La thèse de doctorat porte sur la physique des neutrinos de réacteurs. L'étude de plus en plus précise des spectres d'antineutrinos des réacteurs a mis à jour une déviation entre la prédiction et les mesures qui pourrait indiquer l'existence d'un nouveau neutrino, non couplé avec l'interaction faible (un neutrino stérile) et de masse autour de 1 ₑV/c². L'expérience STEREO vise à tester l'hypothèse du neutrino stérile auprès du réacteur ILL de Grenoble. Le principe de STEREO repose sur 6 cellules de détection identiques disposées entre 9 et 11.5 m de distance du cœur du réacteur de recherche de l'ILL. Le détecteur a commencé la prise de données en novembre 2016, et les premiers résultats ont été publiés dès 2018. Le travail effectué pendant la thèse a consisté dans un premier temps à caractériser la réponse en énergie du détecteur. Pendant la première phase de prise de données, des défaillances matérielles se sont manifestées entrainant le découplage optique d'une cellule et une augmentation progressive des fuites de lumière entre cellules. Ces deux aspects ont contraint l'analyse de données à développer un algorithme de reconstruction des dépôts d'énergie qui corrige les fuites lumières au premier ordre. Un important travail sur la mesure des paramètres de cette méthode a été entrepris afin d'assurer que l'échelle en énergie soit bien reproduite dans la simulation GEANT4. L'estimation des incertitudes systématiques sur l'échelle en énergie a été effectuée en se servant des bruits de fond cosmogéniques. Le second aspect majeur abordé pendant la thèse est l'analyse statistique et la génération des contours d'exclusion de l'hypothèse du neutrino stérile. La déduction statistique a été conduite en s'inspirant de la méthode de Feldman et Cousins (1999) sur la génération d'intervalles de confiance fréquentistes. Un formalise en X² a spécialement été développé pour mener une analyse d'oscillations indépendante des prédictions de flux et de forme des spectres antineutrinos. Les erreurs statistiques et systématiques ont été propagées à l'aide de matrices de covariance et les lois de X² ont été calculées en générant des pseudo-expériences. L'ensemble des travaux menés pendant cette thèse de doctorat a contribué à la publication de trois papiers présentant les résultats de l'expérience STEREO. / The doctoral thesis focuses on the physics of reactor neutrinos. The increasingly precise study of antineutrinos spectra from reactors has revealed a deviation between the prediction and the measurements, which could indicate the existence of a new neutrino. This new neutrino state would not couple with the weak interaction (a sterile neutrino) and its mass would be around 1 ₑV/c². The STEREO experiment aims at testing the sterile neutrino hypothesis at the ILL reactor in Grenoble-France. The principle of the STEREO experiment is based on 6 identical detector cells aligned between 9 and 11.5 m distance from the core of the ILL research reactor. The detector started taking data in November 2016, and the first results were published in 2018. The work carried out during the thesis initially consisted in characterizing the detector's energy response. During the first phase of data taking, hardware failures occurred leading to the optical decoupling of a cell and a gradual increase in light cross-talk between cells. These two aspects have compelled data analysis to develop a dedicated energy deposit reconstruction algorithm that corrects first-order light leaks using a matrix formalism. Significant work on the measurement of the parameters of this method was undertaken to ensure that the energy scale was well reproduced in the GEANT4 simulation. The estimation of systematic uncertainties on the energy scale was performed using cosmogenic background events. The second major aspect addressed during the thesis is the statistical analysis and generation of exclusion contours of the sterile neutrino hypothesis. The statistical inference was built using the Feldman and Cousins (1999) method by generating frequentist confidence intervals. A formalization in X² has been specially developed to conduct the oscillation analysis independently of any flux or shape prediction of the antineutrino spectra. Statistical and systematic errors were propagated using covariance matrices and X² laws were constructed by generating pseudo-experiments. All the work carried out during this doctoral thesis contributed to the publication of three papers presenting the results of the STEREO experiment.

