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Nous avons étudié la production des états liés charmés dans les collisons ultrarelativistes d'ions lourds. Nous proposons tout d'abord un modèle de la production des mésons J/psi , à deux composantes, qui inclut : (i) une production primordiale des J/psi dans les collisions dures couplée à l'absorption des J/psi dans la matière nucléaire, le plasma de quarks et de gluons et la matière hadronique, et (ii) une production statistique des J/psi résultant de la coalescence de quarks c et cbar lorsque le système hadronise. Les deux sources de J/psi sont évaluées dans un scénario d'équilibre thermique et notre modèle permet de rendre compte de façon satisfaisante des données expérimentales obtenues au CERN-SPS et à RHIC. Nous étudions ensuite les conséquences des effets de milieux sur la production des hadrons charmés, en nous basant sur de récents résultats de la chromodynamique quantique sur réseau. Nous envisageons la régénération des J/psi dans le plasma de quarks et de gluons et montrons que les effets de milieux dans la matière hadronique permettent d'expliquer la dépendance en centralité du rapport psi'/psi.

Dans le cadre de la recherche expérimentale de la formation du plasma de quarks et de gluons dans les interactions entre ions lourds ultrarelativistes, les données obtenues par la collaboration NA50 auprès du SPS au CERN sont analysées. La cible segmentée utilisée par l'expérience NA50 est décrite et analysée en termes d'efficacité d'identification du vertex et de reconnaissance de réinteractions. Les sections efficaces de production des charmonia J/Psi, Psi' (via leur désintégration en paires de muons) et du processus Drell-Yan dans les interactions Pb-Pb à 158 GeV/c par nucléon sont mesurées. La dépendance en énergie transverse E_T des taux de production du J/Psi et du processus Drell-Yan est extraite. La comparaison des sections efficaces extraites avec celles mesurées pour des systèmes plus légers et la comparaison de la dépendance en E_T de la section efficace de production du J/Psi avec les prédictions théoriques issues du modèle de Glauber montrent l'existence d'une suppression anormale du taux de production du J/Psi qui dépend de la centralité des collisions. Cette suppression anormale est mise en rapport avec les modèles théoriques proposés par différents auteurs, décrivant la formation et l'interaction des états liés du charmonium dans un milieu déconfiné ou non déconfiné.

L'expérience ALICE auprès du LHC permettra la mise en évidence et l'étude de la transition de phase de la matière hadronique ordinaire vers un état de partons déconfinés appelé plasma de quarks et de gluons (Quark Gluon Plasma). La suppression des résonances de saveurs lourdes (J/psi , Upsilon) s'est avérée être la signature la plus prometteuse de la formation d'un QGP dans les collisions d'ions lourds ultrarelativistes. L'observation des états liés J/psi et Upsilon via leur canal de désintégration muonique sera effectuée à l'aide d'un spectromètre avant dont le trajectographe est un ensemble de dix chambres à cathodes segmentées (Cathode Pad Chambers) réparties en 5 stations. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un modèle de CPC dont l'originalité repose sur une lecture parallèle de la charge. Les paramètres et la géométrie des chambres ont été optimisés pour la station 3. Une simulation complète a permis de calculer le taux d'impact multiples attendu et de proposer une méthode de déconvolution adaptée. L'effet du champ magnétique dipolaire sur la résolution spatiale intrinsèque des chambres a également été évalué. Les performances déduites de la simulation sont confirmées par les résultats expérimentaux issus de tests sous faisceau de prototypes au CERN. La mesure des paires de muons sera contaminée par le bruit de fond des interactions faisceau-gaz résiduel. Le niveau de ce bruit de fond est plusieurs ordres de grandeur supérieur au signal de physique en mode p-p, référence pour l'étude des collisions p-A et A-A. Afin de valider le signal de trigger dimuons dans les collisions pp, la Collaboration ALICE a récemment décidé d'équiper le spectromètre d'un compteur de déclenchement de niveau zéro (V0). Les étapes de la conception de l'hodoscope de scintillateurs V0 sont présentées dans cette thèse.

