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.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif principal l'étude des propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes et de température de densité d'énergie. Les calculs de la ChromoDynamique Quantique (QCD) prédisent dans ces conditions une nouvelle phase de la matière dans laquelle on assisterait au déconfinement des constituants des hadrons en un plasma de quarks et gluons (QGP). Les saveurs lourdes (charme et beauté) sont produites lors de processus durs aux premieres instants de la collision puis traversent le milieu produit durant la collision. Par conséquent, la mesure des quarkonia et des saveurs lourdes ouvertes devrait être particulièrement intéressante pour l'étude des propriétés du système créé aux premiers instants de la collision. On s'attend à ce que les saveurs lourdes ouvertes présentent des sensibilités à la densité d'énergie via les mécanismes de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu et que les quarkonia soient sensibles à la température initiale du système via leur dissociation par écrantage de couleur. La mesure du flot des saveurs lourdes devrait apporter des informations concernant le degré de thermalisation des quarks lourds dans le milieu nucléaire. De plus, l'observable viscosité/entropie pourrait être obtenue en combinant les mesures du facteur de modification nucléaire et de flot. En conséquence, l'étude de la production des quqrkonia et saveurs lourdes ouvertes est un domaine de recherche intensément étudié au niveau experimental et théorique. Les mesures effectuées au SPS et RHIC ont permis de mettre en évidence plusieurs caractéristiques du milieu produit mais ont aussi laissé plusieurs questions sans réponse. Avec une énergie par paire de nucléon de 15 fois supérieure à celle du RHIC, le LHC entré en fonctionnement fin 2009, a ouvert une nouvelle ère pour l'étude des propriétés du QGP. Un des plus importants aspects de ce domaine en énergie est l'abondante production de quarks lourds utilisés pour la première fois comme sonde de haute statistique du milieu. Le LHC délivra les premières collisions pp à √s = 0.9 TeV en octobre 2009 et a atteint l'énergie de √s = 7 TeV en mars 2010. Un run pp à √s = 2.76 TeV a eu lieu en mars 2011 pendant une durée limitée. Les runs Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV ont eu lieu fin 2010 et 2011. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) est l'expérience dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds au LHC. ALICE enregiste aussi des collisions pp afin de tester les calculs perturbatifs de QCD dans la région des faibles valeurs de x-Bjorken et de fournir la référence indispensable pour l'étude des collisions noyau-noyau et p-noyau. ALICE enregistrera aussi, début 2013, des collisions p-Pb/Pb-p afin d'étudier les effets nucléaires froids. Les quarkonia et saveurs lourdes ouvertes sont mesurés dans ALICE suivant leur mode de désintégration (di)-muonique, (di)-electronique et hadronique. Cette thèse concerne l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp et Pb-Pb avec les muons simples mesurés aux rapidités avant avec le spectromètre à muons d'ALICE. Le document est structuré comme suit. Le premier chapitre est une introduction à la physique des collisions d'ions lourds et du diagramme de phase de la matière nucléaire. Le deuxième chapitre présente les objectifs de l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau. Un intérêt particulier est porté au domaine en énergie du LHC. Le troisième chapitre est une description du détecteur ALICE et du spectromètre à muons. Le quatrième chapitre présente les systèmes "online" et "offline". Le cinquième chapitre est un résumé des performances du spectromètre à muons pour la mesure des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp au moyen des muons simples et dimuons. Les chapitres 6 à 9 concernent l'analyse de données. Le sixième chapitre décrit l'analyse des premières collisions pp à √s = 0.9 TeV collectées avec ALICE. L'objectif principal était la compréhension de la réponse du détecteur. Ces données ont permis aussi fixer la stratégie d'analyse des saveurs lourdes ouvertes : sélection des événements, optimisation des coupures, différentes sources de bruit de fond à soustraire. Le septième chapitre présente la mesure de la section de production des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp à √s = 7 TeV. La méthode d'analyse est décrite. Cela concerne la sélection des collisions et traces reconstruites dans le spectromètre à muons, la soustraction du bruit de fond (composé principalement de muons issus de la désintégration de pions et kaons primaires), les corrections, la normalisation et la détermination des incertitudes systématiques. Les résultats expérimentaux sont discutés et comparés aux calculs perturbatifs QCD (calculs "Fixed Order Next-to-Leading Log"). Cela concerne les sections efficaces de production des muons issus de la désintégration des saveurs lourdes ouvertes aux rapidités avant (2.5 < y < 4) en fonction de la rapidité et de l'impulsion transverse (pt). Le huitième chapitre aborde la mesure des muons issus de la désintégration des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV collectées en 2010. Les effets de milieu nucléaire sont étudiés à partir du facteur de modification nucléaire RAA. La référence pp est déterminée à partir de l'analyse des collisions pp à √s = 2.76 TeV. Le facteur de facteur modification nucléaire est étudié en fonction de pt et de la centralité de la collision. Pour comparaison, les résultats obtenus à partir de la mesure du facteur de modification nucléaire central sur périphérique (RCP) sont aussi présentés. Le neuvième chapitre commence par une revue des différentes méthodes utilisées pour la mesure de la composante de flot elliptique. Les méthodes telles que les cumulants et Lee-Yang Zeroes, permettant de supprimer les effets non-flot, sont détaillées. Des premiers résultats prometteurs concernant la mesure de la composante de flot elliptique des muons sont discutés. Ils sont obtenus avec différentes méthodes et présentés en fonction de pt et de la centralité de la collision. Le manuscrit se termine par une conclusion et des perspectives.

