Le Modèle Standard de la physique des particules est une théorie quantique des champs qui décrit les particules élémentaires de la matière et leurs interactions. Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN à Genève a été construit afin de tester les prédictions théoriques du Modèle Standard, en produisant des collisions proton-proton avec des énergies au centre de masse jamais atteintes auparavant. ATLAS est l'un des quatre détecteurs construits sur le LHC. Il est optimisé pour reconstruire les particules et leur produits de désintégrations issus de ces collisions. La partie technique de cette thèse est liée au détecteur à pixels d'ATLAS qui fournit une mesure précise des paramètres des traces à côté du point d'interaction. Ceci est important pour l'identification des jets issus de quarks beaux. Nous présentons une analyse des propriétés des amas de pixels avec les données de muons cosmiques collectées en 2008. Ce travail porte essentiellement sur l'étude de l'effet du seuil des pixels sur la taille, la charge et la position des amas principaux associés aux traces à grand angle d'incidence, avec les données et les simulations. Nous avons réalisé aussi une des premières mesures de la section efficace de production de jets issus de quarks beaux au LHC avec les données de collisions proton-proton à une énergie de 7 TeV au centre de masse. C'est la deuxième analyse présentée dans ce document. Une section efficace différentielle de production de jets b a été mesurée avec les données enregistrées par ATLAS en 2010, utilisant les muons dans les jets semi-leptoniques afin d'extraire la fraction de jets b. Les résultats de la mesure sont en bon accord avec les prédictions de la QCD du Modèle Standard. / The Standard Model of elementary particle physics is a quantum field theory describing the fundamental particles which constitute matter and the interactions between them. The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva was built with the intention of testing various Standard Model predictions, by providing proton-proton collisions at a centre-of-mass energies never recorded before. The ATLAS detector is one of the four particle experiments constructed at the LHC. It is designed to reconstruct particles and their decay products originating from these collisions. The technical part of this thesis is related to the ATLAS pixel detector which provides a precise measurement of tracks next to the interaction point. This is important for the identification of particle jets which originate from bottom quarks. We present an analysis of the pixel cluster properties using cosmic rays data collected in 2008. The main part of this work is dedicated to the study of the effect of online pixel threshold that impacts especially the charge, the size and the position of main clusters associated to tracks at high incidence angle, with data and Monte Carlo. We performed also one of the first measurements of the b-jet production cross section in proton-proton collisions at sqrt{s} = 7 TeV with the ATLAS detector. It is the second analysis presented in this document. A differential b-jet production cross section was measured with the 2010 dataset recorded by the ATLAS detector, using muons in jets to estimate the fraction of b-jets. The measurement is in good agreement with the Standard Model QCD predictions.

Dans les collisions Pb-Pb au LHC, un milieu chaud et dense formé de quarks et de gluons déconfinés est formé, communément appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Le PQG est l’état hypothétique de l’univers primordial quelques microsecondes après le Big Bang et constituerait encore à ce jour le cœur des étoiles à neutrons. Une des signatures les plus frappantes de l’occurrence du PQG lors de collisions d’ions lourds est la suppression des jets. Ce phénomène appelé étouffement des jets est attribué au mécanisme de perte d’énergie du parton à l’origine du jet lors de son trajet au travers du milieu formé par le PQG.Les deux dernières décennies ont vu l’émergence d’une formulation théorique du phénomène d’étouffement des jets dans le cadre de la Chromo Dynamique Quantique. La perte d’énergie étant le plus fréquemment attribuée dans la littérature à des processus radiatifs et collisionnels. Un nouveau mécanisme de perte d’énergie à été étudié dans ce travail de thèse qui outre la description des effets de diffusions multiples, met en œuvre une perte d’énergie radiative induite par un champ chromomagnétique, de sorte qu’un parton rapide se propageant au travers du milieu ressentira l’effet des champs magnétique et de couleur tout en subissant des diffusions multiples avec les particules du milieu.De plus, les modèles théoriques prédisent une dépendance de la perte d’énergie avec la charge de couleur et la masse du parton issu d’une diffusion à grand transfert d’impulsion lors de sa traversée du milieu.Une telle dépendance en masse peut être étudiée en mesurant la production de hadrons et de jets contenant des quarks lourds dans les collisions pp, p-Pb et Pb-Pb au LHC. Dans cette thèse, un modèle original du milieu est présenté, décrit comme un ensemble de centres de diffusion