L'expérience STEREO a été proposé afin de donner une réponse sans ambiguïté àl'idée d'un état de neutrino stérile léger ($Delta m^{2}sim 1eV^{2}$) comme l'origine del'anomalie réacteur des antineutrinos. Le but de l'expérience est de confirmer ou de rejetercette hypothèse en recherchant un patron d'oscillation à courte distance (9-11 m) dans lespectre en énergie des $overline{nu_{e}}$'s émis par le réacteur nucléaire de recherchede l'Institut Laue-Langevin à Grenoble (France). A cet effet, le détecteur estcomposé de 2 tonnes du liquide scintillant dopé au Gd et lu par un réseau detubes photomultiplicateurs, et est segmenté en 6 cellules dans la direction depropagation des antineutrinos. Les $overline{nu_{e}}$'s sont détectés par le processusIBD en observant un signal corrélé dans letemps d'un dépôt d'énergie rapide d'un positron et un signal retardé produitpar la capture d'un neutron. La mesure des petites oscillations deformantle spectre d'énergie des antineutrinos nécessite une bonne résolution en énergieet une excellente connaissance de la réponse du détecteur. Ce manuscrit présenteune étude de simulation détaillée basée sur le logiciel Geant4 STEREO, ce quia permis le développement du système de calibration par sources. Ce système aété conçu pour répondre à toutes les exigences physiques de STEREO: calibrerl'échelle de l'énergie et de l'efficacité de capture de neutrons au niveau de 2%,connaître la réponse en énergie dans le spectre d'énergie réacteur antineutrino(1-8 MeV), étudier et la caractériser la réponse et des non-uniformités dudétecteur. A cet effet, on propose un système de calibration consistant en trois sous-systèmes:un sous-système automatisé pour déplacer des sources radioactives autour dudétecteur pour calibrer l'échelle en énergie dans chaque cellule de manièreindépendante. Un second sous-système pour déplacer une source AmBe sous ledétecteur, dont l'objectif est d'inter-calibrerl'efficacité de capture de neutrons entre les cellules. Enfin, un troisième systèmemanuel qui consistent en trois tubes de calibration placés à l'intérieur du liquidescintillante pour évaluer l'efficacité absolue de la capture des neutrons danstrois cellules différentes. La dernièrepartie de ce manuscrit est consacré à l'étude et la caractérisation du bruite de fond gammaet les signaux neutrino attendus. / The STEREO experiment has been proposed to give an unambiguous responseto the hypothesis of a light sterile neutrino state ($Delta m^{2}sim 1 eV^{2}$)as the origin of the reactor antineutrino anomaly. Its goal is to confirm or reject thishypothesis by searching at short distance (9-11 m) for a neutrino oscillation patternin the energy spectrum of the $overline{nu_{e}}$’s emitted by the research nuclear reactorof the Laue-Langevin Institute in Grenoble (France). To this end, the detector iscomposed of 2 tons of Gd-loaded liquid scintillator read out by an array of PMTs, andis segmented in 6 cells in the direction of the $overline{nu_{e}}$’s propagation. Antineutrinosare detected via the IBD process by observing a time correlatedsignal composed of a prompt energy deposit from a positron and a delayed signal produced bythe neutron capture. Measuring small oscillations superimposed on the reactor antineutrinoenergy spectrum requires a good energy resolution and an excellent knowledge ofthe detector response. This manuscript presents a dedicated Geant4 simulation studyof a calibration system based on radioactive sources.This system has been conceived to fulfill all the STEREO physics requirements:calibrating the energy scale and the neutron capture efficiency at the 2 % level,knowing the energy response in the reactor antineutrino energy spectrum (0-8 MeV),and characterizing the detector response in a broader sense (non-uniformities, non-linearity,particle identification, etc). To this end, we proposethree calibration subsystems: one automated subsystem to moveradioactive sources around the detector, whose main role is to calibrate the energy scale in each cellindependently; a second subsystem to inter-calibrate the neutron captureefficiency between cells by moving an AmBe source under the detector; and finally,a third subsystem consisting in three manualcalibration tubes inside the liquid scintillator, necessary to assess the absolute neutron captureefficiency inside three different cells. The final part of this manuscript is devoted tothe study of the selection criteria, and the proposal of methods to reject the expected gammabackground.

