L'expérience NEMO-3 recherche un signal de double désintégration bêta sans émission de neutrino (beta beta 0 nu) avec une sensibilité de l'ordre de 1024 années. L'observation de ce processus, interdit par le Modèle Standard car violant la conservation du nombre leptonique total, permettrait de déterminer la nature théorique de cette particule (Dirac ou Majorana) et d'accéder à l'échelle de masse du neutrino. L'objectif de ce travail est d'étudier les événements de décroissance beta beta à haute énergie du 82Se et du 150Nd utilisés dans le détecteur NEMO-3. La première partie de cette étude consiste en l'élaboration de modèle de bruits de fond de l'expérience en exploitant les données du détecteur. La seconde partie de ce travail a permis de mesurer les périodes de décroissance beta beta 2 nu de ces isotopes et déterminer une limite inférieure sur la période du processus beta beta 0 nu par échange de neutrinos légers de Majorana. Dans la dernière partie, une mesure spécifique de la contamination en thallium est menée en exploitant la sensibilité du détecteur NEMO-3 à la décroissance 212Bi-Po.

L’expérience Double Chooz, située sur le site de la centrale nucléaire de Chooz dans la région des Ardennes en France, étudie la disparition des antineutrinos. Le but principal de l’expérience est de mesurer avec une grande précision l’amplitude d’oscillation sin2 2θ13 des antineutrinos émis par les deux réacteurs de la centrale de Chooz. La précision de cette mesure dépend fortement d’une connaissance précise des taux et de la forme des spectres des bruits de fond qui contaminent la sélection finale des antineutrinos en particulier dans la gamme d’énergie où l’oscillation des neutrinos est attendue. Nous avons étudié dans la présente thèse le bruit de fond d’origine cosmique dans l’expérience Double Chooz. En effet, les muons cosmiques traversant les détecteurs ou interagissant dans le voisinage immédiat sont la principale source de bruit de fond observés dans l’expérience Double Chooz. Deux types de bruits de fonds sont analysés et présentes dans cette thèse : les neutrons rapides (FN) et la double capture de neutrons (DnC). Des techniques d’identification dédiées ont été développées pour chacun de ces bruits de fond et, par conséquent, les formes spectrales et les taux associés ont été́ déterminés. Les valeurs obtenues dans le cadre de ce travail servent de paramètres d’entrée dans le fit final d’où la valeur de θ13 est extraite. La dernière mesure publiée par la collaboration Double Chooz est sin2 2θ13 = 0.119 ± 0.016. / The Double Chooz experiment is- a reactor antineutrino disappearance experiment located on the site of the Chooz nuclear power plant in the Ardennes region in France. The principal aim of the experiment is a high precision measurement of the oscillation amplitude sin2 2θ13 of the antineutrinos emitted from the two reactor cores of the Chooz power plant. The robustness and accuracy of this measurement depends strongly on a precise knowledge of the rates and spectral shapes of the backgrounds that contaminate the antineutrinos selection over the neutrino oscillation expected region. We have studied in the present thesis the muon induced background in the Double Chooz experiment. Indeed, cosmic muons crossing the detectors or interacting in the neighborhood constitute the main source of background events encountered in Double Chooz. Two distinct backgrounds analysis are presented in this thesis: fast neutrons (FN) and double capture of neutrons (DnC). Dedicated identification techniques have been developed for each of these backgrounds and, consequently, the associated spectral shapes and rates have been determined. The values obtained in this work serve as inputs in the final fit whence the θ13 value is extracted.The latest measurement released by the Double Chooz collaboration is sin2 2θ13 = 0.119 ± 0.016$.

