Le sujet de cette thèse sont les amplitudes d'hélicités de la leptoproduction exclusive et diffractive du méson rho dans la limite de Regge perturbative et au-delà du twist dominant. La compréhension de pareils processus exclusifs en termes des constituants élémentaires de QCD est un important défi pour comprendre la structure des hadrons. On présente ici deux nouveaux modèles phénoménologiques basés sur la kT-factorisation des amplitudes d'hélicités en un facteur d'impact γ*(λ) → ρ(λ'), où λ et λ' dénotent les polarisations du photon virtuel et du méson rho, et le facteur d'impact du nucléon cible. Les facteurs d'impacts γ*(λ) → ρ(λ') sont calculés en utilisant la factorisation colinéaire pour séparer la partie molle du méson rho. Le premier modèle est obtenu en combinant les résultats respectivement de twist 2 et twist 3 des facteurs d'impacts où les deux polarisations sont longitudinales ou transverses, avec un modèle pour le facteur d'impact du nucléon et un modèle pour les distributions d'amplitudes du méson rho. Dans la seconde approche présentée dans cette thèse, on calcule ces facteurs d'impacts dans l'espace des paramètres d'impacts et on montre que l'amplitude de diffusion d'un dipôle de couleur avec le nucléon se factorise, permettant de combiner nos résultats avec un modèle de section efficace de dipôle. On obtient en très bon accord avec les données de H1 et ZEUS pour des virtualités plus grandes que quelques GeV. Nous discutons les résultats obtenus et les comparons à d'autres modèles existants. / This thesis deals with the computation of the helicity amplitudes of the exclusive diffractive rho meson leptoproduction in the perturbative Regge limit beyond the leading twist. The understanding of such exclusive processes in terms of the elementary constituents of QCD is a serious challenge to understand the hadronic structure. We present two new phenomenological models based on the kT-factorization of the helicity amplitudes in a γ*(λ) → ρ(λ') impact factor, where λ and λ' denote the polarizations of the virtual photon and the rho meson, and the nucleon target impact factor. The γ*(λ) → ρ(λ') impact factors are then computed using the collinear factorization of the rho meson soft part. The first model relies on the combination of the results respectively up to twist 2 and twist 3 for the impact factors where both polarizations are longitudinal or transverse, with a model for the nucleon impact factor and a model for the distribution amplitudes of the rho meson. In the second approach presented in this thesis, we derive these impact factors in impact parameter space and show that the color dipole scattering amplitude with the nucleon factorizes, allowing to use our results in combination with dipole cross-section models. We get a very good agreement with the data from H1 and ZEUS collaborations for virtualities higher than a few GeV. We discuss our results and compare them to other models.

Aux énergies assez hautes, les processus de QCD peuvent être factorisés en une partie dure, qui peut être calculée en utilisant les méthodes perturbatives des diagrammes de Feynman grâce à la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte, et une partie non-perturbative qui doit être extraite de données expérimentales, modélisées ou calculées avec d'autres méthodes comme par exemple la QCD sur réseau. Cependant la petite valeur de la constante de couplage dans la partie perturbative peut être compensée par des grands logarithmes émergeant de l'annulation de divergences molles ou colinéaires, ou de la présence d'échelles cinématiques multiples. De telles contributions doivent être resommées, ce qui mène à l'équation d'évolution DGLAP aux énergies modérées et aux équations BFKL et B-JIMWLK dans la limite des hautes énergies. Pour les énergies les plus grandes des effets de recombinaison de gluons amènent à la saturation, qui peut être décrite par le formalisme du CGC ou des ondes de choc. Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier certains processus exclusifs en QCD perturbative afin d'obtenir une meilleure description de la factorisation et des effets de resommation et de saturation. Dans un premier temps nous faisons le premier calcul d'une quantité exclusive au premier ordre sous-dominant (NLO) dans le contexte du formalisme des ondes de choc de QCD. Nous calculons l'amplitude NLO pour la production diffractive ouverte d'une paire quark-antiquark, puis nous parvenons à construire une section efficace finie à l'aide de cette amplitude en étudiant la production diffractive exclusive de deux jets vers l'avant. Des analyses précises phénoménologiques et expérimentales de ce processus devraient améliorer notre compréhension de la resommation à haute énergie grâce à la présence d'un Pomeron échangé en diffraction, ce qui est naturellement décrit par la resommation de logarithmes découlant de la divergence molle de la QCD à haute énergie. Notre résultat reste valable quand l'énergie au centre de masse devient proche de l'échelle de saturation ou lorsque la diffraction a lieu sur une cible dense donc il peut être utilisé pour l'étude des effets de saturation. Dans un deuxième temps, nous montrons que l'étude expérimentale de la photoproduction d'un méson léger et d'un photon à énergies modérées devrait constituer un bon moyen d'appréhender les Distributions de Parton Généralisées (GPDs), l'une des généralisations des blocs non perturbatifs en factorisation collinéaire. En principe une telle étude donnerait accès à la fois aux GPDs conservant l'hélicité ou la renversant. Nous donnons des prédictions numériques pour ce processus à JLAB@12GeV. / At high enough energies, QCD processes