Le Large Hadron Collider (LHC) du CERN, avec un périmètre de 26,7 km, est la plus grande machine jamais construite et l'accélérateur de particules le plus puissant, à la fois par l'énergie des faisceaux et par leur intensité. Les aimants principaux sont supraconducteurs, et maintiennent les particules en deux faisceaux circulants à contre-sens, qui entre en collision en quatre points d'interaction différents. Ces aimants doivent être protégés contre les pertes de faisceau : ils peuvent subir une transition de phase et redevenir résistifs, et peuvent être endommagés. Pour éviter cela, des moniteurs de pertes de faisceau, appelés Beam Loss Monitors (BLM) ont été installés. Si les seuils de pertes maximum autorisées sont dépassés, les faisceaux sont rapidement enlevés de la machine. Les détecteurs du système BLM sont en majorité des chambres d'ionisation situées à l'extérieur des cryostats. Au total, plus de 3500 chambres d'ionisation sont installées. Les difficultés supplémentaires comprennent la grande amplitude dynamique des pertes : les courants mesurés s'échelonnent de 2 pA jusqu'à 1 mA. Le sujet de cette thèse est d'étudier les structures de pertes et de trouver l'origine des pertes de façon déterministe, en comparant des profils de pertes mesurés à des scénarios de pertes connus. Ceci a été effectué par le biais d'une étude de cas : différentes techniques ont été utilisées sur un ensemble restreint de scénarios de pertes, constituant une preuve de concept de la possibilité d'extraire de l'information d'un profil de pertes. Trouver l'origine des pertes doit pouvoir permettre d'agir en conséquence, ce qui justifie l'intérêt du travail doctoral. Ce travail de thèse se focalise sur la compréhension de la théorie et la mise en place de la décomposition d'un profil de pertes mesuré en une combinaison linéaire des scénarios de référence; sur l'évaluation de l'erreur sur la recomposition et sa validité. Un ensemble de scénarios de pertes connus (e.g. l'augmentation de la taille du faisceau dans les plans vertical et horizontal ou la différence d'énergie lors de mesures de profils de pertes) ont été réunis, permettant l'étude et la création de vecteurs de référence. Une technique d'algèbre linéaire (inversion de matrice), l'algorithme numérique de décomposition en valeurs singulières (SVD), a été utilisé pour effectuer cette décomposition vectorielle. En outre, un code spécifique a été développé pour la projection vectorielle sur une base non-orthogonale d'un sous-espace vectoriel. Ceci a été mis en place avec les données du LHC. Ensuite, les outils de décomposition vectorielle ont été systématiquement utilisés pour étudier l'évolution temporelle des pertes : d'abord par la variation d'une seconde à l'autre, puis par différentes comparaisons avec un profil de pertes par défaut calculé pour l'occasion. Puis, les résultats des décompositions ont été calculés pour les pertes à chaque seconde des périodes de ''faisceaux stables'' de l'année 2011, pour l'étude de la distribution spatiale des pertes. Les résultats obtenus ont été comparés avec les mesures d'autres instruments de faisceau, pour permettre différentes validations. En conclusion, l'intérêt de la décomposition vectorielle est présenté. Ensuite, l'annexe A, décrit le code développé pour permettre l’accès aux données des BLMs, pour les représenter de façon utilisable, et pour les enregistrer. Ceci inclus la connexion à différentes bases de données. L'instrument utilise des objets ROOT pour envoyer des requêtes SQL aux bases de données ainsi que par une interface Java, et est codé en Python. Un court glossaire des acronymes utilisés dans cette thèse est disponible à la fin du document, avant la bibliographie. / CERN's Large Hadron Collider (LHC) is the largest machine ever built, with a total circumference of 26.7 km; and it is the most powerful accelerator ever, both in beam energy and beam intensity. The main magnets are superconducting, keeping the particles into two counter circulating beams, which collide in four interaction points. CERN and the LHC will be described in chap. 1. The superconducting magnets of the LHC have to be protected against particle losses. Depending on the number of lost particles, the coils of the magnets will become normal conducting and/or will be damaged. To avoid these events a beam loss monitoring (BLM) system was installed to measure the particle loss rates. If the predefined safe thresholds of loss rates are exceeded, the beams are directed out of the accelerator ring towards the beam dump. The detectors of the BLM system are mainly ionization chambers located outside of the cryostats. In total, about 3500 ionisation chambers are installed. Further challenges include the high dynamical range of losses (chamber currents ranging