L'expérience NEMO3, en phase de prise de données depuis 2003, a pour objectif la recherche du signal de décroissance double bêta sans émission de neutrino (2β0ν) avec une sensibilité de 0,1 eV sur la masse effective du neutrino. La mise en évidence du processus 2β0ν, interdit par le Modèle Standard, impliquerait la non conservation du nombre leptonique et l'existence de neutrinos massifs de Majorana. La technique expérimentale utilisée associe un détecteur de traces à un calorimètre permettant ainsi l'identification des deux électrons et la mesure de leur énergie. Avec une sensibilité sur la période de 1023 années, quelques événements sont attendus par an. La réduction et la parfaite connaissance des bruits de fond sont donc fondamentales. Un contrôle précis des gains de l'ensemble des photomultiplicateurs du calorimètre est également nécessaire. La première partie de ce travail a consisté à l'exploitation des informations obtenues par les étalonnages relatifs en énergie réalisés quotidiennement avec une lumière laser. Cette étude a abouti à une méthode d'application des résultats des étalonnages relatifs pour l'analyse des données de NEMO3. La deuxième partie de ce travail a porté sur l'étude des différents bruits de fond des décroissances 2β2ν et 2β0ν. L'analyse des données enregistrées avec une source de neutrons dans différentes configurations de blindages du détecteur NEMO3 a validé un programme de génération des photons produits par interaction des neutrons rapides. Enfin, ce travail a permis de déterminer la période de décroissance 2β2ν du 100Mo et de donner une limite sur le processus 2β0ν du 100Mo.

L'expérience Double Chooz étudiera les oscillations des antineutrinos électroniques produits par la centrale nucléaire de Chooz pour mesurer l'angle de mélange θ₁₃. La connaissance actuelle sur ce paramètre, apportée par CHOOZ, peut être améliorée en réduisant les erreurs statistiques et systématiques. Afin de réduire la première de ces deux incertitudes, Double Chooz observera un échantillon de données conséquent. Cette expérience utilisera deux détecteurs identiques pour s'affranchir de la plupart des incertitudes expérimentales intervenant dans les processus de production et de détection. Une attention particulière sera portée sur les bruits de fond engendrés par la radioactivité naturelle et les interactions des rayons cosmiques. <br><br> Nous présentons, dans cette thèse, la simulation que nous avons mise en place pour calculer la sensibilité sur la mesure de θ₁₃ et le potentiel de découverte de l'expérience. Nous nous sommes intéressé en particulier à quantifier les incertitudes liées aux détecteurs limitant la sensibilité sur θ₁₃. Nous avons également pris en compte certains bruits de fond tels que les événements accidentels engendrés par la radioactivité des PM, les événements corrélés produits par les neutrons de spallation ainsi qu'un bruit de fond hypothétique (celui ayant la forme du signal d'oscillation recherché). <br><br> Après trois années de prise de données, Double Chooz permettra d'observer un signal d'oscillation pour sin²(2θ₁₃)>0,05 (à 3σ) ou bien, si aucune oscillation n'est découverte, de mettre une limite de sin²(2θ₁₃)<0,03 à 90 % de confiance.

Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au sein de la collaboration internationale LHCb qui a conçue et qui exploite un détecteur pour la physique des particules auprès de l’accélérateur proton-proton, le LHC, au CERN à Genève. Ces travaux concerne l’opération de l’expérience dans son ensemble. Ils ont montré toutes leurs forces pendant la première année de prise de données qui a débutée fin 2009. Ils couvrent plusieurs systèmes qui sont très dépendant les uns des autres. Deux systèmes sont plus particulièrement étudiés. Le premier est en charge de la surveillance des faisceaux, du niveau des bruits de fond et de la luminosité. Le second permet la visualisation, l’analyse et l’optimisation des conditions expérimentales. Ces deux systèmes sont fortement interconnectés. En effet, l’amélioration de la qualité des faisceaux de la machine et la diminution du bruit de fond augmentent le nombre de collisions utiles pour la physique. En même temps, comprendre les paramètres clefs qui gouvernent l’opération de l’expérience permet de les optimiser et d’améliorer la qualité des données collectées. / There are two main central topics in the thesis: the LHCb beam, background and luminosity monitoring systems and the LHCb optimization systems of experimental conditions. These systems are heavily connected to each other, as improving the machine beam, background and luminosity conditions will automatically improve global operation by maximizing the ratio of luminosity recorded over signal background. At the same time, improving the operation of the experiment will help improve luminosity, by studying more accurately the beam and background conditions and therefore improving the LHC machine settings. In this thesis, the systems to accomplish the requirements of these two main topics are described in detail.

