. La stabilisation de fréquence se fera en deux étages, l'un qui asservit la fréquence sur la longueur d'une cavité courte, le deuxième qui asservit sur les grands bras de l'interféromètre. Le premier étage a été construit. J'ai vérifié que ses performances remplissent les spécifications. La stabilité de fréquence obtenue se révèle être exceptionnelle.

Les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) pourraient être une des composantes principales de la matière noire, et ainsi représenter une part prédominante de la masse de l'Univers. Ils seraient présents à l'échelle galactique sous la forme d'un halo. <br> Plusieurs expériences tentent de détecter directement les WIMPs du halo de notre Galaxie en cherchant à mettre en évidence leurs interactions dans un détecteur cible. Parmi celles-ci, l'expérience EDELWEISS utilise la bolométrie, technique de détection à très basses températures (environ 10 mK) des phonons produits par un dépôt d'énergie dans un absorbeur. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une grande partie du bruit de fond associe aux interactions électroniques. <br> Nous présentons ici l'analyse des données enregistrées avec le premier bolomètre de 320 grammes utilise par la collaboration EDELWEISS. <br> Nous développons en particulier une méthode permettant de déterminer sa masse efficace de détection. Cette méthode est basée sur la modélisation des processus de collection de charge, des étalonnages du détecteur et avec des sources radioactives de 60Co et 252Cf et des simulations de ces calibrations avec le code GEANT. <br> Nous caractérisons aussi la discrimination entre interactions électroniques et nucléaires par des étalonnages avec une source de neutrons, en évaluant l'influence des interactions multiples sur cette discrimination. <br> Nous présentons enfin l'analyse des données de recherche des WIMPs et en déduisons une limite sur la section efficace de diffusion WIMP-nucléon.

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Les WIMPs (Particules Massives Interagissant Faiblement) apparaissent actuellement comme des candidats très sérieux à la masse de l'Univers, leur existence étant prévue par les modèles de supersymétrie. L'interaction produite par ces particules dans les détecteurs dédiés à leur recherche a lieu sous forme d'un recul élastique ou inélastique de noyau. Ces détecteurs, qui peuvent être des scintillateurs, des chambres à ionisation ou des bolomètres, mesurant respectivement la luminescnece, l'ionisation ou la chaleur produites par le recul de noyau nécessitent un étalonnage en énergie de recul. C'est dans le cadre de l'expérience EDELWEISS qui met en oeuvre des bolomètres germanium double composante chaleur-ionisation que nous avons développé un multidétecteur permettant l'étalonnage de bolomètres par diffusion de neutrons. Les différentes étapes de conception du système SICANE nous ont permis de mesurer le facteur de quenching en luminescence pour des ions de a dans un scintillateur NaI(Tl) pour des énergies de recul inférieures à 350 keV. La mise en adéquation de la chaîne cryogénique avec les sytèmes multidétecteur nous a ensuite mené à l'étalonnage en énergie de recul d'un bolomètre Ge chaleur-ionisation à senseur film mince NbSi à 35 mK et mesurer les facteurs de quenching dans la voie ionisation et dans la voie phonon pour les ions Ge à des énergies de recul de 92 keV et 121 keV.

Deux problématiques de la cosmologie sont abordées : la matière noire et l'asymétrie baryonique de l'Univers. Dans le cadre du MSSM, le neutralino est le meilleur candidat à la matière noire froide. Le potentiel de détection indirecte du neutralino par Antares et les télescopes à neutrinos est étudié dans les modèles de Grande Unification et comparé avec les expériences de détection directe. La détection de neutrinos issus de l'annihilation de neutralinos au centre de la Terre dans ces modèles s'avère hors de portée. Dans le cas universel, les modèles où le neutralino comporte une composante higgsino dominante sont très interessants pour les flux en provenance du Soleil. En relachant les relations d'universalité dans le secteur des jauginos, notamment en diminuant M3_GUT , on obtient des régions de densités reliques intéressantes bien plus vastes que dans le cas universel et une forte augmentation des taux de détection de plusieurs ordres de grandeur. Concernant le calcul de l'asymétrie baryonique, la leptogénèse par désintégration de neutrinos droits lourds de Majorana est créditée de fortes potentialités. Ces neutrinos droits sont aussi, par le mécanisme de see-saw, le moyen le plus séduisant pour rendre compte des masses des neutrinos. Nous avons fixé le secteur de Dirac des neutrinos à celui des quarks up par les relations simples inspirées du groupe de Grande Unification SO(10). Nous avons alors mis en évidence l'importance du paramètre le moins contraint expérimentalement Ue3 pour maximiser l'asymétrie. Malgré cet ajustement, il n'est pas possible dans ce modèle de faire concorder les données expérimentales des oscillations avec l'asymétrie baryonique requise par la nucléosynthèse primordiale.

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Les neutrinos cosmiques de haute energie (> 100 GeV) offrent l'opportunite d'ouvrir une nouvelle fenetre sur l'Univers et d'apporter des indications pour resoudre certaines enigmes de la Physique des Particules et de l'Astrophysique. Leur observation necessite la conception d'un nouveau type de detecteur. Nous avons caracterise les performances que l'on peut attendre d'un telescope sous-marin a neutrinos de premiere generation compose d'environ mille photomultiplicateurs, pour la detection de cascades contenues. Le seuil du detecteur se situe vers 200 GeV, le volume effectif atteint 8.10^6 m^3 au-dela de 100 TeV. L'ouverture angulaire vaut 4 pi sr, bien que le volume effectif soit plus faible d'environ 50% a la verticale descendante. La resolution spectrale est entre 10 et 15%, et la precision angulaire environ 2degres (sur l'energie et la direction du neutrino). Le taux de bruit de fond induit par les muons atmospheriques est inferieur a 1.8 fois celui du aux neutrinos atmospheriques. Son evaluation reste limitee par la statistique de simulation. Ces resultats soulignent qu'un telescope sous-marin a neutrinos possede de grandes potentialites de decouverte, non seulement de neutrinos muoniques, mais aussi de neutrinos electroniques, et devrait ouvrir une nouvelle ere de l'astronomie.