Les collisions d’ions lourds au LHC permettent l’étude des propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et densité d’énergie où on assisterait à la formation du Plasma de Quarks et Gluons (QGP). La mesure des saveurs lourdes ouvertes (charme et beauté) est particulièrement intéressante pour l’étude des propriétés du QGP. L’étude des collisions d’ions lourds au LHC nécessite aussi la mesure des collisions pp et p–Pb. Les collisions p-Pb permettent en particulier d’étudier les effets nucléaire froids et d’interpréter les effets nucléaires chauds observés dans les collisions Pb–Pb. Cette thèse est dédiée à l’étude de la production des saveurs lourdes ouvertes via les muons simples dans les collisions p–Pb à √8NN = 5.02 TeV aux rapidités avant et arrière avec le détecteur ALICE au LHC. La référence pp est estimée à partir des mesures pp à √8 = 2.76 TeV et 7 TeV et utilisant des calculs pQCD pour l’extrapolation à √8 = 5.02 TeV. Les mesures du facteur de modification nucléaire (RpPb) et du rapport des sections efficaces aux rapidités avant et arrière indiquent que les effets nucléaires froids sont faibles sur tout le domaine en impulsion transverse (pT) aux rapidités avant (RpPb ≈ 1). Aux rapidités arrière, le facteur de modification nucléaire est sensiblement plus grand que un dans la région 2 < pT < 4 GeV/c. Les résultats confirment que la forte suppression des taux de production des muons issus du charme et de la beauté mesurée dans les collisions centrales Pb–Pb est due au milieu dense et chaud. Le facteur de modification nucléaire et le rapport des sections efficaces aux rapidités avant et arrière sont aussi mesurés en fonction de la centralité dans les collisions p-Pb. Le facteur de modification nucléaire reste compatible avec l’unité à grand pT dans les collisions centrales. / The LHC heavy-ion physics program aims at investigating the properties of strongly-interacting matter in extreme conditions of temperature and energy density where the Quark-Gluon Plasma (QGP) is formed. In high-energy heavy-ion collisions, heavy quarks (charm and beauty) are regarded as efficient probes of the properties of the QGP. The heavy-ion physics program requires also the study of proton-proton (pp) and proton-nucleus (p–Pb) collisions. The study of p–Pb collisions is used to investigate cold nuclear matter effects and to validate and quantify hot nuclear matter effects which are observed in nucleus-nucleus (Pb–Pb) collisions. This thesis work is devoted to the study of open heavy-flavour production at forward and backward rapidity via single muons in p–Pb collisions at √8NN = 5.02 TeV with the ALICE experiment at the LHC. The pp reference using available measurements at 2.76 and 7 TeV and a pQCD-driven method for the scaling to 5.02 TeV is estimated. The measurements of the nuclear modification factor (RpPb) at forward and backward rapidity and forward-to-backward ratio in p–Pb collisions, indicate that cold nuclear matter effects are small over the whole transverse momentum (pT) region at forward rapidity (RpPb compatible with unity within uncertainties). In the backward rapidity, the nuclear modification factor deviates from unity in the intermediate pT region (2 < pT < 4 GeV/c). These results confirm that the strong suppression measured at high pT in central Pb–Pb collisions is due to final-state effects induced by the hot and dense nuclear medium. The results of the nuclear modification factor and forward-to-backward ratio as a function of centrality in p–Pb collisions are discussed. Even in central collisions, the nuclear modification factor is compatible with unity at high pT.

