L'interaction de la radiation ionisante avec la matière biologique implique la formation d'une très grande quantité d'électrons de basse énergie, pour la plupart en deçà de 20 eV, qui déposeront ultimement la plus grande partie de l'énergie transportée par cette radiation. Il est connu que ces électrons peuvent causer des dommages très importants à l'acide désoxyribonucléique (ADN) d'une cellule. Cependant, la connaissance des mécanismes par lesquels ces dommages sont créés demeure incomplète. Nous avons étudié l'effet des électrons de basse énergie (i.e., 1 - 18.5 eV) sur des films minces d'un analogue au désoxyribose de l'ADN, soit le tétrahydrofurane (THF), condensés sur un séparateur inerte de krypton. Nous avons observé à l'aide de spectres d'excitations vibrationnelle et électronique que l'exposition à ces électrons pouvait impliquer l'ouverture du cycle de la molécule de THF résultant en la formation d'un composé de type aldéhyde, identifié avec le plus de certitude comme étant du butyraldéhyde. [Résumé abrégé par UMI]

Celà fait maintenant presque 50 ans qu'on a découvert que la section efficace totale proton-proton augmentait avec l’énergie, alors qu'on pensait précédemment qu'elle deviendrait asymptotiquement constante. Les incertitudes des mesures sur les rayons cosmiques effectuées à haute énergie ne permettent pas de déterminer la forme exacte de l'augmentation de la section efficace avec l’énergie.Le LHC au CERN à Genève fournit des collisions avec une énergie jamais atteinte dans un accélérateur de particule. L’énergie dans le centre de masse était 7 TeV en 2010 – 2011, 8 TeV en 2012 et atteindra 14 TeV dans un futur proche. Le détecteur ATLAS installé sur un des quatre points d'interaction du LHC, est utilisé pour collecter le résultat des collisions proton-proton. Son sous-détecteur ALFA, situé à 240 m du point d'interaction, est utilisé pour détecter les proton résultant des collisions élastiques. ALFA est donc capable, dans certaines conditions particulières de l'optique, de mesurer la section efficace totale et la pente nucléaire.Le travail effectué durant cette thèse a permit de mesurer σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb et b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 à 7 TeV. / It is now nearly fifty years since total proton-proton (pp) cross sections have been found to grow with energy after it was believed for long time that they would become asymptotically constant . The uncertainties of the cosmic ray data, at high energy, do not allow to determine the exact growth with energy of the total cross section .The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva has already delivered collisions with an energy never reached in a particle accelerator. The energy in the center of mass was 7 TeV (2010 – 2011) or 8 TeV (2012) and will ultimately reached 14 TeV in the near future. Thus, this will provide a good environment for a new precise measurement of the total pp cross section at this energy.The ATLAS detector installed in one of the four LHC interaction points is used to collect the result of the pp collisions. Its sub-detector ALFA located 240 m from the interaction point, is used to track protons resulting from elastic collisions.Therefore, within special beam optics conditions, ALFA is able to measure the total cross section and the nuclear slope. During this PhD the analysis performed on the first data led to σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb and b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 at 7 TeV.

Dans le contexte des études sur les systèmes innovants de production d'énergie, des réacteurs exploitant le combustible thorium sont envisagés. Les sections efficaces de fission induite par neutrons des actinides qui y sont engagés entrent en jeu dans les simulations de scénarios. Pour les alimenter, des bases de données sont produites à partir de résultats expérimentaux et de modèles. Pour certains noyaux, elles présentent des lacunes ou des désaccords. Pour compléter ces bases de données, nous avons construit un dispositif original constitué d'une alternance de PPACs(chambres à avalanches sur plaques parallèles) et des cibles ultra-minces, que nous avons installé auprès de l'installation n_TOF. Nous décrivons les détecteurs, le montage, et le soin apporté à la fabrication et à la caractérisation des cibles. La détection en coïncidence des produits de fission se fait grâce à des mesures de temps très précises et à leur localisation par la méthode de la ligne à retard. Nous avons contribué, au sein de la collaboration n_TOF, à la caractérisation de la nouvelle source intense de neutrons de spallation du CERN, basée sur le temps de vol des neutrons, et nous en décrivons les caractéristiques et les performances. Nous avons pu mener des mesures sur les actinides ^{232}Th, ^{234}U, ^{233}U, ^{237}Np, ^{209}Bi, et ^{nat}Pb relativement aux références ^{235}U et ^{238}U, en utilisant un système d'acquisition innovant. Nous avons pu tirer parti du large domaine d'énergie accessible, de 0,7 eV à 1 GeV, et de l'excellente résolution dans ce domaine. Le traitement des données et l'état d'avancée de l'analyse sont décrits afin d'éclairer les performances et les limites des résultats obtenus.