Depuis 2011, la réévaluation de plus d’une vingtaine de mesures de flux de neutrinos de réacteur mesurés à courtes distances suggère la présence d’un déficit de 7 % par rapport aux prédictions. Cette anomalie est statistiquement significative à environ 3 sigmas, tout comme une autre anomalie similaire correspondant à l’observation d’un déficit de neutrinos émis par des sources intenses de désintégrations beta. Ces anomalies peuvent être expliquées soit par un biais dans la prédiction des flux de neutrinos, soit par l’existence d’un nouvel état de neutrino, un neutrino stérile léger, vers lequel les trois neutrinos du modèle standard pourraient osciller. Ce nouveau neutrino, n’interagissant pas par interaction faible, serait uniquement « visible » grâce à ces oscillations. L’objectif de l’expérience STEREO est de répondre à la question de l’existence d'un neutrino stérile avec une masse de l’ordre de 1 eV, en utilisant le flux de neutrinos émis par le réacteur de recherche de l’« Institut Laue-Langevin » (ILL) à Grenoble, en France. Pour cela, le détecteur STEREO est segmenté en 6 cellules afin de mesurer l’hypothétique distorsion du spectre en énergie des neutrinos en fonction de la distance au réacteur (entre 9 et 11m de distance). Après quelques années de construction du détecteur et de préparation, l’expérience STEREO a pu commencer la prise de données en novembre 2016 avec une premier période d’acquisition qui s’est terminée en mars 2017. Cette thèse s’inscrit dans ces deux périodes distinctes de l’expérience STEREO. Une première partie a été consacrée à la caractérisation et la validation de l’électronique tout au long du processus de développement jusqu’à sa conception finale. Dans ce cadre, une méthode de mesure de la linéarité de la réponse en charge des photomultiplicateurs et de leurs embases a été développée avec une précision meilleure que 1 %, pour répondre au exigence de sensibilité à l’hypothèse d’un neutrino stérile. Cette exigence a d'ailleurs été validée par une analyse statistique de l’expérience. Une deuxième partie de la thèse a concerné l’analyse des premières données et plus particulièrement, l’identification des différents types de bruit de fond et la recherche des candidats neutrinos. / Since 2011, the re-evaluation of about twenty neutrino flux measurements at short distance from reactors suggests a deficit of about 7 % with respect to predictions. This anomaly has a 3 sigmas significance, as another similar anomaly which corresponds to the deficit of neutrinos emitted from intense source of beta-decay. These anomalies could be explain either by a bias in the flux prediction or by the existence of a new neutrino state, a light sterile neutrino, possibly mixing with the three neutrino states of the standard model. This new neutrino, with no ordinary weak interaction, could only be “visible” via the neutrino oscillation. The STEREO experiment goal is to answer the question of the sterile neutrino existence with mass around 1 eV, using neutrino flux emitted from the research reactor of the « Institut Laue-Langevin » (ILL) at Grenoble, France. To achieve this, the STEREO detector is segmented in 6 cells to measure a hypothetical distortion of the neutrino energy spectrum at different distances from the reactor (between 9 et 11m). Afters few years of detector construction and preparation, the STEREO experiment has started taking data in November 2016 with a first period over in Mars 2017. This thesis took place during two distinct phases of the STEREO experiment. A first part was dedicated to the characterisation and the validation of the electronics, during all its development process until its final conception. In this context, a method to measure the charge response linearity of photomultipliers and their bases, with a precision better than 1 %, has been developed, in order to fulfill the desired sensitivity to the light sterile neutrino hypothesis. This requirement on the precision has been validated by a statistical analysis of the experiment. The second part of the thesis was devoted to the analysis of the first data and more particularly to the identification of the different kinds of background and to the search of neutrino candidates.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur la recherche de neutrino stérile à l'aide de désintégrations β dans les expériences SOX et TRISTAN. Le neutrino stérile est une particule hypothétique, solidement établi théoriquement, qui ne prendrait part à aucune interaction fondamentale, gravité mise à part. Étant entendu que le neutrino stérile se mélange avec les neutrinos actifs connus, l'existence de ces premiers peut être étudiée directement en laboratoire. L'expérience SOX a été conçue pour explorer l'existence d'un neutrino stérile d'une masse autour de l'électronvolt (eV). Un neutrino stérile avec une telle masse permettrait d'expliquer plusieurs anomalies observées à courte distance de sources (quelques mètres) lors de mesures d'oscillations de neutrinos de basses énergies (quelques MeV). SOX avait pour projet d'utiliser le détecteur de neutrinos solaire déjà existant Borexino, et d'observer un signal d'oscillation vers le stérile à l'intérieur même du volume actif du détecteur. La source radioactive de 5.5 PBq et positionnée à 8.5 m du centre du détecteur, émettrait des antineutrinos électroniques via la désintégration β du ¹⁴⁴Ce et du ¹⁴⁴Pr. Une des clés de l'observation de cette oscillation, est la connaissance précise de l'activité de la source. Une telle activité peut être déterminée en mesurant la chaleur dégagée par la source. C'est la raison pour laquelle l'INFN Genova et la TUM ont développé conjointement un calorimètre dédié. La chaleur dégagée par la radioactivité est alors captée par un échangeur puis transmise à un circuit d'eau étroitement contrôlé. Le calorimètre a été assemblé, optimisé puis étalonné avec succès. La perte de chaleur du circuit fut déterminée lors des mesures d'étalonnage grâce à un chauffage électrique. Des variations des conditions expérimentales et une isolation thermique sophistiquée ont permis d'opérer avec des pertes de chaleur négligeables. Il a ainsi été démontré que la puissance thermique de la source pouvait être estimée, en 5 jours seulement, avec une précision supérieure à 0,2%. Malheureusement, le programme SOX a dû être annulé. Le projet TRISTAN, quant à lui, tend à démontrer l'existence d'un neutrino stérile avec une masse de l'ordre du kilo-électronvolt (keV). Si le neutrino stérile à l'eV tente d'apporter une réponse aux différentes anomalies observées lors de mesures d'oscillation, le neutrino stérile au keV, en tant que potentiel candidat matière noire. Le projet TRISTAN cherche à mesurer l'empreinte de ce nouvel état de masse sur le spectre du tritium dans le cadre de l'expérience KATRIN. Cette dernière vise à déterminer la masse effective du neutrino (actif) en mesurant l'extrémité du spectre de tritium avec une excellente résolution et un faible taux de comptage. Une fois la mesure achevée, le détecteur de KATRIN sera modifié afin d'effectuer une mesure différentielle et intégrale de l'ensemble du spectre en tritium: c'est le projet TRISTAN. Le détecteur actuel sera remplacé par un nouveau détecteur de silicium à dérive (SDD) de 3500 pixels permettant une résolution de 3% à 6 keV et pouvant supporter un taux de comptage montant jusqu'à 10⁸ coups par seconde, activité maximum attendue. Un prototype a été testé avec succès et une première mesure de tritium a été réalisé au spectromètre de masse neutrino Troitsk afin d'étudier les erreurs systématiques et de développer des méthodes d'analyses pertinentes. Un premier ajustement cohérent du spectre tritium différentiel acquis lors de cette installation, a démontré la faisabilité du projet. TRISTAN lui-même