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.

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.

Le travail effectué dans cette thèse présente diverses études théoriques et phénoménologiques du processus de production exclusive de mésons vecteurs rho neutres polarisés longitudinalement dans les collisions entre photons virtuels, dans le cadre de la chromodynamique quantique (QCD). La virtualité des photons permet de situer notre approche dans le secteur perturbatif de la théorie. Les régimes cinématiques envisagés mènent à l'utilisation d'outils théoriques variés qui font apparaître différentes propriétés de factorisation de l'amplitude de diffusion: deux types de factorisation colinéaire (à courte distance) pour ce processus sont discutés au chapitre 1, faisant apparaître –suivant la polarisation des photons virtuels et le régime cinématique considéré- des Amplitudes de Distribution Généralisées (GDA) ou des Amplitudes de Distribution de Transition (TDA), outils communément utilisés dans la description des processus exclusifs. Nous introduisons dans le Chapitre 2 de manière autocohérente les bases du formalisme BFKL valide dans la limite à haute énergie (limite de Regge) de QCD, en vue de son utilisation phénoménologique détaillée dans le Chapitre 3: l'amplitude de diffusion du processus est décrite dans ce formalisme en exploitant la factorisation dans l'espace bidimensionnel des impulsions transverses, ou kT-factorisation. Nous prédisons la valeur de la section efficace du processus à l'ordre de Born de la resommation BFKL et nous discutons de son observation possible auprès du futur collisionneur linéaire international (ILC). Nous obtenons également les sections efficaces différentielles du processus sans transfert d'impulsion avec resommation BFKL complète à l'ordre des logarithmes dominants (Leading-Order) ainsi qu'à l'ordre suivant (Next-to-Leading-Order) afin d'établir un test fin du processus d'échange d'un Poméron dur décrit par le formalisme BFKL, observable au futur collisionneur linéaire ILC.

Dans ce travail de thèse est présentée l’analyse des électroproductions exclusives des mésons f ₀ (980) et f₂(1270) sur le proton. Les données ont été acquises pendant l’expérience e1-6 (2001-2002) avec le détecteur CLAS du Jefferson Lab aux États-Unis, en utilisant un faisceau de 5.754 GeV et une cible de dihydrogène. Nous avons mesuré pour la première fois au monde les sections efficaces réduites différentielles de ces deux processus, dans le domaine cinématique 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 et 0.15< xB < 0.55. Nous proposons une interprétation de nos résultats sur une approche basée sur des degrés de liberté hadronique et la théorie de Regge. Une analyse des données en termes d’amplitudes d’ondes partielles et en terme de moments des distributions angulaires a également été tentée. Enfin, nous avons effectué la calibration des photomultiplicateurs du détecteur central de neutron (CND) pour le détecteur CLAS12. Le CND a été optimisé pour l’étude du processus n-DVCS (Diffusion Compton Profondément Virtuelle du neutron). / We present in this report our results for the exclusive electroproductions of f₀(980) and f₂(1270) off the proton. The data were taken during the e1-6 experiment (2001-2002) with the CLAS detector of Jefferson Laboratory, using a 5.754 GeV beam and a liquid hydrogen target. We have measured for the first time the reduced differential cross sections for these two processes, in the kinematical region 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 and 0.15< xB < 0.55. We propose an interpretation of our results according to a Regge-based model. An alternative analysis of the data in terms of partial waves amplitudes as well as in terms of moments of the decay angular distributions has also been attempted. Finally, we have performed the calibration of the photomultipliers of the Central Neutron Detector (CND), to be installed in the CLAS12 detector. The CND has been optimized for the study of the n-DVCS process (Deeply Virtual Compton Scattering off the neutron).

