Hadron structure is not fully understood yet. While the spin-averaged Parton Dis- tribution Functions (PDFs) and the helicity-dependent PDFs are well determined, little is known about the transverzity and some other transverse-momentum de- pendent PDFs (TMDs). The COMPASS experiment at CERN is preparing for studying the TMDs using a Drell-Yan process on transversely polarized target hit by pion beam in 2014-2015. An outline of the parton model of hadrons and of the TMDs is given. The COMPASS spectrometer is described, with emphasis on the modifications for the Drell-Yan program, and its capabilities to measure the TMDs is briefly discussed. A special attention is paid to the polarized target. The dilution refrigerator, the DNP system for polarizing the nuclei and the NMR for polarization measurement are described. The new monitoring system of the refrigerator is described, including the author's contribution to it. Issues of the new NMR coils design are discussed. 1

To learn more about the structure of hadrons we study form factors. In the semi-leptonic decay Ω- → Ξ0W- two types of form factors arise namely the vector and axial-vector transition form factors. We focus on the vector transition form factors at next-to-next-to-leading order in the power counting of chiral perturbation theory and study their quark mass dependence. They are related to the scattering amplitude for the transition and therefore we have to calculate Feynman diagrams. Next-to-next-to-leading order Feynman diagrams translate to 1-loop diagrams and at this order there is a substantial amount of them. This study is a feasibility study and therefore we limit this study to diagrams containing the low-energy constants HA and hA from the leading order chiral Lagrangian. There are 5 such diagrams, three with two propagators in the loop (bubble diagrams) and two with three propagators in the loop (triangle diagrams). We derive explicit expressions for all 5 diagrams. To calculate these diagrams numerically we use Mathematica and FeynCalc. We provide numerical results for the three bubble diagrams but not the triangle diagrams due to the long computing time for these diagrams. Therefore, we show that performing form factor calculations at NNLO seems feasible but there needs to be more investment into figuring out the coding aspects regarding the triangle diagrams.

Définies aux milieux des années 1990, les distributions de partons généralisées (GPDs) représentent un degré d'information supérieur aux facteurs de formes et fonctions de distributions de partons: en effet elles conservent la corrélation entre fraction d'impulsion longitudinale et position transverse des partons dans le nucléon. Par conséquent les GPDs permettent d'accéder à la distributions des partons dans le plan transverse en fonction de leur impulsion longitudinale. De plus il est possible de calculer le moment orbital angulaire total des quarks par le biais de la règle de somme de Ji. Nous accédons expérimentalement aux GPDs par des observables liées à des processus exclusifs (asymmétries, sections efficaces,...). Un programme expérimental mondial a commencé au début des années 2000 afin de caractériser les GPDs. Ce document décrit l'analyse de données de deux expériences réalisées en 2004 et 2010 dans le Hall A au laboratoire Jefferson en Virginie. A partir des données de 2004, nous avons extrait les sections efficaces d'électroproduction de photon polarisées et non polarisées. Une étude approfondie des erreurs systématiques a significativement améliorée la qualité des résultats. Ces derniers semblent indiquer la nécessité de prendre en compte les corrections de cible massive et de transfert d'impulsion fini jusqu'au twist-4. A partir des données 2010, nous avons réalisé pour la première fois une séparation des réponses longitudinale et transverse de l'électroproduction de pions neutres. Les résultats ont confirmé l'hypothèse d'une contribution transverse significative bien qu'étant de twist supérieur par rapport à la contribution longitudinale. Ces données de haute précision, que ce soit pour le photon ou le pion neutre, valident le formalisme des GPDs et permettront d'affiner les modèles afin de réaliser la tomographie 3D du nucléon. / Defined in the mid 90's, the generelized parton distributions (GPDs) represent a higher level of information than the form factors and parton distribution fuctions: indeed they encapsulate the correlation between the fraction of longitudinal momentum and the transverse position of the partons inside the nucleon. Consequently we can access the distribution of the partons in the transverse plane according to their longitudinal momentum. Moreover we can derive the total angular orbital momentum of quarks thanks to Ji's sum rule. Experimentally, we access the GPDs through the study of deep exclusive processes (asymmetries, cross sections,...). A worldwide experimental program started in the early 2000's. This thesis presents two data analyses carried on two data sets from experiments running at Jefferson laboratory - Hall A in 2004 and 2010. From the 2004 data set, we have extracted unpolarized and polarized photon electroproduction cross sections. A careful study of the systematic errors has greatly improved the quality of the results. They seem to indicate the necessity to take into account target-mass and finite-t corrections up to twist-4. From the 2010 data set, we have performed the first separation of the longitudinal and transverse responses of neutral pion electroproduction. The results confirm the assumption of a significant contribution of the transverse response although kinematically suppressed with respect to the longitudinal response. These results of high precision validate the GPD approach and will allow to improve the existing models.