Ce travail présente les mesures de section efficace de production de photons isoles dans les collisions proton-proton avec l'expérience ATLAS au LHC, a une énergie de 7 TeV dans le centre de masse. Les résultats sont d'abord obtenus pour une luminosité intégrée de 880 nb−1, puis dans un deuxième temps pour une luminosité de 36 pb−1. Les mesures faites avec 880 nb−1 et 36 pb−1 couvrent, respectivement, les intervalles en énergie transverse 15 ≤ E < 100 GeV et 45 ≤ E < 400 GeV. Les résultats sont compares aux prédictions de la chromodynamique quantique perturbative à l'ordre NLO. Les premières études pour la recherche du Higgs dans le canal de désintégration en deux photons sont également présentées pour 38 pb−1 de données collectées par l'expérience ATLAS en 2010 (et plus récemment pour 210 pb−1 accumules en 2011). Les limites d'exclusion observées sont citées en fonction d'une masse de Higgs se situant dans l'intervalle 110-140 GeV.

La prise de données réalisée en 2015 par la collaboration COMPASS au CERN a permis de collecter un nombre significatif de paires de muons de grande masse. Ces dernières proviennent de l’interaction d’un faisceau de pions négatifs d’impulsion 190 GeV/c sur des cibles d’ammoniac (NH₃), d’aluminium (Al) ou de tungstène (W). Ce travail de thèse décrit les différentes étapes d’analyse des données de Drell-Yan dans la région de masse entre 4.3 et 8.5 GeV/c², depuis la reconstruction des traces du pion incident et des muons diffusés, jusqu’à l'extraction des sections efficaces finales. Ces étapes comprennent la détermination du flux incident et des densités des trois cibles, l’évaluation des différentes efficacités expérimentales, le calcul de l’acceptance de l’appareillage par simulation Monte-Carlo et la réduction des données à des paires de muons. Présentées en fonction de la variable de Feynman xF et de l’impulsion transverse pT, les sections efficaces Drell-Yan sont comparées aux calculs théoriques aux ordres NLO et NNLO, ainsi qu’aux résultats des expériences antérieures. Une interprétation plus poussée des résultats donnera accès aux distributions des partons dans le pion et à l’étude des effets de la matière froide dans les noyaux. / The COMPASS collaboration at CERN collected a significant amount of Drell-Yan data in 2015. The measured lepton pairs originate from the interaction of a negatively charged pion beam at 190 GeV/c with ammonia targets (NH₃), aluminum (Al) or tungsten (W). The analysis step using the Drell-Yan data are discussed in the mass range between 4.3 and 8.5 GeV/c², starting from the reconstruction of the incoming pion beam and the scattered muons, until the extraction of the Drell-Yan cross-sections. These steps include the determination of the incoming beam flux and the three target densities, the overall efficiency of the experimental apparatus, the acceptance of this spectrometer using Monte-Carlo simulations, and the reduction of the initial data to muon pairs. The Drell-Yan cross-sections, expressed in terms of the scaling variable xF and the transverse momentum pT, are compared with theoretical predictions at NLO and NNLO, as well as some previously published results. An advanced interpretation of these results would give access to the partonic distribution of the pion and lead to the study of cold nuclear matter effects.

