L'expérience ALICE est l'une des quatre grandes expériences du LHC (Large Hadron Collider). Elle est dédiée à l'étude d'un nouvel état de la matière : le Plasma de Quarks et de Gluons dans lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés au sein des hadrons. Dans ce document sont décrits les enjeux physiques qui ont motivé la réalisation du spectromètre dimuons d'ALICE. Ensuite est abordée la R&D sur le spectromètre dimuons. Les différents absorbeurs sont présentés ainsi que les tests qui ont permis leur dimensionnement. Le trigger dimuons, composé de RPC fonctionnant en mode streamer, est ensuite décrit. Les différents tests sur faisceau et en cosmique qui ont été menés sur les RPC sont présentés. Enfin, le système de trajectographie est décrit en détail et plus particulièrement toute son électronique ainsi que la première station. Les contraintes apportées par la physique sur les performances attendues de l'ensemble de ces systèmes sont clairement définies.

L'avenir de l'astronomie X-dur repose sur le développement de nouveaux instruments permettant la focalisation des photons d'une centaine de keV. En effet, la focalisation permet un gain considérable en sensibilité et en résolution angulaire. Obtenue par réflexions rasantes sur des miroirs Wolter-I, son utilisation jusqu'ici limitée à la dizaine de keV peut être étendue à plus haute énergie grâce à un revêtement spécifique et une importante focale. L'observation du rayonnement X ne pouvant se faire qu'au delà de notre atmosphère, les dimensions des observatoires, et donc leur focale, étaient limitées par les capacités des lanceurs. Depuis quelques années, de nouvelles technologies comme les mats déployables ou le vol en formation sont à l'étude pour s'affranchir de cette limite. Afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces télescopes, je détaille la géométrie des miroirs Wolter-I, la réflectivité de leur revêtement, la détection dans un semi-conducteur ainsi que la dynamique liée aux mats déployables et au vol en formation. Ces télescopes sont des systèmes optiques complexes, sujets à déformation au cours d'une observation et nécessitent une métrologie précise pour mesurer ces déformations afin de corriger l'image. Pour en étudier les performances, j'ai développé un code reproduisant le fonctionnement réel du télescope. Chaque photon est traité individuellement, son parcours et ses interactions dépendent de l'évolution de la structure du télescope au cours du temps. Chaque élément du télescope est modélisé, ainsi que la métrologie nécessaire à la restitution de sa dynamique. Le parcours du photon est calculé dans un espace vectoriel à trois dimensions, en utilisant des méthodes Monte-Carlo pour reproduire les défauts et la réflectivité des miroirs ainsi que les interactions dans le détecteur. La simulation fournit des images et des spectres en énergie, dont on peut extraire la résolution angulaire, le champ de vue, la surface efficace et l'efficacité de détection. En 2006, la mission d'astronomie Simbol-X fut sélectionnée dans le cadre de l'étude du vol en formation. Ce concept permet d'atteindre une grande distance focale en distribuant le télescope sur deux satellites. Cependant, la dynamique particulière liée au vol en formation a des conséquences sur les performances du télescope et nécessite d'être maitrisée. Dans le cadre de cette mission, ma simulation a permis d'étudier les conséquences de chaque mouvement des satellites sur les performances du télescope ainsi que les conséquences des défauts de la métrologie sur la correction des images. Cette étude a apporté des contraintes sur le contrôle d'attitude de chaque satellite et sur la précision de la métrologie nécessaire. Au regard des résultats obtenus, je démontre la faisabilité d'un tel télescope. Au delà de la mission Simbol-X, je me suis intéressé à l'optimisation des performances d'un télescope X-dur. En utilisant ma simulation, j'ai étudié l'influence de chaque paramètre sur les performances du télescope. Ces études ont mené à la conception du projet PheniX, un télescope opérant dans la gamme 1-200 keV, proposé par le Centre d'Etude Spatial des Rayonnements dans le cadre de l'appel d'offre M3 de l'Agence Spatiale Européenne. Equipé d'un nouveau type de revêtement et d'une focale de 40 mètres obtenue avec un mât déployable, ce télescope affiche un niveau de performance à 100 keV plus de 100 fois supérieur aux missions actuelles. Je présente ce projet ainsi que ses performances attendues, dans la dernière partie de ma thèse.

Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200~GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP).<br /><br />L'étude de la production du $\jpsi$, particule lourde formée d'une paire de quarks charme ($c \bar c$), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants.<br /><br />L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le $\jpsi$ à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse $\sqrt{s_{NN}}=200$~GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du $\jpsi$.<br /><br />Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.