L'étude de la production des quarks charmés dans les collisions de hautes énergies de noyaux atomiques offre une approche inédite pour l'étude du plasma de quarks et de gluons. La compréhension et la caractérisation de cet état de la matière déconfinée, de prime abord retrouvé dans les systèmes les plus lourds, nécessitent une connaissance fine des systèmes les plus légers, telles que les collisions proton-proton (pp) et proton-plomb (p-Pb). Dans ce manuscrit, nous présentons la mesure de la production des mésons charmés-étranges Ds+, à rapidité centrale, avec les données du run 2 du LHC, recueillies en 2016 par l'expérience ALICE. Deux systèmes sont étudiés : les collisions pp à √s=13 TeV et p-Pb à √sNN=5,02 TeV. La section efficace de production des Ds+, leur abondance relative et leur facteur de modification nucléaire sont mesurés puis comparés à d'autres mesures et à diverses prédictions théoriques. Le résultat p-Pb établit une nouvelle référence pour l'étude des collisions Pb-Pb. / The study of the production of charm quarks in high-energy atomic-nucleus collisions offers an genuine approach for the study of the quark-gluon plasma. The understanding and characterisation of this state of deconfined-matter, at first sight created in heaviest systems, require a fine knowledge of lightest systems, such as proton-proton (pp) and proton-lead (p-Pb) collisions. In this manuscript, we present the measurement of the charm-strange mesons Ds+ production, at central rapidity, with the LHC run 2 data, collected in 2016 with the ALICE experiment. Two systems are studied: pp collisions at √s=13 TeV and p-Pb collisions at √sNN=5.02 TeV. The production cross-section of Ds+, their relative abundance and their nuclear modification factor are measured then compared to other measurements and to various theoretical predictions. The p-Pb result establishes a new reference for the study of Pb-Pb collisions.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif l'étude d'un état de matière en interaction forte dans des conditions extrêmes de densité d'énergie et température, le plasma de quarks et gluons (QGP). Les saveurs lourdes (charme et beauté) sont produites principalement lors de processus durs aux premiers instants de la collision et participent aux différentes étapes de la collision. Par conséquent, la mesure des saveurs lourdes ouvertes devrait permettre d'extraire des informations importantes concernant le système créé aux premiers instants de la collision. L'étude des collisions proton-proton (pp) fournit la référence indispensable pour la mesure des saveurs lourdes dans les systèmes lourds. Cette thèse est dédiée à l'étude de la production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux aux rapidités avant (2.5 < y < 4) dans les collisions pp sqrt (s) = 5.02 TeV, Pb-Pb à sqrt (sNN) = 2.76 et 5.02 TeV et Xe-Xe à sqrt (sNN) = 5.44 TeV enregistrées avec le détecteur ALICE au CERN-LHC. La mesure des sections efficaces différentielles de production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux dans les collisions pp à sqrt (s) = 5.02 TeV couvre un grand domaine en impulsion transverse de 2 à 20 GeV/c et ont une meilleure précision par rapport aux résultats publiés à sqrt (s) = 2.76 et 7 TeV. Les résultats sont en bon accord avec les calculs perturbatifs de QCD. Une importante suppression de la production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux est observée dans les collisions centrales (0-10%) Pb-Pb à sqrt (sNN) = 2.76 et 5.02 TeV. Cette suppression est attribuée au milieu dense et chaud formé dans ces collisions. L'influence de la taille du système est étudiée avec le système Xe-Xe à sqrt (sNN) = 5.44 TeV. La suppression est similaire à celle mesurée dans les collisions Pb-Pb. Les résultats obtenus dans les collisions Pb-Pb et Xe-Xe apportent des contraintes fortes aux paramètres des modèles. / The study of ultra-relativistic heavy-ion collisions aims at investigating a state of strongly-interacting matter at high energy density and temperature, the Quark-Gluon Plasma (QGP). Heavy quarks (charm and beauty) are predominantly produced in initial hard scattering processes during the early stage of the collisions and experience the full evolution of the medium. Therefore, the measurement of open heavy flavours should provide essential information on the QGP properties. Similar measurements in small systems are also essential for a comprehensible understanding of the QGP properties. The study of open heavy flavours in proton-proton (pp) collisions provides the mandatory reference for measurements in heavy-ion collisions. This thesis presents measurements of the production of muons from heavy-flavour hadron decays at forward rapidity (2.5 < y < 4) in pp collisions at sqrt (s) = 5.02 TeV, Pb-Pb collisions at sqrt (sNN) = 2.76 and 5.02 TeV and Xe-Xe collisions at sqrt (sNN) = 