Le travail présenté dans cette thèse porte d’une part sur le développement et la caractérisation d’une nouvelle génération de détecteurs Micromegas (MICROMEsh GAseous Structure) pour l’expérience COMPASS au Cern, et d’autre part sur l’estimation de la contribution de canaux diffractifs à la production de pions et de kaons, dans le cadre de l’étude des fonctions de fragmentation de quarks en hadrons à COMPASS. De nouveaux détecteurs Micromegas d’une surface active de 40 x 40 cm² sont en cours de développement pour le futur de l’expérience COMPASS, à partir de 2015. Ces détecteurs devront fonctionner dans des flux de muons et hadrons approchant 8 MHz/cm². Pour cela, une zone centrale d’environ 5 cm de diamètre, traversée par le faisceau, sera constituée de 1280 pixels, et des technologies permettant de fortement réduire l’impact des décharges seront adoptées. Quatre prototypes de géométrie finale utilisant deux types de technologies de réduction des décharges différentes ont été produits au Cern et testés en conditions réelles à COMPASS entre 2010 et 2012. Trois d’entre eux sont des détecteurs hybrides utilisant une feuille GEM (Gas Electron Multiplier) en tant qu’étage de préamplification pour réduire la probabilité de décharge. Le dernier détecteur est équipé d’une structure résistive à « résistances enterrées », permettant la réduction de l’amplitude des décharges. Leurs performances sont présentées dans cette thèse. L’impact de ces résultats sur la production et la mise en œuvre de la série finale de détecteurs est également discuté. Les fonctions de fragmentation de quarks en hadrons l’hadronisation d’un quark de saveur q en un hadron h. Ces fonctions universelles interviennent dans l’expression de la section efficace de nombreux processus. Elles sont accessibles à COMPASS via la réaction de diffusion profondément inélastique semi-inclusive de muons sur des nucléons. Les observables permettant leur extraction dans ce cadre sont les multiplicités de hadrons, soit le nombre moyen de hadrons produits par événement de diffusion profondément inélastique. Les mésons vecteurs issus de processus diffractifs produisent également des pions et kaons par leur désintégration. Ces processus n’impliquant pas l’hadronisation d’un quark, il semble justifié de ne pas les comptabiliser dans la mesure des multiplicités. Ce travail propose une étude Monte-Carlo des contributions de la production diffractive de mésons vecteurs rho et phi à la production de hadrons léger et aux événements inclusifs. Des facteurs de correction des multiplicités sont finalement établis. Enfin, l’effet de cette correction sur l’extraction des fonctions de fragmentation en pions est présenté. / This thesis is dedicated to the development and characterisation of a new generation of Micromegas (MICROMEsh GAseous Structure) detectors for the COMPASS experiment at Cern, and the estimation of the diffractive processes’ contribution to the production of pions and kaons, concerning the study of the quark fragmentation functions into hadrons at COMPASS. New Micromegas detectors with a 40 x 40 cm² active area are being developed for the future physics program of the COMPASS experiment starting in 2015. These detectors will have to work in high muon and hadron flux (close to 8 MHz/cm²). In this context, a central area of about 5 cm diameter, crossed by the beam, will be composed of 1280 pixels, and discharge-reduction technologies will be used. Four prototypes with a final read-out geometry, using two different discharge-reduction technologies have been produced at Cern and studied in nominal conditions at COMPASS between 2010 and 2012. Three are hybrid detectors using a GEM (Gas Electron Multiplier) foil as a preamplification stage to reduce the discharge probability. The other is equipped with a so called “buried resistors” resistive structure allowing to strongly reduce the discharge amplitude. Their performances are presented in this thesis. The impact of these results on the production and implementation of the final series of detectors is also discussed. Quark fragmentation functions into hadrons describe the hadronisation of a quark of flavor q into a hadron h. These universal functions take part in the cross-section expression of several processes. They can be accessed at COMPASS via semi-inclusive deep inelastic scattering of muons off nucleons. The relevant observables for fragmentation function extraction are hadron multiplicities, corresponding to the mean number of hadrons produced per deep inelastic scattering event. Vector mesons produced by a diffractive process can decay into pions and kaons. As such processes do not involve quark hadronisation, they should a priori be excluded from multiplicity measurements. This work presents a Monte-Carlo study of the impact of diffractive rho and phi production on light hadrons and inclusive events yields. Multiplicity correction factors are finally established. The effect of this correction on the extraction of pion fragmentation functions is also discussed.