est toujours en cours de développement mais les caractérisations du détecteur et les études de systématiques sont plus qu'encourageantes pour la poursuite du projet. La première investigation de neutrino stérile avec le détecteur de TRISTAN sur le site de KATRIN est prévue après la mesure de masse, en cours à Karlsruhe, aux alentours de 2024. / The work presented in this thesis is about the sterile neutrino search with the two experiments SOX and TRISTAN based on the β-decay. Sterile neutrinos are theoretically well motivated particles that do not participate in any fundamental interaction except for the gravitation. With the help of these particles one could elegantly explain the origin of the neutrino mass, dark matter and the matter-antimatter asymmetry in the universe. As sterile neutrinos can mix with the known active neutrinos, they could be discovered in laboratory searches. The SOX experiment was designed to search for a sterile neutrino with a mass in the eV-range. This particular mass range is motivated by several anomalous observations at short-baseline neutrino experiments that could be explained by an additional oscillation with a length in the order of meters that arises from an eV-scale sterile neutrino. For SOX it was planned to use the existing Borexino solar neutrino detector to search for an oscillation signal within the detector volume. The neutrinos are emitted from a 5.5 PBq electron-antineutrino source made of the β-decaying isotopes ¹⁴⁴Ce and ¹⁴⁴Pr, located at 8.5 m distance from the detector center. For the analysis of the signal it is crucial to know the source activity. This parameter is determined by measuring the decay heat of the source with a thermal calorimeter that was developed by TUM and INFN Genova. The decay heat is measured through the temperature increase of a well-defined water flow in a heat exchanger that surrounds the source. The calorimeter was assembled, optimized and characterized. Heat losses were determined through calibration measurements with an electrical heat source. Adjustable measurement conditions and an elaborate thermal insulation allowed an operation with negligible heat losses. It was proven that the power of a decaying source can be measured with <0.2% uncertainty in a single measurement that lasts ~5 days. Unfortunately the SOX experiment was canceled after a technological problem rendered the source production with the required activity and purity impossible. The TRISTAN project is an attempt to discover sterile neutrinos with masses in the order of keV. In contrast to eV-scale sterile neutrinos that are motivated by several anomalies observed in terrestrial experiments, the existence of sterile neutrinos with masses in the keV range could resolve cosmological and astrophysical issues, as they are dark matter candidates. The TRISTAN project is an extension of the KATRIN experiment to search for the signature of keV-scale sterile neutrinos in the tritium β-spectrum. KATRIN itself is attempting to determine the effective neutrino mass by measuring the end point of the tritium spectrum at low counting rates. The KATRIN setup will be modified after the neutrino mass measurements are finished to conduct a differential and integral measurement of the entire tritium spectrum. This project is called TRISTAN. The current detector will be replaced by a novel 3500-pixel silicon drift detector system that has an outstanding energy resolution of a few hundred eV and can handle rates up to 10⁸ counts per second as they occur when the entire spectrum is scanned. Prototype detectors were successfully tested and first tritium data was taken at the Troitsk ν-mass spectrometer to study systematic effects and develop analysis methods. A successful fit of the differential tritium spectrum proved the feasibility of this approach. TRISTAN itself is still at an early stage, but the detector development and systematic studies are well on track and delivered so far encouraging results. The sterile neutrino search is scheduled after the KATRIN neutrino mass program is finished in ~2024.

Les LT CD8 mémoires constituent une population hétérogène. Une modulation des différents signaux d’activation des LT CD8 naïfs influe sur la diversité des LT CD8 effecteurs et mémoires générés. A coté des sous populations classiquement décrites de LT CD8 mémoires développés dans des conditions infectieuses, il existe une population de LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’inflammation stérile, c’est-à-dire en absence de pathogènes et de signaux moléculaires dérivés de pathogènes : les TIM pour « T-inflammatory memory cells ». Au cours de cette thèse j’ai eu pour objectif : 1) de mieux caractériser la population de TIM 2) d’évaluer leur capacité à répondre à une activation par un pathogène viral et ainsi leur plasticité et 3) d’étudier leur recrutement au site d’une infection locale respiratoire.J’ai ainsi pu identifier de nouvelles propriétés des TIM et montrer que les TIM sont recrutés dans une réponse secondaire à un virus exprimant la même spécificité antigénique, en générant des LT CD8 mémoires secondaires aux fonctions améliorées. De plus, les LT CD8 mémoires secondaires générés présentent un avantage fonctionnel par rapport aux LT CD8 mémoires primaires dans leur capacité de production de TNF-α et de la chimiokine XCL1. Cette dernière propriété pourrait leur conférer un avantage pour la réponse à des antigènes cross présentés. J’ai par ailleurs montré la capacité des TIM à être recrutés au niveau du poumon et des voies aériennes au cours d’une infection respiratoire virale. Ces résultats montrent que les LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’activation inflammatoires stériles peuvent prendre part au contingent de cellules immunitaires impliquées dans des réponses à des infections. Ces résultats ouvrent un champ d’investigation intéressant concernant la plasticité des LT CD8 mémoires. Ils pourraient avoir une incidence sur certaines pathologies inflammatoires, dans le cas d’une ré-activation des TIM par un virus cross réactif. / Memory CD8 T cells represent a heterogeneous population. A modulation of the activation signals during naïve CD8 T cells activation influences the diversity of the Effector and Memory CD8 T cells generated. Besides the classically described subsets of Memory CD8 T cells, generated under infectious conditions, are T inflammatory memory CD8 T cells (TIM). TIM are generated under sterile priming conditions that are devoid of pathogens and pathogen-derived danger signals.During this thesis, I had the latter objectives: 1) a better characterisation of TIM, 2) to evaluate whether they could be recruited in an immune response directed against a virus and thus investigate their plasticity, 3) to examine their recruitment to the site of a respiratory local infection.I have identified new features of TIM and shown that TIM can take part to the immune response triggered by a virus expressing their cognate antigen and further differentiate into secondary memory cells with improved functions. The secondary memory CD8 T cells they generate display a functional advantage over primary memory cells in their capacity to produce TNF-α and the XCL1 chemokine. This last result could give them an advantage against cross-presented antigen. Furthermore, I have shown that TIM cells can be recruited in lung and airways during a respiratory viral infection. These results show that memory CD8 T cells generated under sterile priming conditions can take part to the contingent of immune cells involved in responses to infection. They open an interesting field of investigation of the plasticity of memory CD8 T cells. They could have an impact in inflammatory diseases, in the case of re-activation of TIM by a cross-reactive virus.