can be factorized into a hard part, which can be computed by using the smallness of the strong coupling to apply the perturbative Feynman diagram method, and a non-perturbative part which has to be fitted to experimental data, modeled or computed using other tools like for example lattice QCD. However the smallness of the strong coupling in the perturbative part can be compensated by large logarithms which arise from the cancellation of soft or collinear divergences, or by the presence of multiple kinematic scales. Such logarithmically-enhanced contributions must be resummed, leading to the DGLAP evolution at moderate energies and to the BFKL or B-JIMWLK equation in the high energy limit. For the largest energies gluon recombination effects lead to saturation, which can be described in the color glass condensate (CGC) or shockwave formalism. In this thesis, we propose to study several exclusive perturbative QCD processes in order to get a better understanding of factorization, resummation and saturation effects. In the first part we perform the first computation of an exclusive quantity at Next-to-Leading-Order (NLO) accuracy using the QCD shockwave formalism. We calculate the NLO amplitude for the diffractive production of an open quark-antiquark pair, then we manage to construct a finite cross section using this amplitude by studying the exclusive diffractive production of a dijet. Precise phenomenological and experimental analysis of this process should give a great insight on high energy resummation due to the exchange of a Pomeron in diffraction, which is naturally described by the resummation of logarithms emerging from the soft divergences of high energy QCD. Our result holds as the center of mass energy grows towards the saturation scale or for diffraction off a dense target so one could use it to study saturation effects. In the second part we show how the experimental study of the photoproduction of a light meson and a photon at moderate energy should be a good probe for Generalized Parton Distributions (GPDs), one of the generalizations of the non-perturbative building blocks in collinear factorization. In principle such a study would give access to both helicity-conserving and helicity-flip GPDs. We give numerical predictions for this process at JLAB@12GeV.

Die nicht perturbative Formulierung der Quantenchromodynamik (QCD) auf dem vierdimensionalen euklidischen Gitter in Zusammenhang mit der sogenannten Finite-Size-Scaling Methode ermoeglicht die nicht-perturbative Renormierung der QCD-Parameter. Um praezise Vorhersagen aus der Gitter-QCD zu erhalten, ist es noetig, die dynamischen Fermion-Freiheitsgrade in den Gitter-QCD-Simulationen zu beruecksichtigen. Wir betrachten QCD mit zwei und vier O(a)-verbesserten Wilson-Quark-Flavours, wobei deren Masse degeneriert ist. In dieser Dissertation verbessern wir die vorhandenen Bestimmungen des fundamentalen Parameters der Zwei- und Vier-Flavor-QCD. In der Vier-Flavor-Theorie berechnen wir den praezisen Wert des Lambda-Parameters in Einheiten der Skale Lmax, welche im hadronischen Bereich definiert ist. Zudem geben wir auch die praezise Bestimmung der laufenden Schoedinger-Funktional-Kopplung in Vier-Flavor-Theorie an sowie deren Vergleich zu perturbativen Resultaten. Die Monte-Carlo Simulationen der Gitter-QCD in der Schroedinger-Funktional-Formulierung wurden mittels der plattformunabhaengigen Software Schroedinger-Funktional-Mass-Preconditioned- Hybrid-Monte-Carlo (SF-MP-HMC) durchgefuehrt, die als Teil dieses Projektes entwickelt wurde. Schliesslich berechnen wir die Masse des Strange-Quarks und den Lambda-Parameter in Zwei-Flavor-Theorie, wobei die voll-kontrollierte Kontinuums- und chirale Extrapolation zum physikalischen Punkt durchgefuehrt wurden. Um dies zu erreichen, entwickeln wir eine universale Software fuer Simulationen der zwei Wilson-Fermionen-Flavor mit periodischen Randbedingungen, namens Mass-Preconditioned-Hybrid-Monte-Carlo (MP-HMC). Die MP-HMC wird verwendet um Simulationen mit kleinen Gitterabstaenden und in der Naehe der physikalischen Pionmasse ausfuehrlich zu untersuchen. / The non-perturbative formulation of Quantumchromodynamics (QCD) on a four dimensional space-time Euclidean lattice together with the finite size techniques enable us to perform the renormalization of the QCD parameters non-perturbatively. In order to obtain precise predictions from lattice QCD, one needs to include the dynamical fermions into lattice QCD simulations. We consider QCD with two and four mass degenerate flavors of O(a) improved Wilson quarks. In this thesis, we improve the existing determinations of the fundamental parameters of two and four flavor QCD. In four flavor theory, we compute the precise value of the Lambda parameter in the units of the scale Lmax defined in the hadronic regime. We also give the precise determination of the Schroedinger functional running coupling in four flavour theory and compare it to the perturbative results. The Monte Carlo simulations of lattice QCD within the Schroedinger Functional framework were performed with a platform independent program package Schroedinger Funktional Mass Preconditioned Hybrid Monte Carlo (SF-MP-HMC), developed as a part of this project. Finally, we compute the strange quark mass and the Lambda parameter in two flavour theory, performing a well-controlled continuum limit and chiral extrapolation. To achieve this, we developed a universal program package for simulating two flavours of Wilson fermions, Mass Preconditioned Hybrid Monte Carlo (MP-HMC), which we used to run large scale simulations on small lattice spacings and on pion masses close to the physical value.