Dans la continuité des expériences SuperKamiokande et K2K, OPERA (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus), cherchera à confirmer l'oscillation des neutrinos dans le secteur atmosphérique. Utilisant une technique déjà employée dans CHORUS et DONUT, la chambre à brouillard d'émulsion (Emulsion Cloud Chamber (ECC)), cette expérience permettra la mise en évidence de l'oscillation nµ® nt par apparition de nt dans un faisceau pur de nµ.<br />L'expérience OPERA, avec ses ~100000 m2 d'émulsions nucléaires, nécessite l'utilisation de systèmes de scan automatiques ultra rapides. Les composantes optiques et mécaniques de ces systèmes ont été optimisées pour atteindre une vitesse de scan de ~20 cm2/heure par couche d'émulsion (44 μm d'épaisseur), tout en gardant une résolution sub-micrométrique.<br />Dans la première partie de mon travail de thèse, je me suis consacrée à l'optimisation des 4 systèmes de scan au sein de l'unique station de scan française basée à Lyon. Une étude expérimentale sur les performances d'un scan utilisant un objectif à sec a été également réalisée. Les résultats obtenus montrent que les performances d'un scan « à sec » sont similaires à celles d'un scan traditionnel utilisant un objectif à huile. <br />La deuxième partie de mon travail a consisté à valider la stratégie actuellement utilisée dans OPERA pour la localisation et la reconstruction des vertex de l'interaction des neutrinos, à l'aide d'un test sur faisceau dédié. Les résultats obtenus confirment définitivement que la stratégie proposée est bien adaptée à la recherche du lepton tau.

L'enthousiasme de la communauté scientifique pour l'étude des oscillations<br />de neutrinos n'a d'égal que les masses de leurs détecteurs. L'expérience<br />MINOS détermine et compare les spectres proches et lointains des neutrinos<br />muoniques du faisceau NuMI, afin de mesurer deux paramètres d'oscillation:<br />$\Delta m_{23}^2$ et $sin^2(2\theta_{23})$. Les spectres sont obtenus par<br />l'analyse des interactions par courant chargés dont la difficulté réside<br />dans l'identification des produits des interactions (e.g. muons). Une<br />méthode alternative permettant d'identifier les traces de muons courbées par<br />le champ magnétique des détecteurs, ainsi que de déterminer leurs énergies<br />est présentée dans ce manuscrit. La sensibilité des détecteurs est optimale<br />pour les interactions quasi-élastiques dont une méthode de sélection est<br />proposée, afin d'étudier leur oscillation. Bien que réduisant la<br />statistique, une telle étude introduit moins d'erreur systématique,<br />constituant la méthode idéale à long terme.

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.