Le détecteur Borexino, situé au laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS), mesure les neutrinos solaires depuis 10 ans. Parmi les neutrinos solaires, le spectre continu du 8B jusqu’à 17 MeV permet de tester la zone de transition de l’effet de résonance dans la matière dit effet MSW. Cette nouvelle analyse augmente d’un ordre de grandeur la statistique par rapport à la précédente mesure de Borexino publiée en 2011. Pour ce faire, l’ensemble du volume scintillant a été inclus dans l’analyse, aucune coupure géométrique n’ayant été effectué au dessus de 5 MeV. Cela a permis l’identification d’un nouveau bruit de fond non pris en compte précédemment. L’ensemble des bruits de fond au dessus de 3 MeV est maintenant compris et la composante neutrino peut-être extraite d’un fit radial du détecteur. Afin de tester l’existence d’un neutrino stérile léger, une source de 3-5,5 PBq de 144Ce sera installée sous Borexino au début de l’année 2018 pour un an et demi de prise de données : c’est l’expérience CeSOX. Cette source est produite par PA MAYAK par purification de combustible nucléaire usagé, par conséquent les potentiels contaminants radioactifs sont très nombreux et peu contraints. Pour tester l’hypothèse stérile, une mesure en flux, une mesure en forme et une mesure combinée seront effectuées dans l’ensemble du détecteur Borexino. Ces mesures sont fortement dépendantes de la connaissance intime de la source (composition, forme du spectre beta du 144Ce, énergie moyenne 144Ce et 144Pr). A cette fin, un spectromètre gamma a été spécifiquement étalonné et entièrement simulé au CEA, Saclay. De même un spectromètre beta a été dessiné, assemblé, simulé et est en cours d’étalonnage. Finalement, des mesures de spectrométrie alpha et de masse seront réalisés sur des échantillons représentatifs envoyés au CEA, Saclay afin de contraindre au mieux la composition de la source de 144Ce de SOX. / Located in the Gran Sasso underground laboratory (LNGS), Borexino measures solar neutrinos for 10 years. Among solar neutrinos, 8B continuous spectrum (up to 17 MeV) enables to test the transition zone between vacuum and matter regime of the MSW effect. This new measurement increases by one order of magnitude the exposure with respect to previous Borexino publication. To do so, the entire active volume is considered in this analysis above 5 MeV. A new background has been identified and a radial fit is done above 3 and 5 MeV enabling to extract the neutrino component. Existence of a light sterile neutrino would have important consequences on astrophysics and cosmology. SOX is the only experiment aiming at testing this hypothesis using a punctual radioactive source. A 3-5.5 PBq 144Ce source is actually under production and will be positioned under Borexino in 2018. Precise knowledge of the source is one of the main challenge of this experiment, based on rate and shape neutrino measurement. Two critical parameters are the heat released by the source for activity measurement and the expected neutrino spectrum in the detector. We first describe the SOX experiment insisting on 144Ce source production. Then, we focus on Saclay installations dedicated to constrain radioactive contamination inside the source using representative samples. Alpha, gamma and mass spectroscopy calibration and simulation are discussed and competitive constrains are derived. A status on 144Ce beta shape measurements is done as well as presentation of future measurement.