between 2 pA and 1 mA). The BLM system will be further described in chap. 2. The subject of this thesis is to study the loss patterns and find the origin of the losses in a deterministic way, by comparing measured losses to well understood loss scenarios. This is done through a case study: different techniques were used on a restrained set of loss scenarios, as a proof of concept of the possibility to extract information from a loss profile. Finding the origin of the losses should allow acting in response. A justification of the doctoral work will be given at the end of chap. 2. Then, this thesis will focus on the theoretical understanding and the implementation of the decomposition of a measured loss profile as a linear combination of the reference scenarios; and the evaluation of the error on the recomposition and its correctness. The principles of vector decomposition are developed in chap. 3. An ensemble of well controlled loss scenarios (such as vertical and horizontal blow-up of the beams or momentum offset during collimator loss maps) has been gathered, in order to allow the study and creation of reference vectors. To achieve the Vector Decomposition, linear algebra (matrix inversion) is used with the numeric algorithm for the Singular Value Decomposition. Additionally, a specific code for vector projection on a non-orthogonal basis of a hyperplane was developed. The implementation of the vector decomposition on the LHC data is described in chap. 4. After this, the use of the decomposition tools systematically on the time evolution of the losses will be described: first as a study of the variations second by second, then by comparison to a calculated default loss profile. The different ways to evaluate the variation are studied, and are presented in chap. 5. The next chapter (6) describes the gathering of decomposition results applied to beam losses of 2011. The vector decomposition is applied on every second of the ``stable beans'' periods, as a study of the spatial distribution of the loss. Several comparisons of the results given by the decompositions with measurements from other LHC instruments allowed different validations. Eventually, a global conclusion on the interest of the vector decomposition is given. Then, the extra chapter in Appendix A describes the code which was developed to access the BLM data, to represent them in a meaningful way, and to store them. This included connecting to different databases. The whole instrument uses ROOT objects to send SQL queries to the databases, as well as java API, and is coded in Python. A short glossary of the acronyms used here can be found at the end, before the bibliography.

L'énergie stockée dans le Large Hadron Collider est sans précédent. La perte des particules du faisceau peut endommager gravement les aimants supraconducteurs, ayant pour résultat des temps significatifs d'arrêt pour la réparation. Le système des moniteurs de pertes du faisceau (en anglais: BLMS) détecte les gerbes de particules secondaires créées par les pertes faisceau et provoque l'extraction du faisceau avant que des dommages sérieux de l'équipement ne puissent se produire. Cette thèse définit les caractéristiques du BLMS en termes de la fiabilité. Le but principal est la conception d'un système réduisant au minimum soit la probabilité de ne pas détecter une perte dangereuse, soit le nombre de fausses alarmes produites. La théorie et les techniques de fiabilité utilisées sont décrites. La Prédiction de fiabilité, Analyse des Modes de Défaillance de leurs Effets et de leur Criticité (en anglais: FMECA), et l'Analyse par Arbre de Défaillance ont été employées pour fournir une évaluation de la probabilité d'endommager un aimant, du nombre de fausses alarmes et du nombre d'avertissements produits. Les composants les plus faibles dans le BLMS ont été précisés. Les chiffres de fiabilité du BLMS ont été calculés en utilisant un logiciel commercial (IsographTM). L'effet de la variation des paramètres sur les résultats obtenus a été évalué avec une Analyse de Sensibilité. Le modèle de fiabilité a été complété par les résultats des tests d'irradiation. Des améliorations de la conception du système, comme la transmission optique redondante, ont été mises en application grâce à un processus itératif. Le système proposé est conforme aux requêtes de fiabilité. Les incertitudes du modèle proviennent de la connaissance limitée des niveaux de seuils des aimants supraconducteurs et de la localisation des pertes autour de l'anneau. Le modèle mis en œuvre permet des modifications du système, suivant la mesure des taux de risque pendant la durée de vie du LHC. Il peut également fournir des valeurs de référence à d'autres accélérateurs qui mettront en application des technologies semblables.