statiques colorés en présence d’un champ chromomagnétique, de même qu’une description du mécanisme de perte d’énergie associé. Enfin, la mesure de la production de jets issus de quarks beaux avec le détecteur ALICE dans les colllsions pp et p-Pb à l’énergie de 5.02 TeV au LHC à l’aide d’une méthode d’étiquetage utilisant le paramètre d’impact des traces est présenté dans cette thèse. / In Pb-Pb collisions at the LHC, a hot and dense medium of deconfined quarks and gluons is formed, the so-called Quark-Gluon Plasma (QGP).The QGP is conjectured to be the state of matter of the early Universe up to few microseconds after the Big Bang and may still exist in the core of neutron stars. One of the most striking signatures of the QGP formation in heavy-ion collisions is the suppression of jet production. This phenomenon, called jet quenching, is ascribed to the energy lost by the initial parton while traveling through the QGP medium.In the last two decades, many theoretical developments of the theory of jet quenching have been formulated within pQCD.The main energy loss mechanisms proposed in the literature are attributed to radiative and collisional processes. Another kind of energy loss is developed in this work comprises a background field induced radiative energy loss which besides that besides scattering effects. Under the suggested model, a fast parton propagating through the medium will feel the effect of the color magnetic and the color electric fields while undergoing multiple scatterings with the particles in the medium.Besides, theoretical models predict that energy loss depends on the color charge and mass of the hard-scattered parton traversing the medium. Such mass dependence can be studied by measuring the production of hadrons and jets containing heavy-quarks in pp, p-Pb and Pb-Pb collisions at the LHC.In this thesis report, a new model for the medium is presented, which is described as a collection of static colored scattering centers in the presence of a chromomagnetic field, together with the description of the related energy loss mechanism. The ALICE measurement of b-jet production in pp and p-Pb collisions at $sqrt{s_{mathrm{NN}}}=5.02$ TeV using an impact parameter based tagger is also presented.

Dans les plasmas chauds denses, la distribution spatiale des électrons libres et des ions peut affecter fortement la structure atomique. Pour tenir compte de ces effets, nous avons implémenter un potentiel plasma fond´ sur le modèle d’un gaz d’électron uniforme et sur une approche de type Thomas-Fermi dans le Flexible Atomic Code (FAC). Ce code a été utilisé, pour obtenir les énergies, les fonctions d’onde, et les taux radiative modifiés par l’environnement plasma. Dans des ions hydrogénoides, les résultats numériques ont été comparés avec succès à un calcul analytique basé sur la théorie des perturbations du premier ordre. Dans le cas des ions multi-électronique, on observe un décalage des niveaux, en accord avec d’autre calcul récent. Diverses méthodes pour les calculs de section efficace de collision sont examinées. L’influence de la densité du plasma sur ces sections est analysée en détail. Certaines expressions analytiques sont propos´es pour les ions hydrogénoides comme dans la limite où l’approximation de Born ou Lotz s’applique et sont comparés aux résultats numériques du code de FAC. Enfin, à partir de ce travail, nous étudions l’influence de l’environnement de plasma sur notre modèle collisionel-radiatif nommé -Foch-. En raison de cet environnement, la charge moyenne du plasma augmente, ceci est principalement due a l’abaissement du continuum. Nous observons également, le décalage des raies sur les spectres d’émission lié-lié. Un bon accord est trouvé entre notre travail et les données expérimentales sur un plasma de titane. / In hot dense plasmas, the free-electron and ion spatial distribution may strongly affect the atomic structure. To account for such effects we have implemented a potential correction based on the uniform electron gas model and on a Thomas-Fermi Approach in the Flexible Atomic Code (FAC). This code has been applied to obtain energies, wave-functions and radiative rates modified by the plasma environment. In hydrogen-like ions, these numerical results have been successfully compared to an analytical calculation based on first-order perturbation theory. In the case of multi-electron ions, we observe level crossings in agreement with another recent model calculation. Various methods for the collision cross-section calculations are reviewed. The influence of plasma environment on these cross-sections is analyzed in detail. Some analytical expressions are proposed for hydrogen-like ions in the limit where Born or Lotz approximations apply and are compared to the numerical results from the FAC code. Finally, from this work, we study the influence of the plasma environment on our collisional-radiative model so-called -Foch-. Because of this environment, the mean charge state of the ions increases. The line shift is observed on the bound-bound emission spectra. A good agreement is found between our work and experimental data on a Titanium plasma.