La réévaluation théorique du flux d'antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires a révélé un déficit de 6% entre le flux observé et le flux attendu. Cette anomalie des antineutrinos de réacteur est significative à 2.7 σ, et une possible interprétation de ce résultat est l'existence d'un état stérile léger du neutrino vers lequel les neutrinos pourraient osciller à très courte distance. Le projet STEREO présenté dans ce manuscrit a pour objectif de prouver ou d'infirmer l'existence d'une telle oscillation.L'expérience est installée près (~10 m) du cœur compact du réacteur de recherche de l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble, France, qui produit un important flux d'antineutrinos électroniques avec une énergie comprise entre 1 et 10 MeV. Le volume utile du détecteur STEREO consiste en une structure de 2 m3 segmentée en six cellules identiques remplies de scintillateur liquide dopé au gadolinium et alignées dans la direction du cœur. La détection s'effectue à l'aide de la réaction beta-inverse.Cette configuration offre une excellente sensibilité à une éventuelle oscillation à courte distance en mesurant la distorsion relative du spectre des antineutrinos dans chaque cellule en fonction de l'énergie et de la distance.Les lignes expérimentales de faisceaux de neutrons de l'ILL produisent un fort bruit de fond qui a été caractérisé à l'occasion de plusieurs campagnes de mesure. Leur analyse a permis de valider le design des lourds blindages passifs installés autour du détecteur et de la zone d'installation pour modérer leurs effets sur l’expérience STEREO.De plus, un détecteur supplémentaire est installé au-dessus de STEREO pour signaler la présence d'un muon issu du rayonnement cosmique et définir un veto aux mesures physiques. Ces muons, lors de leur passage à travers les blindages du détecteur, peuvent produire des neutrons rapides capables d’imiter le signal attendu par les antineutrinos. Il est donc essentiel de définir un veto qui soit le plus efficace et homogène possible.Il prend la forme d'une cuve de 2.5 m3 remplie d'eau dont la détection est basée sur l’effet Tcherenkov. Cette lumière émise par le passage des muons est récoltée sur 20 tubes photomultiplicateurs répartis au-dessus de la cuve et un additif est rajouté dans l'eau pour améliorer la collection de lumière sur les photomultiplicateurs.Ce veto à muons couvre complètement le détecteur STEREO ainsi que ces blindagesL'étude de plusieurs configurations de ce veto à muons sous la forme de prototypes avant la construction de l'instrument final a permis de définir une méthode de déclenchement du signal pour les muons extrêmement efficace tout en conservant une sensibilité réduite aux autres particules. Ces nombreux tests ont par ailleurs permis la validation et l'optimisation de l'électronique développée pour l'expérience au LPSC qui est la même pour le détecteur STEREO et pour le veto à muons.Après avoir caractérisé le flux de muons sur place et l'efficacité du veto à muons, une simulation a été développée et a permis d'évaluer le nombre de faux événements dus à ces neutrons. Ainsi, ce résultat a confirmé les prérequis scientifiques de l'expérience, à savoir la capacité à sonder l'anomalie des antineutrinos de réacteur en 300 jours de données réacteur.Le détecteur est actuellement en place sur site et prévoit de livrer ses premiers résultats fin 2016. / The re-evaluation of the theoretical antineutrino flux emitted by nuclear reactors revealed a deficit of about 6% between the observed flux and the expected one. This so-called reactor antineutrino anomaly has a statistical significance of 2.7σ, and one possible explanation to this deficit could be the existence of a light sterile neutrino state into which reactor antineutrino oscillate at very short distances. The STEREO project, which will be presented in this thesis, aims to find an evidence of such oscillation.The measurement will take place at only few meters (~10 m) from the compact core of the Institut Laue-Langevin (ILL) research reactor in Grenoble, France, which provides a large flux of electron antineutrinos with an energy range from 1 to 10 MeV. The sensitive volume of the STEREO detector is 2m3 of organic liquid scintillator doped with Gadolinium, consisting of 6 cells stacked along the direction of the core and detecting anti-neutrinos via inverse beta decay.This setup will provide excellent sensitivity to short-baseline oscillations effects by precisely measuring any relative distortion of the antineutrino spectrum as a function of both energy and baseline.Close proximity to the reactor yield a high background environment from nearby experiments that is managed through heavy shielding surrounding the detector. Many measurements campaign has been performed to characterized this background and had allowed the improvement of the passive shielding design installed on-site.Moreover, an additional detector is settled above STEREO to tag the presence of an incoming cosmic muon and define a muon veto. These muons will produce fast neutrons during their interaction through the shieldings of STEREO and these neutrons can mimick the expected antineutrino signal. Therefore it is crucial to define the most efficient and homogenous veto to these muons.It consists of a tank of 2.5m3 of water detecting muons by their Cerenkov radiation. The light emitted is collected thanks to 20 photomultipliers positionned at the top of the tank and a chemical compound is added into the water to improve the light collection on the photomultipliers.This muon veto fully covers the STEREO detector along with its shieldings.Several configurations of the muon veto system using prototypes before the final instrumental has allowed to define a trigger system which allows an excellent efficiency to cosmic muons regarding a little sensitivity to others particles. These numerous tests were also used to check and optimize the dedicated electronics builded at LPSC, which is the same for both the STEREO detector and muon veto.After characterization of the muon flux on site and with respect to the muon veto efficiency, a simulation has been developped to evaluate the rate of fake antineutrino event expected from the muon-induced fast neutrons. Thus, this result has confirmed the scientific requirements of the experience, which is the ability to probe the reactor antineutrino anomaly in 300 days of reactor data.STEREO is at the moment being comissionned and will deliver his first results at the end of 2016.