Cette étude est consacrée aux distributions de partons généralisées (GPDs, de l'anglais Generalised Parton Distributions). Dans un premier temps, les principales propriétés des GPDs sont rappelées. On insiste notamment sur les propriétés dites de support et sur la polynomialité. Cette dernière est automatiquement respectée lorsque l'on modélise les GPDs au travers des doubles distributions (DDs), les GPDs s'écrivant comme la transformée de Radon des DDs.Dans le cas scalaire, deux DDs, notées F et G, sont nécessaires pour décrire la GPD H. Du fait de la relation intégrale existant entre H d'un côté, et F et G de l'autre, F et G sont définies de manière ambiguë. Cette ambiguïté est exploitée dans le présent travail afin de développer une nouvelle paramétrisation phénoménologique. Utilisant l'Ansatz de Radyushkin, il est possible d'obtenir un modèle réaliste de GPD, et de le comparer aux données expérimentales disponibles. Dans le cas présent, deux types de modèles, l'un négligeant la GPD E, l'autre en tenant compte, sont comparés aux données de diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) de la collaboration Hall A au Jeffeson Laboratory (JLab). Dans le premier cas, on observe une plus grande flexibilité de la paramétrisation par rapport aux précédentes, ce qui permet une meilleure comparaison aux données sur les sections efficaces indépendantes de l'hélicité du faisceau. Dans le second cas, seule la GPD E est profondément modifiée. De ce fait la comparaison aux données change peu par rapport aux modèles précédents. Seules des données plus sensibles à E permettront de trancher entre les paramétrisations.Afin de dépasser les paramétrisations phénoménologiques, un premier pas a été fait vers la description dynamique des hadrons. En utilisant les équations de Dyson-Schwinger, il a été possible de calculer analytiquement la GPD de pion dans le cadre de l'approximation du diagramme triangle. La comparaison aux données expérimentales disponibles (facteur de forme et PDF) s'est révélée très bonne. Il est également possible de montrer que l'approximation du diagramme triangle permet de retrouver le théorème de pion mou. Néanmoins, ce premier modèle ne respecte pas l'ensemble des propriétés des GPDs. Elle viole la symétrie d'échange x, 1-x, et par conséquent des termes supplémentaires, précédemment négligés, sont pris en compte. On peut ainsi obtenir la densité de probabilité de trouver un quark portant une fraction d'impulsion x dans le plan transverse. Des perspectives de calculs sur le cône de lumière sont présentés dans le dernier chapitre. / This study is devoted to generalised parton distributions (GPDs). First, the main properties of GPDs are given to the reader. One can stress the so-called support properties and the polynomiality property. The latter is automatically fulfiled when modeling GPDs from double distributions (DDs), GPDs being considered as the Radon transform of DDs. In the scalar case, two DDs denoted by F and G are required to describe the GPD H. Due to the integral relation existing between H on one hand, and F and G on the other hand, F and G are not defnied unambiguously. This ambiguity is exploited in the present work in order to develop a new phenomenological parametrisation. Using the Radyushkin Ansatz, it is then possible get a realistic model of GPDs, and to compare it with available experimental data. In the present case, two types of models, one neglecting the GPD E, the other taking it into account are compared with the Jlab Hall A DVCS data. In the former cae, one can notice a better flexibility allowing to better reproduced the beam-helicity independent cross sections. In the latter one, only the GPD E is deeply modified, and thus the comparison with available data does not change significantly with respect to previous parametrisations. Only data more sensitive to E will allow one to selet the most relevant parametrisation.In order to go beyond phenomenological parametrisations, a first step has been done toward a dynamical description of hadron structure. Using the Dyson-Schwinger equations, it has been possible to compute analytically the pion GPD within the triangle diagram approximation. The comparison with available data (Form factor and PDF) appears to be very good. Nevertheless, this first model does not fulfil all the required properties. Especially the soft pion theorem, which corresponds to a specific kinematical limit. It has been shown in this work that this is due to the violation of the Axial-Vector Ward-Takahashi identity, and that the triangle approximation is sufficient to ensure the sof pion theorem. Still it violates the exchange symmetry x, 1-x, and thus additional terms, previously neglected, are taken into account. It is then possible to compute the probability density to find a quark at a given position in the transverse plan carrying a given momentum fraction. Finally, perspective on lightcone computations are given in the last chapter.