Un des objectifs de la physique des ions lourds aux énergies ultra-relativistes est la mise en évidence et la caractérisation d'une nouvelle phase de matière, le plasma de quarks et de gluons (QGP). L'une des signatures est la suppression des résonances de haute masse (J/psi,upsilon) et, en particulier, celle du upsilon, qui ne pourra être observée, (au travers de sa désintégration muonique) qu'aux énergies LHC (Large Hadron Collider) en collision Pb-Pb. Le bras dimuon, sous-détecteur de ALICE, a en charge l'identification et la caractérisation de ces muons, via des chambres de trajectographie, un dipôle et un système de déclenchement appelé "trigger". Le système de déclenchement du bras dimuon est basé sur des chambres à plaques résistives (RPC). Après avoir fait l'analyse des données recueillies durant une campagne de tests au CERN, il est apparu que la résolution en temps, délivrée par l'électronique du détecteur, ne satisfaisait pas entièrement les performances requises. Nous avons alors développé une nouvelle technique de discrimination nommée ADULT (A DUaL Threshold) qui améliore la résolution en temps du détecteur. Cette électronique permet également d'optimiser plusieurs paramètres critiques du fonctionnement d'une RPC en mode streamer. Ce nouveau système de discrimination a amené l'équipe à développer une puce de microélectronique spécifique qui a été validée lors de tests réalisés au CERN. D'autre part, des simulations de collisions Pb-Pb ont été réalisées. Les spectres de masse invariante sont présentés ainsi que l'effet des coupures en impulsion transverse du "trigger" du spectromètre dimuon sur ces spectres de masse. D'autre part, la perte d'énergie des quarks dans le milieu nucléaire est introduite. Nous montrons et commentons les effets induits sur les résultats des simulations. De plus, deux techniques d'estimation de bruit de fond combinatoire sont mises en oeuvre. Il est alors montré que la technique de "l'event mixing" est mieux adapté que la méthode des "like - sign" pour l'estimation du bruit de fond combinatoire aux énergies LHC. Il est égalementmontré comment nous pouvons obtenir une estimation de la section efficace de production de beauté à l'aide de ces deux méthodes.

Les collisions d'ions lourds relativistes permettent d'étudier la production du plasma de quarks et de gluons (QGP), état dans lequel serait la matière hadronique au-delà d'une température de l'ordre de 200~MeV. Le $J/\psi$, état lié~$c\bar{c}$, est une des sondes utilisées pour observer le QGP. Son taux de production peut être modifié par divers effets en compétition: les effets nucléaires froids et ceux attendus en cas de production du QGP. Une suppression anormale du $J/\psi$ (au-delà des effets froids) a déjà été vue par l'expérience NA50 (SPS) dans les collisions Pb~+~Pb les plus centrales. L'expérience PHENIX (RHIC) poursuit cette étude à une énergie environ dix fois plus élevée. Nous avons étudié la production du $J/\psi\to\mu^+\mu^-$ dans les collisions Cu~+~Cu effectuées en 2005 à une énergie de 200~GeV par paire de nucléons. Les résultats obtenus apportent des informations importantes sur les effets froids: ils permettent d'améliorer de manière significative la précision obtenue dans les collisions à petit nombre de nucléons participants, où le QGP ne peut être produit. Ils confirment la similitude des suppressions déjà observées au RHIC dans les collisions Au~+~Au et au SPS; ce constat restant à corroborer par des mesures plus précises des effets froids au RHIC. Les résultats combinés Au~+~Au et Cu~+~Cu mettent aujourd'hui en défaut la plupart des modèles théoriques, et pourraient favoriser l'hypothèse d'une production ! secondaire du $J/\psi$ dans le milieu (recombinaison).

Les collisions de particules à très hautes énergies sont un moyen de sonder la matière au niveau de ses composants les plus élémentaires : les partons (quarks et gluons). Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes produisent dans le même événement le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP) et des interactions élémentaires de type parton-parton. Ces interactions, appelés processus durs, proviennent de l'état initial et produisent des partons de hautes impulsions transverses qui vont fragmenter en hadrons détectables (jets). Avant la fragmentation, les partons sont susceptibles d'interagir avec le QGP, modifiant les propriétés des hadrons produits. L'étude des processus dur sera d'un grand intérêt au LHC. La section efficace de production de jet est calculable en pQCD, en se basant sur l'hypothèse de factorisation. EPOS est un générateur d'événements dont l'objectif est de reproduire des événements directement comparables à l'expérience en décrivant aussi bien les aspects durs que les aspects mous (QGP) dans un modèle cohérent. Dans cette thèse, je détaillerai les motivations pour produire des processus durs dans un événement complet. La partie dure devant être compatible avec la pQCD. Ainsi, comme dans l'expérience la production d'un processus rare nécessite beaucoup de statistique. Je présenterais alors une méthode de coupure sur les hautes impulsions transverses permettant de produire facilement des jets de haute impulsion transverse dans le contexte des aspects mous.