La recherche de neutrinos stériles et légers est, à l’heure actuelle, l’un des enjeux majeurs de laphysique des neutrinos. Une indication de leur existence résulte de l’anomalie des antineutrinosde réacteur, qui découle du déficit de 6% entre les taux prédits et les taux observéspar les expériences à courte distance de réacteurs. Ce déficit peut être interprété comme uneoscillation à courte distance des neutrinos. L’objectif de l’expérience STEREO, situé auprès duréacteur de recherche de l’Institut Laue Langevin (ILL), à Grenoble, France, est d’étudier cetteoscillation. La cible du détecteur de neutrinos est placée entre 8,9 et 11,1m du coeur compactdu réacteur d’ILL. Le détecteur consiste d’environ 2t d’un scintillateur liquide, dopé avec duGd. Le volume actif est séparé dans le sens de la longueur en six cellules. Les antineutrinos sontdétectés par la désintégration bêta inverse, où ils interagissent avec un proton libre (ion H+) etproduisent un positron et un neutron. Les deux particules sont détectées dans le scintillateurpar une coïncidence retardée où le positron crée un signal prompt et le neutron est capturéaprès un temps de modération. La lumière produite par le scintillateur est mesurée par lesphotomultiplicateurs (PM). Le détecteur est complété par un“gamma catcher” qui entoure la cible et par un veto à muons.Ce manuscrit présente des études concernant la préparation et la mise en exploitation del’expérience STEREO. La conception du blindage magnétique des PM a été menée sur la basede simulations par éléments finis afin d’examiner différentes options, d’étudier en détail lesperformances de l’option retenue ainsi que de déterminer la qualité nécessaire des matériauxutilisés. Sur la base de ces études, la collaboration a retenu un plan de blindage en deuxcouches: une couche de fer doux à l’extérieur, couvrant le détecteur et le veto à muons, et unecouche de mu-métal autour de la cible. Ce blindage réduit les champs magnétiques externes à laposition des PM de la cible à moins de 60μT pour toutes les configurations connues de champsexternes. Ceci réduit à moins de 2% une variation de l’amplification des PM induite par deschangements des champs magnétiques.D’autre part, des études du bruit de fond sur le site de STEREO ont été menées. Unecartographie du bruit de fond du rayonnement gamma a été effectuée avec des détecteurs augermanium et un scintillateur NaI, afin de valider l’efficacité du blindage installé. Uneestimation du taux de bruit de fond est présentée et comparée au taux mesuré avec STEREO.Dans l’état actuel de l’analyse des données, le bruit de fond de coïncidences fortuites est inférieurau bruit de fond corrélé induit par les muons cosmiques. Après une première phase d’exploitationde STEREO, un “doigt de gant” en fin de vie situé à l’avant de STEREO a dû être retiré.Un bouchon était adapté à l’extrémité de ce doigt de gant afin de réduire le bruit du fondpour STEREO. Ce dispositif n’ayant pas pu être réinstallé à la suite l’enlèvement du doigt degant, un nouveau blindage a été proposé par l’ILL. Une série des simulations neutroniques etphotoniques (MCNP) a été effectué pour étudier l’effet de ce changement sur le bruit de fondautour de STEREO et pour décider si le blindage proposé était suffisant. Les deux scénariosavant et après l’enlèvement ont été comparés et selon cette simulation, la situation du bruit defond devrait être améliorée.Enfin une procédure a été proposée et appliquée pour analyser les données de calibration del’échelle d’énergie de STEREO. La procédure a été élaborée pour être applicable pour toutes lessources de calibration disponibles et pour minimiser les incertitudes systématiques. Le résultatpeut être utilisé pour ajuster les paramètres de la simulation Geant4 du détecteur développée parla collaboration, par comparaison avec des données mesurées et après pour déterminer l’échellede l’énergie avec la précision requise de < 2%. / Light sterile neutrinos are currently a topic actively discussed in neutrino physics. Oneindication of their possible existence and their participation in neutrino oscillations is the ReactorAntineutrino Anomaly, which states a deficit of about 6% between predicted and observedantineutrino fluxes in short baseline reactor neutrino experiments. The STEREO experimentaddresses this anomaly by searching for neutrino oscillations at baselines of 8.9-11.1m from thecompact core of the research reactor of the Institut Laue Langevin (ILL), Grenoble, France. Forthis purpose a Gd-loaded liquid scintillator detector was designed with an active target massof about 2 t. The target volume is subdivided in six optically separated cells along the line ofpropagation of the neutrinos. The electron antineutrinos emitted from the reactor are detectedvia the inverse beta decay on hydrogen nuclei, where a positron and a neutron are created. Thesetwo particles are detected in the scintillator in delayed coincidence, with the prompt signal fromthe positron and a delayed signal from neutron capture. The scintillation light created in theprocesses is read out by photomultiplier tubes (PMTs) on top of the detector cells. The detectoris completed by a gamma catcher and a muon veto.This manuscript covers parts of the preparation and the commissioning of the STEREOexperiment. As basis for the design process of the magnetic shielding for STEREO’s PMTsa series of finite element simulations was performed. The studies of different general layoutsand required material qualities as well as of details of the final design are summarised. Underconsideration of these studies the collaboration opted for a shielding design, a double layer setupwith an outer soft iron and inner mumetal layer, which has the required shielding efficiency toreduce the magnetic field at the position of the detector PMTs below 60 μT for all known externalmagnetic field configurations. This limits the maximum PMT gain change due to variations ofthe external magnetic fields to < 2%.Furthermore different studies have been performed concerning the on-site background situation.A mapping of the-ray background was conducted with high purity germanium detectorsand a NaI scintillator detector, in order to validate the efficiency of the installed shielding. Thefocus lied on the characterisation of the count rate in the neutron capture energy window. Anestimation of the background rate is presented and compared to the rate obtained in STEREO.At the current state of the analysis the background of accidental coincidences in STEREO is aminor contribution compared to the muon induced correlated background. In addition a seriesof MCNP simulations was performed to determine the impact of a beamtube removal in thevicinity of STEREO on the overall reactor-related background situation. The beamtube wasclosed by a dedicated shielding, optimised for background reduction for STEREO, which couldnot be reinstalled after removal of the tube. A new shielding at the end of the former beamtubewas proposed by the ILL. Its shielding effect was studied with MCNP and compared tothe previous configuration in order to assess whether the new shielding suffices or needs to beimproved. According to these simulations the background situation is expected to improve.Finally a procedure is proposed and applied for the analysis of the energy calibration ofthe STEREO detector. The procedure is designed to be applicable to all available calibrationsources and to minimise systematic uncertainties. It can be used to adjust parameters in theexisting Geant4-based simulation of the detector, developed by the collaboration, by comparisonto measured data and later to determine the energy scale with the required precision of < 2%.