T2K (Tokai to Kamioka) est une expérience d’oscillation de neutrinos muoniques sur une longue ligne de base, située au Japon. Elle est conçue pour mesurer le changement de saveur des neutrinos d’un faisceau produit à l’aide d’un accélérateur au laboratoire JPARC de Tokai. Les détecteurs proche et lointain sont placés légèrement hors axe par rapport au faisceau. Depuis la découverte en 2013 de l’apparition de neutrinos électroniques, T2K a inversé la polarité des cornes magnétiques intervenant dans la production du faisceau, afin de produire un faisceau d’antineutrinos et d’augmenter la sensibilité de l’expérience à la violation de la charge-parité dans le secteur leptonique. Le faisceau produit est alors dominé par les antineutrinos muoniques avec une composante mesurable de neutrinos muoniques. L’analyse simultanée, dans les données prises avec le faisceau de neutrinos et le faisceau d’antineutrinos, des interactions par courant chargé dans le détecteur proche ND280, permet de réduire l’impact sur les analyses d’oscillation des incertitudes liées au flux de (anti)neutrinos et à leur section efficace d’interaction. Les données de ND280 permettent également de mesurer les sections efficaces d’interaction des antineutrinos d’énergie proche de 600 MeV. La bonne connaissance du processus d’interaction des (anti)neutrinos avec les noyaux atomiques est cruciale pour interpréter les résultats de l’expérience en termes d’oscillations. De nombreux modèles théoriques ont été développés pour décrire les effets nucléaires lors des interactions des (anti)neutrinos, mais une vison globale cohérente n’a pas encore émergé. En particulier, des mesures variées de section efficace d’interaction par courant chargé sans production de pion dans l’état final suggèrent la possibilité pour les neutrinos d’interagir avec des paires de nucléons corrélés, entrainant l’éjection de plus d’un nucleon hors du noyau (composante dite “multi-nucléon”). Divers modèles ont proposé des estimations différentes de ce processus et une mesure précise et sans ambiguité n’est pas encore disponible. Ce travail de thèse se concentre sur trois études. La première détaille la sélection des interactions de neutrinos muoniques par courant chargé dans le détecteur proche hors axe. Dans un premier temps l’échantillon de données était divisé en deux selon le nombre de traces chargées de l’événement, puis l’accumulation de davantage de données a permis la séparation de l’échantillon en trois lots selon le contenu en pions de l’événement. La seconde étude consiste en la mesure simultanée de la section efficace d’interaction des neutrinos et des antineutrinos muoniques par courant chargé, conduisant à un état final sans pion mesuré dans le détecteur ND280. Ces sections efficaces sont extraites en fonction de l’impulsion et de l’angle du muon issu de l’interaction, permettant ainsi d’évaluer la somme, la différence et l’asymétrie entre les sections efficaces des neutrinos et des antineutrinos. La somme permet d’isoler la composante d’interférence vecteur-axial de la section efficace, et la différence est sensible à la composante multi-nucléons. L’asymétrie permet d’estimer directement le biais éventuel sur la mesure de la phase de violation de CP dû à la modélisation des sections efficaces, dans l’analyse d’oscillation de neutrinos. La dernière partie de la thèse étudie la proposition d’utiliser la technologie dite de multi-PMT pour le detector Hyper-Kamiokande, version à plus grande échelle de Super-Kamiokande, ainsi que la possibilité d’étudier le flux de neutrinos avec un détecteur basé sur le rayonnement Cherenkov dans l’eau, et placé à environ 2 km de l’origine du faisceau de neutrinos. Un multi-PMT est une sphère de plastique contenant 26 tubes photomultiplicateurs, qui pourrait améliorer l’efficacité des futurs détecteurs basés sur le rayonnement Cherenkov dans l’eau. / T2K (Tokai to Kamioka) is a long-baseline neutrino oscillation experiment installed in Japan and designed to measure neutrino flavor oscillation using an off-axis neutrino beam produced at the J-PARC accelerator facility in Tokai. Since its discovery of electron neutrino appearance in 2013, T2K has switched its beam magnet polarities to run in antineutrino beam mode in order to enhance its sensitivity to the charge-parity violation in the leptonic sector. The beam is dominated by muon antineutrinos, but it also contains a sizable contamination from muon neutrinos. The analysis of both neutrino and antineutrino charged-current interactions in the off-axis near detector ND280, provides a significant reduction of the flux prediction and cross-section modeling systematic uncertainties in the oscillation analysis. ND280 data also gives us the opportunity to measure antineutrinos cross-sections at the energy around 600 MeV. Information on (anti)neutrino scattering is vital for the interpretation of neutrino oscillation. Many theoretical models have been developed to describe the nuclear effects in (anti)neutrino scattering, but a consistent picture has yet to emerge. In particular, various measurements of charged-current cross-section without production of pions in the final state have suggested the presence of another channel where neutrinos interact with pairs of correlated nucleons and more than one nucleon is knocked-out from the nucleus (multi-nucleon component). Various models have proposed different estimations of such process and a precise and unambiguous measurement is not yet available. This thesis work is focused on three different arguments. First the selections of CC interactions of muon neutrinos in antineutrino beam in the off-axis near detector. In a first iteration this sample has been divided into two sub-sample based on the track multiplicity, then with more statistic a separation into three sub-samples based on the pion content in each event was possible. Then on the simultaneous measurement of the double-differential muon neutrino and antineutrino charged-current cross-section without pions in the final state using the off-axis near detector. The neutrino and antineutrino cross-sections will be simultaneously extracted as a function of muon momentum and angle with a likelihood fit, including proper estimation of the correlations, allowing the evaluation of the sum, difference and asymmetry between the two cross-sections. The sum isolates the axial-vector interference term of the cross-section, and the difference enhances the sensitivity to the multinucleon component. The asymmetry is a direct estimation on any possible bias due to mismodeling of (anti)neutrino interactions on the measurement of the CP violation phase in neutrino oscillation. The last topic concerns the proposal of the multi-PMT technology as detector for Hyper-Kamiokande, the upgrade of Super-Kamiokande, and the intermediate water v Cherenkov proposed to study the neutrino flux at ~2 $km$ from the beam production point. A multi-PMT is a plastic sphere filled with 26 photomultiplier tube that could improve the efficiency of the Cherenkov detectors foreseen in the future.