Depuis 20 ans, les collisions entre ions lourds sont la seule façon d'étudier la matière hadronique dans le laboratoire. Le diagramme de phase de la matière hadronique reste encore méconnu malgré les efforts expérimentaux et théoriques qui ont été entrepris ces dernières décennies afin de mieux connaître ses transitions des phases. Après une introduction générale sur le sujet, nous aborderons plus en détail deux transitions de phases de la matière hadronique: la transition liquide gaz et la transition vers le plasma de quarks et de gluons. Une vue générale sur les méthodes expérimentales pour étudier ces transitions sera ensuite présentée dans le troisième chapitre. Les résultats principaux du programme d'ions lourds mené à bien au collisionneur RHIC à BNL (Upton, NY, Etas-Unis), seront présentés dans le quatrième chapitre. Le derniers 3 chapitres seront dédiés au futur programme d'ions lourds au collisionneur LHC au CERN (Genève, Suisse), en particulier à la seule expérience dédiée à cette physique, ALICE, et à son spectromètre à muons.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes au LHC devraient permettre de former le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les photons, insensibles à l'interaction forte qui domine ce milieu sont une sonde intéressante pour l'étude du PQG. Les gamma-jets sont des processus durs et rares où un photon et un parton sont émis dos à dos. Le parton hadronise en une gerbe de particules appelée jet. Ces jets sont atténués (jet quenching) par interaction forte du parton avec le PQG. La perte d'énergie, ou plus exactement la redistribution de l'énergie du jet, est mesurable par la modification de la distribution de l'énergie des particules appartenant au jet entre les collisions p-p et Pb-Pb (fonction de fragmentation ou distribution en « hump-backed plateau »). Cette mesure nécessite l'énergie initiale du jet, ce que les gamma-jets permettent d'obtenir de façon précise.<br />Notre travail consiste à utiliser le calorimètre EMCal pour détecter un photon en corrélation avec un jet reconstruit dans la partie centrale d'ALICE, puis à comparer ces distributions en énergie pour des collisions p-p et Pb-Pb.<br />Dans un premier temps, la physique des gamma-jets est abordée, puis nous présentons l'identification des particules dans EMCal afin de reconnaître un photon direct, c'est-à-dire un photon émis en corrélation avec un jet. Ensuite, des méthodes d'identification et de reconstruction du jet sont développées pour pouvoir déterminer les distributions de « hump-backed plateau ». Enfin ces techniques sont testées afin d'évaluer les capacités d'ALICE et notamment d'EMCal pour étudier les gamma-jets au LHC et d'apprécier la sensibilité de cette sonde pour explorer le PQG.

Les collisions d'ions lourds ultrarelativistes, dont le but est la formation et l'étude du plasma de quarks et de gluons, recouvrent un<br />vaste domaine de la physique nucléaire et des hautes énergies. Nombreuses sont les observables proposées comme signature de la<br />formation du plasma de quarks et de gluons. Dans mon travail de thèse, je me suis penchée sur deux d'entre elles: la suppression du <br />J/Psi et les effets collectifs ou de ``flot''. <br /><br />Dans cet exposé, je ne discuterai que du flot, ce dernier occupant la majeure partie de ma thèse. Après avoir présenté la problématique<br />de l'analyse de flot, je montrerai les limitations méthodes ``standard'' utilisées depuis 1985, notamment sur les données publiées en<br />1998 par la collaboration NA49 du CERN. J'exposerai alors une nouvelle méthode d'analyse se basant sur un développement en<br />cumulants des corrélations azimutales multiples. Cette méthode non seulement généralise la méthode standard mais également permet<br />des mesures de flot plus fines, là où les méthodes conventionnelles échouent. Je présenterai enfin mes résultats sur l'analyse des<br />nouvelles données de NA49.