La masse non-nulle des neutrinos rend nécessaire l'introduction de nouvelle physique pour expliquer celle-ci. Par exemple, l'ajout de neutrinos lourds avec une masse de l'ordre du GeV permettrait d'expliquer à la fois la masse des neutrinos et l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers, comme cela est proposé dans le modèle nuMSM.Un domaine de masse particulièrement intéressant pour ces nouvelles particules est celui entre 140 et 493 MeV/c^2, qui est accessible avec les expériences actuelles, en particulier avec le détecteur proche ND280 de l'expérience T2K, expérience d'oscillation des neutrinos située au Japon.L'analyse vise à isoler un échantillon de désintégrations de neutrinos lourds dans ND280, après leur production dans la désintégration de kaons chargés dans le faisceau de T2K. Le bruit de fond provenant d'interactions de neutrinos a été réduit à quelques événements dans l'ensemble des données de T2K (2010-2017), ce qui permet de contraindre l'espace des paramètres des neutrinos lourds de manière compétitive par rapport aux expériences dédiées comme PS191.Une des étapes importantes de l'analyse consiste à valider les algorithmes de reconstruction et les simulations du bruit de fond attendu, ce qui a nécessité d'étudier les interactions de neutrinos actifs dans les murs des TPCs; Cet échantillon a également pu être utilisé pour des études de physique.Un dernier travail effectué durant cette thèse concerne la mise à niveau du détecteur ND280, prévue d'ici 2021, dans le but d'augmenter la précision des mesures de section efficace d'interaction des neutrinos afin d'améliorer les analyses des oscillations. / Non-zero neutrino mass requires the introduction of new physic beyond the Standard Model. For instance, the nuMSM (Neutrino Minimal Standard Model) predicts the existence of new heavy neutrinos, with masses at GeV-scale, that would explain both neutrino masses and baryon asymmetry in the Universe.A particularly interesting mass domain is between 140 and 493 MeV/c^2, which is accessible to current experiments, in particular with the near detector ND280 of the T2K experiment, which is a long baseline neutrino oscillation experiment located in Japan.The analysis aims at the selection of a sample containing heavy neutrino decays, after they have been produced in kaon decays along the standard T2K neutrino beam. Background coming from standard neutrino interactions has been reduced to few events in the current dataset (2010-2017), which allow to constrain heavy neutrino parameter space quite well with respect to dedicated experiments such as PS191.An important step in the analysis consists in the validation of the reconstruction algorithms and of the expected background. It has been done with the study of active neutrino interactions in the walls of the TPCs. This sample is also interesting per se for physics.A last topic in this thesis concerns the upgrade of the near detector, that is scheduled for 2021. The goal is to improve neutrino cross-section measurements in order to get more precise determination of oscillation parameters.

Les femelles moustiques peuvent être vectrices de nombreux agents infectieux (virus, protozoaires, helminthes) pour l'Homme, qui peuvent être la cause de maladies graves comme le paludisme et la dengue. Ces maladies menacent respectivement 50 et 40% de la population mondiale ; le paludisme étant responsable de près d'un million de décès par an. Les méthodes de lutte anti-vectorielle destinées à limiter les populations vectrices et stopper la transmission de maladies, se heurtent au développement incessant de résistances de la part des moustiques et des agents infectieux vis-à-vis des traitements employés. Bien que certaines régions du monde aient réussi à stopper efficacement la transmission de certaines de ces maladies, une grande partie des régions tropicales reste menacée. De plus l'expansion rapide de certaines espèces vectrices, telles qu'Aedes albopictus, accroît les risques sanitaires dans de nouvelles régions du globe. La technique de l'insecte stérile (TIS), qui a permis l'éradication ou la suppression des populations de nombreux insectes nuisibles aux cultures et à l'Homme, représente un moyen de lutte prometteur contre les moustiques. Cette technique s'appuie sur le lâcher en masse de mâles stérilisés par rayonnements ionisants qui, en transférant un sperme stérile aux femelles sauvages, vont permettre une diminution progressive de la population cible. Suite à l'épidémie de chikungunya à l'île de la Réunion en 2005 et face aux menaces permanentes de recrudescence de la dengue et du paludisme, les services de lutte anti-vectorielle réunionnais mettent en place d'importants moyens de lutte contre les populations de moustiques concernées. Toutefois, ces mesures ne permettant pas une diminution durable des densités de vecteurs, une étude de faisabilité est en cours quant à l'utilisation de la TIS pour diminuer et contrôler les populations d’Aedes albopictus, vecteur de la dengue et du chikungunya, et d’Anopheles arabiensis, vecteur du paludisme.Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet TIS Réunion, dans le but d'étudier la biologie et le comportement des souches destinées aux lâchers de mâles stériles. Dans un premier temps, cette étude s'intéresse à la comparaison entre les souches d'élevage d’Anopheles arabiensis et les souches sauvages, ainsi qu'aux modalités de stérilisation des mâles de la souche à sexage génétique. Une seconde partie est consacrée à l'étude de l'effet de l'irradiation sur les mâles d’Aedes albopictus, en étudiant plus particulièrement leur stratégie de reproduction, leur capacité d'insémination en laboratoire, ainsi que leur compétitivité sexuelle et longévité face aux mâles sauvages en conditions semi-contrôlées. / Mosquito females are potential vectors of numerous pathogens (viruses, protozoa, helminths), which can cause serious diseases such as malaria and dengue in humans. These two infectious diseases are threatening 50 and 40% of the world population respectively. Malaria is