La désexcitation des fragments de fission reste mal comprise et les modèles théoriques ne permettent pas de prédire et d’expliquer toutes les corrélations observées dans le processus de fission. Il y a un besoin important de données simultanées sur les émissions de neutrons et de rayonnements gamma et sur l’énergie cinétique des fragments de fission. Dans ce contexte, l’utilisation d’un détecteur de fragments de fission avec le détecteur CARMEN permettrait de fournir des données contraignantes pour les modèles grâce à la mesure simultanée de la multiplicité neutronique, de l’énergie totale gamma rayonnée, de l’énergie cinétique totale des fragments et potentiellement de l’énergie totale neutron. L’objectif de ce travail de thèse a consisté à développer un détecteur de fragments de fission et à l’utiliser en association avec CARMEN pour réaliser des mesures calorimétriques de la fission. Dans un premier temps, nous avons développé un nouveau détecteur pour l’étude de la fission dont le principe est de mettre un actinide en solution dans un scintillateur organique. Des simulations Monte Carlo et différentes expériences sous faisceau de neutrons ont permis de caractériser et d’optimiser les performances de ce détecteur qui peut être utilisé comme trigger fission pour différentes mesures de sections efficaces de fission, de taux de fission spontanée ou encore comme veto fission. Dans un second temps, nous avons étudié les possibilités de mesure de l’énergie totale gamma et neutron rayonnée dans la fission avec CARMEN grâce à la caractérisation expérimentale de ses performances et à la simulation Monte Carlo et l’analyse de sa réponse « prompte » aux neutrons et aux rayonnements gamma / Still, the nuclear fission process and the de-excitation of the fission fragments is not fully understood. Current theoretical models can not predict and explain correctly every experimentally observed correlations, and new correlated data upon neutron emission, gamma-ray emission and kinetic energy of the fission fragments are needed. In this context, coincident use of a fission fragment detector and the CARMEN detector would provide compelling data for these models by measuring both neutron multiplicity, total gamma-ray energy, total kinetic energy and possibly total neutron energy. The work presented here consists in developing a fission fragment detector and using it together with CARMEN in order to perform fission calorimetry measurements. Initially, we developed a new detector for fission studies whose principle is dissolving the actinide of choice into an organic liquid scintillator. Monte Carlo simulations and neutron induced experiments were used to fully characterize its performances and shown it can be used as a fission trigger for various measurements, such as fission cross section or spontaneous fission rate measurements, and used as a fission veto. The second part of this work was dedicated to the study of CARMEN’s ability to measure the total gamma-ray energy and total neutron energy released in fission. For this purpose, lab characterization of the detector’s performances and Monte Carlo simulation and analysis of its “prompt” response to neutrons and gamma-rays were performed

Ce travail intitulé " Libération du monoxyde d'azote induite par deux photons à partir de complexes ruthénium-nitrosyle contenant des ligands de capacités push-pull différentes " a été consacré à l'étude des principaux facteurs qui déterminent l'efficacité des complexes ruthénium- nitrosyles (Ru(NO)) dans l'absorption à deux photons (ADP) et à l'amélioration de leur section efficace ADP par modification de la nature et de la structure de leurs ligands. A partir de complexes précédemment obtenus dans le groupe de recherche du Prof. I. Malfant, nous avons effectué diverses modifications structurales. Il a été montré que la substitution des ligands monodentes par la 2,2'-bipyridine dans les complexes de Ru(NO) conduit à une légère augmentation de la section efficace, mais cette modification diminue le rendement quantique du relargage du monoxyde d'azote NO. La partie synthétique du travail a principalement porté sur la modification du ligand. / The work "Two-photon induced photorelease of nitric oxide from ruthenium-nitrosyl complexes containing ligands of various push-pull capabilities" was devoted to the revealing of main factors that determine the efficiency of ruthenium-nitrosyl complexes in two-photon absorption (TPA) and the improvement of TPA cross-section through modification of the ligands nature and their structure. Starting from complexes previously obtained by the research group of Prof. I. Malfant, we have modified their structure in several directions. It was shown that substitution of monodentate ligands by 2,2'-bipyridine in ruthenium complexes with nitrosyl ligands leads to a slight increase of their TPA cross- section, however this modification decreases the quantum yield of the nitric oxide photo release. Synthetic part of the work was mainly aimed at the modification of the ligand.