Le but premier de la physique des hautes énergies est d'améliorer notre connaissance de la structure fondamentale de la matière, et notamment des particules qui constituent le monde. L'une d'entre elles est le quark top, qui fut découvert en 1995 par les collaborations CDF et DØ auprès du collisionneur protons-antiprotons Tevatron. Un des buts principaux du Tevatron a été depuis l'étude fine des propriétés du quark top, et en particulier de la section efficace de production de paires top-antitop. Différentes analyses ont été menées dans les canaux leptons (μ,e,tau) + jets, dileptons, et tout hadronique afin de déterminer le plus précisément possible les valeurs de ces paramètres, et ainsi de tester la validité du Modèle Standard. Le but principal de cette thèse est de vérifier une des prédictions théoriques du Modèle Standard de la physique des particules, à savoir la section efficace de production top-antitop auprès du collisionneur Tevatron. Le canal étudié est constitué d'un muon, d'un lepton tau, de leurs neutrinos associés, et de deux jets de quark b (l'un d'entre eux provenant d'un quark b, l'autre d'un anti-quark b. La reconstruction et l'identification des jets, des muons, des leptons taus (en particulier par l'utilisation d'un réseau de neurones dédié), et l'étiquetage des jets de b, représentent les éléments fondamentaux de cette étude. Au final, un bon accord entre les données et la simulation Monte Carlo est obtenu à la dernière étape de cette analyse. En outre la mesure finale et la prédiction théorique au niveau NLL+NLO du calcul des perturbations sont compatibles.

Cette thèse présente une mesure de la section efficace de production du quark-top célibataire en voie t avec 1.04 fb-1 de données recueillies par le détecteur ATLAS au LHC à partir de collisions proton-proton d' énergie centre de masse sqrt(s) = 7 TeV. Les événements sélectionnés contiennent un lepton, de l'énergie transverse manquante, et deux ou trois jets, l'un d'eux étant étiqueté comme étant issu d'un quark-b. Le modèle pour le bruit de fond se compose des processus multijets, W+jets et production de paires de quarks top ainsi que de contributions moindres venant d' événements Z+jets et diboson. En utilisant une sélection basée sur la distribution d'un discriminant multivarié construit avec des arbres de décision stimulés, la section efficace de production de quark-top célibataire en voie t a été mesurée. La valeur de 97.3+30.7-30.2 pb a été obtenue. Ce résultat est en bon accord avec la prédiction du Modèle Standard. En supposant que les éléments de la matrice CKM reliée au quark-top obéissent à la relation |Vtb|>>|Vts|, jVtd|, la force du couplage W-t-b est extraite à partir de la section efficace mesurée, |Vtb| = 1.23+0.20-0:19. Si on suppose que |Vtb| <= 1, une limite inférieure |Vtb| > 0.61 est obtenue avec un niveau de confiance de 95%.