The need for energy is growing in the world and the market of nuclear power is now once more expanding. Some issues of the current light-water reactors can be solved by the next generation of nuclear power, Generation IV, where sodium-cooled reactors are one of the candidates. Phénix was a French prototype sodium-cooled reactor, which is seen as a success. Although it did encounter an earlier unexperienced phenomenon, A.U.R.N., in which a negative reactivity transient followed by an oscillating behavior forced an automatic emergency shutdown of the reactor. This phenomenon lead to a lot of downtime of the reactor and is still unsolved. However, the most probable cause of the transients is radial movements of the core, referred to as core-flowering. This study has investigated the available documentation of the A.U.R.N. events. A simplified model of core-flowering was also created in order to simulate how radial expansion affects the reactivity of a sodium-cooled core. Serpent, which is a Monte-Carlo based simulation code, was chosen as calculation tool. Furthermore, a model of the Phénix core was successfully created and partly validated. The model of the core has a k_eff = 1.00298 and a neutron flux of (8.43+-0.02)!10^15 neutrons/cm^2 at normal state. The result obtained from the simulations shows that an expansion of the core radius decreases the reactivity. A linear approximation of the result gave the relation: change in k_eff/core extension = - 60 pcm/mm. This value corresponds remarkably well to the around - 60 pcm/mm that was obtained from the dedicated core-flowering experiments in Phénix made by the CEA. Core-flowering can recreate similar signals to those registered during the A.U.R.N. events, though the absence of trace of core movements in Phénix speaks against this. However, if core-flowering is the sought answer, it can be avoided by design. The equipment that registered the A.U.R.N. events have proved to be insensitive to noise. Though, the high amplitude of the transients and their rapidness have made some researcher believe that the events are a combination of interference in the equipment of Phénix and a mechanical phenomenon. Regardless, the origin of A.U.R.N. seems to be bound to some specific parameter of Phénix due to the fact that the transients only have occurred in this reactor. A safety analysis made by an expert committee, appointed by CEA, showed that the A.U.R.N. events are not a threat to the safety of Phénix. However, the origin of these negative transients has to be found before any construction of a commercial size sodium-cooled fast reactor can begin. Thus, further research is needed.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent d'atteindre des conditions expérimentales extrêmes afin de mettre en évidence un nouvel état de la matière. Cet état, qui aurait prévalu au premier instant de notre univers d'après la théorie du Big Bang, est appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). L'expérience PHENIX, un des points d'interaction du collisionneur RHIC au Laboratoire National Brookhaven (USA), a pour objectif d'étudier les traces laissées par le PQG. Les photons insensibles à l'interaction forte représentent alors pour les physiciens un des outils privilégiés de prospection. Les photons gardent donc intacte toute information provenant de la collision. En outre ils sont émis durant toutes les phases de la réaction, phase de formation, phase d'équilibre, phase mixte PQG/hadrons, phase de gaz hadronique jusqu'à l'hadronisation complète du système (freeze-out). La difficulté réside dans la séparation de toutes ces sources. Dans ce mémoire, ce sont les photons directs à valeurs élevées en impulsion transverse émis par processus partoniques durs qui nous intéresse. Dans ce domaine en impulsion, le bruit dû à d'autres sources photoniques (notamment la décroissance électromagnétique du pion neutre) est diminué. Le travail de cette thèse se focalise sur des systèmes légers p+p qui permettrons une comparaison à des systèmes plus lourds Au+Au où la formation du PQG est supposée. Également une nouvelle méthode (SICA, Spectroscopic Isolation Cut Analysis) de différentiation des diverses sources photoniques est présentée. Le résultat principal, en plus d'autres spectres en impulsion transverse, est une nouvelle référence pour le taux de production de photons directs dans les collisions p+p à 200 GeV. Le spectre extrait par SICA est comparé aux résultats d'autres analyses de la sonde photonique ainsi qu'aux calculs pQCD.

Thesis (Ph. D.)--Georgia State University, 2008. / Title from file title page. Xiaochun He, committee chair; William Nelson, Steven Manson, Brian Thoms, Douglas Gies, committee members. Description based on contents viewed Aug. 21, 2009. Includes bibliographical references (p. 104-108).

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Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent l'étude de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de température et de pression et, en particulier, d'une nouvelle phase de la matière nucléaire : le plasma de quarks et de gluons (QGP). Le collisionneur RHIC, situé au Laboratoire National de Brookhaven (USA), réalise de telles collisions. PHENIX, l'un des quatre détecteurs en fonctionnement sur ce collisionneur, est le seul capable de mesurer des muons. Dans ce mémoire, nous présentons une analyse des données dimuons récoltées en collisions p + p par PHENIX lors de deux campagnes de prises de données (runs 3 et 4). Les collisions p + p fournissent une référence indispensable à l'interprétation des collisions d'ions lourds. L'objectif de l'analyse décrite dans ce mémoire est l'extraction des sections efficaces de production des composantes physiques du spectre dimuon observé à RHIC en collisions p + p : $J/\psi$ , charme ouvert et Drell-Yan. Cette analyse s'appuie sur un ajustement global du spectre de masse invariante dimuon. Cet ajustement a été possible grâce à l'étude préalable par simulation des formes des distributions en masse des différentes contributions physiques. Les taux de production des différentes contributions ont ainsi pu être déduits. Enfin, l'étude de la réponse du détecteur à chaque contribution et l'introduction des diverses efficacités ont permis l'obtention des sections efficaces de production. Les résultats obtenus sont comparés à des résultats déjà existants et montrent un bon accord général. Le travail présenté dans ce mémoire constitue la première estimation de la section efficace de production du charme dans le canal dimuon ainsi que la première estimation de la section efficace de production du Drell-Yan à RHIC.

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 ?