5.44 TeV collected with the ALICE detector at the CERN-LHC. The differential production cross sections of muons from heavy-flavour hadron decays in pp collisions at sqrt (s) = 5.02 TeV are obtained in a wide transverse momentum interval, 2 < pT < 20 GeV/c, and with an improved precision compared to the previously published measurements at sqrt (s) = 2.76 and 7 TeV. The measurements are described within uncertainties by predictions based on perturbative QCD. A strong suppression of the yield of muons from heavy-flavour decays is observed in the 10% most central Pb-Pb collisions at both sqrt (sNN) = 2.76 and 5.02 TeV. This suppression is due to final-state effects induced by the hot and dense medium. The suppression in Xe-Xe collisions is similar to that observed with Pb-Pb collisions. The comparison in the two colliding systems provides insight in the path-length dependence of medium-induced parton energy loss. The results constrain model calculations.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif principal l'étude des propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes et de température de densité d'énergie. Les calculs de la ChromoDynamique Quantique (QCD) prédisent dans ces conditions une nouvelle phase de la matière dans laquelle on assisterait au déconfinement des constituants des hadrons en un plasma de quarks et gluons (QGP). Les saveurs lourdes (charme et beauté) sont produites lors de processus durs aux premieres instants de la collision puis traversent le milieu produit durant la collision. Par conséquent, la mesure des quarkonia et des saveurs lourdes ouvertes devrait être particulièrement intéressante pour l'étude des propriétés du système créé aux premiers instants de la collision. On s'attend à ce que les saveurs lourdes ouvertes présentent des sensibilités à la densité d'énergie via les mécanismes de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu et que les quarkonia soient sensibles à la température initiale du système via leur dissociation par écrantage de couleur. La mesure du flot des saveurs lourdes devrait apporter des informations concernant le degré de thermalisation des quarks lourds dans le milieu nucléaire. De plus, l'observable viscosité/entropie pourrait être obtenue en combinant les mesures du facteur de modification nucléaire et de flot. En conséquence, l'étude de la production des quqrkonia et saveurs lourdes ouvertes est un domaine de recherche intensément étudié au niveau experimental et théorique. Les mesures effectuées au SPS et RHIC ont permis de mettre en évidence plusieurs caractéristiques du milieu produit mais ont aussi laissé plusieurs questions sans réponse. Avec une énergie par paire de nucléon de 15 fois supérieure à celle du RHIC, le LHC entré en fonctionnement fin 2009, a ouvert une nouvelle ère pour l'étude des propriétés du QGP. Un des plus importants aspects de ce domaine en énergie est l'abondante production de quarks lourds utilisés pour la première fois comme sonde de haute statistique du milieu. Le LHC délivra les premières collisions pp à √s = 0.9 TeV en octobre 2009 et a atteint l'énergie de √s = 7 TeV en mars 2010. Un run pp à √s = 2.76 TeV a eu lieu en mars 2011 pendant une durée limitée. Les runs Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV ont eu lieu fin 2010 et 2011. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) est l'expérience dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds au LHC. ALICE enregiste aussi des collisions pp afin de tester les calculs perturbatifs de QCD dans la région des faibles valeurs de x-Bjorken et de fournir la référence indispensable pour l'étude des collisions noyau-noyau et p-noyau. ALICE enregistrera aussi, début 2013, des collisions p-Pb/Pb-p afin d'étudier les effets nucléaires froids. Les quarkonia et saveurs lourdes ouvertes sont mesurés dans ALICE suivant leur mode de désintégration (di)-muonique, (di)-electronique et hadronique. Cette thèse concerne l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp et Pb-Pb avec les muons simples mesurés aux rapidités avant avec le spectromètre à muons d'ALICE. Le document est structuré comme suit. Le premier chapitre est une introduction à la physique des collisions d'ions lourds et du diagramme de phase de la matière nucléaire. Le deuxième chapitre présente les objectifs de l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau. Un intérêt particulier est porté au domaine en énergie du LHC. Le troisième chapitre est une description du détecteur ALICE et du spectromètre à muons. Le quatrième chapitre présente les systèmes "online" et "offline". Le cinquième chapitre est un résumé des performances du spectromètre à muons pour la mesure des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp au moyen des muons simples et dimuons. Les chapitres 6 à 9 concernent l'analyse de données. (...) / Résumé indisponible