responsible for nearly one million deaths per year, and is considered by many experts as the most important insect-transmitted disease. Antivectorial control methods, intended to limit the vector populations and to stop the disease transmission have to face many challenges such as the development of mosquitoes' and pathogens' resistance to the treatments employed to control them. Although various regions of the world have succeeded in efficiently stopping the transmission of some diseases, most of the tropical regions remain under threat. In addition, the rapid expansion of some vector species, such as Aedes albopictus, increases the risks in previously safe areas of the world. The sterile insect technique (SIT) has allowed the eradication or suppression of various insect pest populations threatening crops, animal, and human health, and could offer a promising control tool against mosquitoes. The classical SIT relies on the mass releases of males sterilized by ionizing radiation;they transfer sterile sperm to wild females, which results in a progressive reduction of the target population.Following the chikungunya outbreak in Reunion Island in 2005 and considering the constant threat of arecrudescence of dengue and malaria, the anti-vectorial services in Reunion Island are deploying important means to control the relevant mosquito populations. However, these measures do not confer a permanent, or long-lasting reduction of vector densities. A feasibility study is ongoing, evaluating the use of the SIT to diminish and control the populations of Ae. albopictus, a vector of dengue and chikungunya, and Anopheles arabiensis, a vector of malaria. This PhD work was developed in the context of the SIT Reunion project, with the aim of studying the biology and the behaviour of some strains intended for the sterile male releases. Firstly, this study endeavours to compare colonized and wild strains of An. arabiensis, and to determine the sterilisation procedures of the genetic sexing strain males. The second part of this work studies the effect of irradiation on male Ae. albopictus, and most notably their reproductive strategy, the insemination capacity in laboratory, and finally their sexual competitiveness and longevity against wild males under semi-field conditions.

L’expérience Double Chooz a pour but la mesure précise de l’angle de mélange θ₁₃. Son évaluation repose sur l’étude de la disparition des antineutrinos produits par les réacteurs de la centrale de Chooz, disparition due au phénomène d’oscillation des neutrinos. Deux détecteurs identiques composés de liquide scintillant permettent d’effectuer une mesure relative, diminuant ainsi les incertitudes systématiques. Le détecteur proche, qui fournit la normalisation du flux de neutrinos émis, est en cours d’installation, son achèvement est prévu pour le printemps 2014. Le détecteur lointain, sensible à l’effet de θ₁₃, est situé à un kilomètre environ et prend des données depuis 2011. Dans cette première phase de l’expérience, les données acquises par le détecteur lointain sont comparées à une prédiction du flux de neutrinos émis par les réacteurs pour estimer le paramètre θ₁₃. Au sein de cette thèse, l’expérience Double Chooz et son analyse sont présentées. Une attention particulière est portée à l’étude des bruits de fond et au rejet de signaux parasites constitués de flashs lumineux émis par les photo-multiplicateurs. Les flux de neutrons aux interfaces entre les différents volumes du détecteur affectent la définition du volume d’interaction et partant l’efficacité de détection. L’étude détaillée de ces effets de bord est présentée. Dans le cadre de l’expérience Double Chooz, des études ont été menées afin d’améliorer la prédiction des flux de neutrinos émis par les réacteurs. Ces travaux ont mis à jour un déficit des taux de neutrinos observés dans les expériences passées à courtes distances des réacteurs. Ce déficit pourrait s’expliquer par une oscillation vers une saveur stérile. Le projet Stereo a pour but d’observer la distorsion — caractéristique de l’oscillation — du spectre des neutrinos en énergie et en distance de propagation. Cette thèse s’attache à présenter le concept du détecteur, les simulations réalisées, ainsi que les études de sensibilité. Les différents bruits de fond et les blindages envisagés pour s’en prémunir sont enfin discutés. / The Double Chooz experiment aims to measure the θ₁₃ mixing angle through the disappearance—induced by the oscillation phenomenon—of anti-neutrinos produced by the Chooz nuclear reactors. In order to reduce systematic uncertainties, the experiment relies on the relative comparison of detected signals in two identical liquid scintillator detectors. The near one, giving the normalization of the emitted flux, is currently being built and will be delivered in spring 2014. The far detector, sensitive to θ₁₃, is located at about one kilometer and is taking data since 2011. In this first phase of the experiment, the far detector data are compared to a prediction of the emitted neutrino flux to estimate θ₁₃. In this thesis, the Double Chooz experiment and its analysis are presented, especially the background studies and the rejection of parasitic signals due to light emitted by photo-multipliers. Neutron fluxes between the different detector volumes impact the definition of the fiducial volume of neutrino interactions and the efficiency of detection. Detailed studies of these effects are presented. As part of the Double Chooz experiment, studies were performed to improve the prediction of neutrino flux emitted by reactors. This work revealed a deficit of observed neutrino rates in the short baseline experiments of last decades. This deficit could be explained by an oscillation to a sterile state. The Stereo project aims to observe a typical signature of oscillations: the distortion of neutrino spectra both in energy and baseline. This thesis presents the detector concept and simulations as well as sensitivity studies. Background sources and the foreseen shielding are also discussed.