La recherche de neutrinos stériles et légers est, à l’heure actuelle, l’un des enjeux majeurs de laphysique des neutrinos. Une indication de leur existence résulte de l’anomalie des antineutrinosde réacteur, qui découle du déficit de 6% entre les taux prédits et les taux observéspar les expériences à courte distance de réacteurs. Ce déficit peut être interprété comme uneoscillation à courte distance des neutrinos. L’objectif de l’expérience STEREO, situé auprès duréacteur de recherche de l’Institut Laue Langevin (ILL), à Grenoble, France, est d’étudier cetteoscillation. La cible du détecteur de neutrinos est placée entre 8,9 et 11,1m du coeur compactdu réacteur d’ILL. Le détecteur consiste d’environ 2t d’un scintillateur liquide, dopé avec duGd. Le volume actif est séparé dans le sens de la longueur en six cellules. Les antineutrinos sontdétectés par la désintégration bêta inverse, où ils interagissent avec un proton libre (ion H+) etproduisent un positron et un neutron. Les deux particules sont détectées dans le scintillateurpar une coïncidence retardée où le positron crée un signal prompt et le neutron est capturéaprès un temps de modération. La lumière produite par le scintillateur est mesurée par lesphotomultiplicateurs (PM). Le détecteur est complété par un“gamma catcher” qui entoure la cible et par un veto à muons.Ce manuscrit présente des études concernant la préparation et la mise en exploitation del’expérience STEREO. La conception du blindage magnétique des PM a été menée sur la basede simulations par éléments finis afin d’examiner différentes options, d’étudier en détail lesperformances de l’option retenue ainsi que de déterminer la qualité nécessaire des matériauxutilisés. Sur la base de ces études, la collaboration a retenu un plan de blindage en deuxcouches: une couche de fer doux à l’extérieur, couvrant le détecteur et le veto à muons, et unecouche de mu-métal autour de la cible. Ce blindage réduit les champs magnétiques externes à laposition des PM de la cible à moins de 60μT pour toutes les configurations connues de champsexternes. Ceci réduit à moins de 2% une variation de l’amplification des PM induite par deschangements des champs magnétiques.D’autre part, des études du bruit de fond sur le site de STEREO ont été menées. Unecartographie du bruit de fond du rayonnement gamma a été effectuée avec des détecteurs augermanium et un scintillateur NaI, afin de valider l’efficacité du blindage installé. Uneestimation du taux de bruit de fond est présentée et comparée au taux mesuré avec STEREO.Dans l’état actuel de l’analyse des données, le bruit de fond de coïncidences fortuites est inférieurau bruit de fond corrélé induit par les muons cosmiques. Après une première phase d’exploitationde STEREO, un “doigt de gant” en fin de vie situé à l’avant de STEREO a dû être retiré.Un bouchon était adapté à l’extrémité de ce doigt de gant afin de réduire le bruit du fondpour STEREO. Ce dispositif n’ayant pas pu être réinstallé à la suite l’enlèvement du doigt degant, un nouveau blindage a été proposé par l’ILL. Une série des simulations neutroniques etphotoniques (MCNP) a été effectué pour étudier l’effet de ce changement sur le bruit de fondautour de STEREO et pour décider si le blindage proposé était suffisant. Les deux scénariosavant et après l’enlèvement ont été comparés et selon cette simulation, la situation du bruit defond devrait être améliorée.Enfin une procédure a été proposée et appliquée pour analyser les données de calibration del’échelle d’énergie de STEREO. La procédure a été élaborée pour être applicable pour toutes lessources de calibration disponibles et pour minimiser les incertitudes systématiques. Le résultatpeut être utilisé pour ajuster les paramètres de la simulation Geant4 du détecteur développée parla collaboration, par comparaison avec des données mesurées et après pour déterminer l’échellede l’énergie avec la précision requise de < 2%. / Light sterile neutrinos are currently a topic actively discussed in neutrino physics. Oneindication of their possible existence and their participation in neutrino oscillations is the ReactorAntineutrino Anomaly, which states a deficit of about 6% between predicted and observedantineutrino fluxes in short baseline reactor neutrino experiments. The STEREO experimentaddresses this anomaly by searching for neutrino oscillations at baselines of 8.9-11.1m from thecompact core of the research reactor of the Institut Laue Langevin (ILL), Grenoble, France. Forthis purpose a Gd-loaded liquid scintillator detector was designed with an active target massof about 2 t. The target volume is subdivided in six optically separated cells along the line ofpropagation of the neutrinos. The electron antineutrinos emitted from the reactor are detectedvia the inverse beta decay on hydrogen nuclei, where a positron and a neutron are created. Thesetwo particles are detected in the scintillator in delayed coincidence, with the prompt signal fromthe positron and a delayed signal from neutron capture. The scintillation light created in theprocesses is read out by photomultiplier tubes (PMTs) on top of the detector cells. The detectoris completed by a gamma catcher and a muon veto.This manuscript covers parts of the preparation and the commissioning of the STEREOexperiment. As basis for the design process of the magnetic shielding for STEREO’s PMTsa series of finite element simulations was performed. The studies of different general layoutsand required material qualities as well as of details of the final design are summarised. Underconsideration of these studies the collaboration opted for a shielding design, a double layer setupwith an outer soft iron and inner mumetal layer, which has the required shielding efficiency toreduce the magnetic field at the position of the detector PMTs below 60 μT for all known externalmagnetic field configurations. This limits the maximum PMT gain change due to variations ofthe external magnetic fields to < 2%.Furthermore different studies have been performed concerning the on-site background situation.A mapping of the-ray background was conducted with high purity germanium detectorsand a NaI scintillator detector, in order to validate the efficiency of the installed shielding. Thefocus lied on the characterisation of the count rate in the neutron capture energy window. Anestimation of the background rate is presented and compared to the rate obtained in STEREO.At the current state of the analysis the background of accidental coincidences in STEREO is aminor contribution compared to the muon induced correlated background. In addition a seriesof MCNP simulations was performed to determine the impact of a beamtube removal in thevicinity of STEREO on the overall reactor-related background situation. The beamtube wasclosed by a dedicated shielding, optimised for background reduction for STEREO, which couldnot be reinstalled after removal of the tube. A new shielding at the end of the former beamtubewas proposed by the ILL. Its shielding effect was studied with MCNP and compared tothe previous configuration in order to assess whether the new shielding suffices or needs to beimproved. According to these simulations the background situation is expected to improve.Finally a procedure is proposed and applied for the analysis of the energy calibration ofthe STEREO detector. The procedure is designed to be applicable to all available calibrationsources and to minimise systematic uncertainties. It can be used to adjust parameters in theexisting Geant4-based simulation of the detector, developed by the collaboration, by comparisonto measured data and later to determine the energy scale with the required precision of < 2%.