Les agrégats multi-échelles (sulfure de zinc: ZnS, ...) ont des propriétés physiques et physicochimiques présentant un grand intérêt industriel (industrie pharmaceutique, matériau, environnement...). L'objectif général de cette thèse est de caractériser ces agrégats multi-échelles par une méthode optique d'une part, et par une étude géométrique d'autre part. Le but est de trouver des relations simples entre propriétés optiques et géométriques. Les résultats présentés sont valables pour tout matériau à haut indice de réfraction.Ce travail comporte une première étape de modélisation en étudiant tout d'abord des modèles simples d'agrégats multi-échelles (agencement ordonné de particules élémentaires sphériques). Différents agrégats sont alors géométriquement modélisés suivant des paramètres de construction prédéfinis (volume global des agrégats, rayon des particules primaires...). Une analyse préliminaire optique puis une analyse géométrique sont alors effectuées afin de déterminer les paramètres respectifs à étudier: la section efficace moyenne de diffusion (...), calculée au moyen d'une extension de la théorie de Mie (GMM pour Generalized Multiparticle Mie) d'Y-L Xu, et des caractéristiques géométriques spécifiques (volume de matière, compacité...).Une seconde étape consiste à étudier les variations de la valeur de ... en fonction de celles des paramètres géométriques des agrégats. Des relations caractérisant ces variations sont établies. Enfin, une expression approchées pour la valeur de ... est recherchée sous la forme d'une loi de puissance, reposant sur des méthodes optiques approchées existantes et sur la sélection de caractéristiques géométriques pertinentes. Le modèle mis en place est robuste et présente un compromis entre précision et complexité. Le travail réalisé ouvre diverses perspectives comme la confrontation du modèle mathématique théorique obtenu, avec l'expérience. / Multiscale aggregates (zinc sulfide: ZnS, ...) havephysical and physicochemical properties of great industrial interest (e.g. pharmaceutical industriy, material, environment). The overall objective of this thesis is to characterize these multiscale aggregates by an optical method on the one hand, and a geometric study of the other. The goal is to find simple relations between optical and geometrical properties. The results presented are valid for any material with high refractive index.The first step of this work is to build in a simple way the multiscale aggregate (like ordered arrangement of spherical elementary particles). Different aggregates are then geometrically modeled thanks to predefined design parameters (e.g. particles radius, aggregates overall volume). A preleminary analysis of optical and geometrical analysis is then performed to determine the relevant parameters: the average scattering cross section (...), calculed using a generalization of the Mie theory (GMM for Generalized Multiparticle Mie) developped by Y.L. Xu, and specific geometric values features. An analysis of the behavior of the optical parameter and the geometrical characteristic (e.g. compactness, volume of matter...), with respect to the construction parameters of the aggregates, is then performed.A second step is to study variations of ... value versus the variation of the geometrical parameter of aggregates. Mathematical relations characterizing these variations are established. Finally, a study on the approximation of the ... value is carried out. A power law is proposed which is basedon previous optical approximate methods and on the selection of geometrical characteristics of the aggregates. The optical properties and geometrical characteristics of the clusters are fairly extensive and contrasted to give a general groundwork to this study. The work done opens various perspectives such as the confrontation of the theorical mathematical model obtained, with experiment.

Sonder la production du quark top et du boson de Higgs dans les évènements multi-jet avec expérience Atlas auprès du LHC.Le détecteur Atlas est une expérience généraliste placé auprès du collisionneur proton-proton circulaire de 27 km de circonférence, LHC. Le LHC est conçu pour produire des collisions avec une énergie nominale au centre de masse de l'ordre de racine carré8 = 14 Tev et une luminosité instantané de 10-34cm-2s-1. / Probing top quark and Higgs boson production in multi-jet avents at the LHC with the Atlas detector.The Atlas detector is a general purpose detector located at the Large Hadron Collider (LHC). It aims at the discovery af new physics phenomena and improving our knowledge of the standart Model (SM).