Les réacteurs actuels produisent deux types de déchets dont la gestion et le devenir soulèvent des problèmes. Il s'agit d'abord de certains produits de fission et de noyaux lourds (isotopes de l'Américium et du Curium) au-delà de l'uranium appelés actinides mineurs. Deux options sont envisagées : le stockage en site géologique profond et/ou l'incinération de ces déchets dans un flux de neutrons rapides, c'est-à-dire, la transmutation par fission. Ces études font appel à de nombreuses données neutroniques. Malheureusement, les bases de données présentent encore de nombreuses insuffisances pour parvenir à des résultats fiables. L'objectif de ce travail est ici d'actualiser des données nucléaires et de les compléter. Nous avons ainsi mesuré la section efficace de fission de l'243Am (7370 ans) en référence à la diffusion élastique (n,p) afin de fournir des données indépendantes des mesures existantes dans la gamme des neutrons rapides (1 - 8 MeV). La réaction 243Am(n,f) a été analysée en utilisant un modèle statistique décrivant les voies de désexcitation du noyau composé d'244Am. Ainsi les sections efficaces de capture radiative (n,) et de diffusion inélastique (n,n') ont pu être évaluées. La mesure directe des sections efficaces neutroniques d'actinides mineurs constitue très souvent un véritable défi compte tenu de la forte activité des actinides mineurs. Pour cela, une méthode indirecte a été développée utilisant les réactions de transfert dans le but d'étudier certains isotopes du curium. Les réactions 243Am(3He,d)244Cm, 243Am(3He,t)243Cm et 243Am(3He,alpha)242Am nous ont permis de mesurer les probabilités de fission des noyaux de 243,244Cm et de l'242Am. Les sections efficaces de fission des curiums 242,243Cm(162,9 j, 28,5 ans) et de l'américium 241Am sont obtenues en multipliant ces probabilités par les sections efficaces calculées de formation des noyaux composés. Pour chaque mesure, une évaluation précise des erreurs a été réalisée à travers une étude des variances-covariances des résultats présentés. Pour les mesures de la réaction 243Am(n,f), une analyse des corrélations d'erreurs a permis d'interpréter la portée de ces mesures au sein des mesures existantes.

Les expériences (e,2e) et (e,3e) constituent un outil privilégié pour étudier la dynamique de la simple et la double ionisation de petits systèmes par impact électronique, et plus généralement pour contribuer à la compréhension du problème de l'interaction à N-corps. Dans cette thèse, nous avons réalisé de telles expériences dans un domaine cinématique resté quasi-inexploré, où le transfert de moment à l'ion résiduel est important, de sorte que l'ion joue un rôle majeur dans le processus d'interaction projectile - cible. Les résultats expérimentaux sont comparés à ceux des modèles théoriques les plus sophistiqués. Nous avons mesuré les sections efficaces triplement différentielles (SETD) de simple ionisation de He et H2, ce qui a permis de mettre en évidence la présence pour la molécule H2 d'effets d'interférences quantiques de type fentes d'Young. Nous discutons ensuite des mesures de SETD de Ne et N2, ionisés sur une orbitale externe ou interne. Nos résultats ont permis de montrer l'importance des interactions postcollisionnelles et du rôle joué par le noyau. Enfin, nous avons étudié la compétition entre différents processus d'ionisation de l'argon : d'une part, simple ionisation (e,2e) en couche interne 2p, et d'autre part, double ionisation (e,3e) directe (3p-2) ou indirecte via le processus Auger impliquant la couche 2p. Dans les conditions cinématiques choisies, ces processus peuvent entrer en compétition ou interférer entre eux. L'accent est mis sur leur contribution respective, en particulier pour l'effet Auger. Diverses structures observées dans la distribution angulaire des sections efficaces (e,3e) sont attribuées à différents mécanismes d'ionisation.