L'expérience Double Chooz a pour but la mesure de l'angle de mélange thêta13 via l'étude des oscillations d'antineutrinos électroniques produits par les réacteurs nucléaires de Chooz, à l'aide de deux détecteur identiques, permettant ainsi de s'affranchir de la plupart des incertitudes systématiques. Le détecteur proche, dont le but est la normalisation du flux émis, sera opérationnel en 2013, alors que le lointain, qui prend des données depuis avril 2011, est quant à lui sensible à thêta13, c'est-à-dire à un déficit et une déformation spectrale des antineutrinos électroniques détectés. Au sein de cette thèse l'expérience Double Chooz est présentée, avec sa source de neutrino, sa méthode de détection, et les signal et bruits de fond attendus. Afin de sélectionner ces évènements, de nombreuses quantités doivent être reconstruites, étalonnées et sauvegardées dans des fichiers de données. Un soin spécial est donc apporté à la présentation de la détermination des retards en temps des canaux d'acquisition, de l'algorithme de reconstruction d'énergie et de vertex CocoReco, du logiciel compilant les outils de reconstruction Common Trunk et du réducteur de données Cheetah. En ce qui concerne l'analyse, toutes les coupures de sélection et leurs résultats sont présentés. En particulier, la coupure de multiplicité, la méthode des multiples fenêtres en temps décalées, le véto lithium, et les études relatives au bruit de fond 9Li sont discutés. Pour 227,93 jours de données du détecteur lointain, 8249 candidats neutrino ont été observés. La prédiction du flux émis utilise la mesure de l'expérience Bugey 4 en corrigeant des différences de composition des coeurs. En l'absence d'oscillation, 8937 évènements étaient attendus. Ce déficit est interprété comme une disparition d'antineutrinos électroniques. Une analyse utilisant cette information et la déformation spectrale des antineutrinos électroniques donne sin^2 (2thêta13) = 0,109 +- 0,030 (stat) +- 0,025 (syst) pour Delta m31^2 = 2,32 10^-3 eV^2. L'hypothèse de non-oscillation est exclue à 2,9 sigmas.

L’expérience SuperNEMO est conçue pour la recherche de la double désintégration bêta (ββ) sans émission de neutrinos impliquant un neutrino de Majorana (ν ≡ ν̄) massif. Le module démonstrateur de l’expérience est actuellement en cours d’installation au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). La technique de détection utilisée, dite tracko-calo, permet la mesure en énergie des particules traversant le détecteur ainsi qu’une reconstruction complète de leur cinématique.Cette thèse présente la conception, la simulation et l’implémentation d’un système de déclenchement de l’électronique pour le module démonstrateur de SuperNEMO. Le but de ce système est de maximiser l’efficacité de détection pour des évènements ββ ainsi que pour des évènements dits de bruits de fond issus de la radioactivité naturelle tout en réduisant le taux d’acquisition pour des évènements d’autodéclenchement des détecteurs. Un ensemble d’algorithmes de reconnaissances de traces et d’association calorimètre–trajectographe a été développé et implémenté dans les cartes électroniques après validation par des simulations Monte-Carlo. Les objectifs de performance ont été atteints en prenant en compte les différentes contraintes (physique des détecteurs, électronique, temps réel) maximisant les efficacités de détection pour des évènements d’intérêt physique. / The SuperNEMO experiment is designed for the neutrinoless double beta decay (ββ) research involving a massive Majorana neutrino (ν ≡ ν̄). The demonstrator module of the experiment is currently being installed at the Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). The so-called tracko-calo detection technique allows the energy measurement of the particles passing through the detector and a complete reconstruction of their kinematics.This thesis presents the design, simulation and implementation of the electronics trigger system for the SuperNEMO demonstrator module. The purpose of this system is to maximize the detection efficiency for ββ events as well as for background events due to natural radioactivity while reducing the acquisition rate caused by spurious events. Pattern recognition and calorimeter-tracker association algorithms have been developed and implemented in electronic boards after validation by Monte-Carlo simulations. The performance targets have been reached, taking into account different constraints (physics of the detectors, electronics, real time) with maximized detection efficiency for events of interest.