L'étude de l'ionisation de molécules biologiques, bases de l'ADN et de l'ARN, par impact de protons (20-150 keV/uma) a été l'enjeu de ce travail. Les expériences développées ont permis d'étudier la fragmentation de l'uracile, la thymine, l'adénine et la cytosine sous impact de protons, et de développer une méthode de mesure de section efficace absolue des processus d'ionisation mis en jeu au cours de l'interaction proton-molécule cible.<br />Le dispositif expérimental développé a permis de séparer les contributions des deux processus d'ionisation de la molécule cible : l'ionisation directe et l'ionisation par capture électronique. Les spectres de masse correspondants, analysés événement par événement, ont été mesurés. Pour l'uracile, les rapports de branchement de ces deux processus ont été mesurés en fonction de la vitesse du projectile.<br />Nous avons développé la mesure de sections efficaces absolues pour le processus de capture électronique. Le taux de production d'atomes neutres par rapport au nombre de protons incidents a été mesuré pour les quatre molécules étudiées : uracile, cytosine, thymine et adénine, et ceci, pour différentes températures d'évaporation. Ce taux varie avec l'épaisseur de cible traversée par le faisceau de protons. Un dispositif de dépôt a été développé pour caractériser la densité moléculaire du jet gazeux des bases étudiées. L'étude théorique et expérimentale du débit total d'effusion et du profil du jet gazeux a permis de déduire l'épaisseur de cible traversée par le faisceau de protons. Ainsi, la section efficace absolue d'ionisation des quatre molécules biologiques isolées sous impact de protons d'énergie de 80 keV/uma a été déterminée.

Lors de ce travail de thèse, les mécanismes de double ionisation de l'argon par impact électronique incluant l'effet Auger ont été étudiés en fonction de l'énergie de l'électron<br />incident. Des sections efficaces cinq et six fois différentielles en angle et en énergie ont été mesurées et analysées en géométrie coplanaire.<br />La mise au point d'un nouvel analyseur toroïdal a permis d'améliorer l'efficacité de détection de l'ensemble du dispositif. La section efficace six fois différentielle où l'électron<br />Auger et l'électron éjecté ont des énergies identiques (205 eV) a ainsi été obtenue en première mondiale avec une cible d'argon, pour une énergie incidente de 956 eV.<br />Les modèles théoriques développés lors de ce travail représentent le triple continuum par un ensemble d'ondes coulombiennes décrivant les interactions entre les trois électrons de la voie de sortie et l'ion résiduel. Les effets d'échange entre les électrons ont aussi été inclus dans les modèles.<br />La confrontation des résultats expérimentaux et théoriques a permis de mettre en évidence la contribution relative de l'effet Auger et de la double ionisation directe sur la dépendance angulaire de la section efficace quintuplement différentielle, révélant en particulier une influence de l'effet Auger d'autant plus importante que l'énergie incidente est élevée.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la mesure de la section efficace de production de paires de quarks top dans le canal lepton + jets (électron et muon). Les<br />données analysées ont été collectées par le détecteur DØ entre 2001 et 2004 à une énergie au<br />centre de masse de 1.96 TeV auprès du collisionneur proton-antiproton Tevatron situé au<br />FERMILAB. Elles correspondent à une luminosité intégrée de 160 pb-1 par canal.<br />Chaque quark top se désintègre en produisant un boson W et un quark beau. La première<br />partie de ce travail de th èse a été consacrée à l'élaboration d'un algorithme d'identification des<br />jets de quark s beaux, +-*1. Cet algorithme repose sur l'utilisation du paramètre d'impact des<br />traces et permet d'assigner à un jet une probabilité de provenir du point d'interaction primaire.<br />L'efficacité d'identification de cet algorithme est de 45% pour des paires top-antitop pour un bruit de fond rejeté de 99.7%.<br />La deuxième partie du travail concerne la présélection permettant d'isoler des événements compatibles avec une topologie de type W+jets. Les bruits de fond multijets et W+jets sont évalués dans les données réelles et la simulation. La section efficace de production de paires de quarks top est mesurée à partir des candidats de plus de 3 jets dont l'un, au moins, est<br />identifié par l'algorith me +-*1. Les sources d'incertitudes systématiques ont été étudiées en<br />détail. Le résultat a été comparé aux calculs théoriques et aux autres mesures effectuées dans<br />les expériences DØ et CDF.