Dans les études présentées ici, seules les données collectées par le détecteur ATLAS sont analysées. La première partie du document décrit en détails le contexte théorique sous-jacent à ces études, ainsi que lecolllisioneur LHC et l'expérience ATLAS. Le LHC étant un collisionneur hadronique, l'identification et la reconstruction des leptons est cruciale pour les mesures précises de section efficaces des processus du Modèle Standard, ou la recherche de nouvelle physique. C'est pourquoi la deuxième partie du document est dédiée aux mesures de performances : mesures in situ des efficacités de reconstruction et d'identification des électrons. La recherche de nouvelle physique est présentée dans la troisième partie du document. Cette étude a été réalisée dans le canal incluant deux leptons de même charge et de l'énergie transverse manquante. Les résultats inclus ont été obtenus avec un ensemble de données collectées à $sqrt s$ = 8 TeV correspondant à une luminosité intégrée de L = 20 fb$^{-1}$, ainsi que les premières données collectées avec $sqrt s$ = 13 TeV. L'état final constitué d'une paire de leptons de même charge et de jets permet également la mesure directe du couplage de Yukawa pour le quark top, à l'aide du processus $ppto tbar tH$. Ce couplage est le plus élevé dans le Modèle Standard et associe les deux particules élémentaires les plus lourdes prédites par la théorie, le quark top et le boson de Higgs. Dans la quatrième partie de ce document, une étude complète de la sensibilité pouvant être atteinte avec une énergie de $sqrt s$ = 13TeV et une luminosité intégrée de 100 fb$^{-1}$ of data, est présentée pour le canal incluant deux leptons de même charge. / For the presented studies only the data recorded with the ATLAS detector is analyzed. The theoretical framework, the LHC collider and the ATLAS experiment are given in the first part of this thesis.At hadron colliders, the lepton identification and reconstruction are crucial for precise SM cross sections and coupling measurements or for new physics searches. Therefore, the second part of my thesis is dedicated to performance studies : in-situ measurements of electron identification and reconstruction efficiencies. The search for new physics is presented in the third part of the thesis. For these studies the channel with two same~- sign leptons and missing transverse energy is considered. The results are obtained with $L$~=~20 fb$^{-1}$ of data recorded at $sqrt s$ = 8 TeV and with the very first data at $sqrt s$ = 13 TeV. At the end of Run-1 no significant excess in data over the Standard Model prediction is observed and stringent limits on the supersymmetric particle masses are set. With the two same - sign leptons and jets final state it is also possible to measure directly the top quark Yukawa coupling using the ttbar + $H$ channel. This coupling is the largest in the Standard Model and it connects two of the heaviest particles predicted by the Standard Model, the top quark and the Higgs boson. In the fourth part of this thesis, a complete optimization is performed to reach the highest sensitivity for this signal in the two same~- sign leptons channel at $sqrt s$ = 13 TeV with 100 fb$^{-1}$ of data, corresponding to the end of Run-2.

La recherche des bosons de Higgs est une des priorites du programme LEP200 developpe au CERN. En effet, le mecanisme de Higgs, qui predit l'existence de bosons scalaires de masse inconnue, permet de donner des masses aux particules elementaires du modele standard et de ses extensions supersymetriques. Nous avons effectue une recherche des bosons de Higgs neutres dans les deux canaux de production $\mathrm(e^+e^-\rightarrow\PZz^*\rightarrow \Phz\PZz)$\, et $\mathrm(e^+e^-\rightarrow\PZz^*\rightarrow \Phz\PAz)$\, prevus dans les modeles supersymetriques en se limitant aux seuls etats finals a quatre jets qui representent, respectivement 65% et 84% des modes possibles. Un effort particulier a ete porte sur la reconstruction de la masse du boson de Higgs standard (canal hZ) et sur l'amelioration des procedures de selection des evenements. Les etudes faites sur les donnees enregistrees par DELPHI de 1995 a 1997 (ecm=161, 172 et 183 GeV) ont permis d'exclure a 95% de niveau de confiance un boson de Higgs standard plus leger que: \mathrm(m_\Phz \ge 84.4~ GeV)/c^2~~~~~ \mathrm(\grave(a) ~95\%~ C.L. ~~(limite~ observ\acute(e)e))\nonumber\\ \mathrm(m_\Phz \ge 86.4~ GeV)/c^2~~~~~ \mathrm(\grave(a) ~95\%~ C.L. ~~(limite~ attendue))\nonumber en incluant l'ensemble des modes de desintegration du Z. Une analyse originale, developpee dans cette these, a permis d'obtenir une limite attendue egale a 86.5 GeV/c2, en utilisant uniquement l'etat final a 4 jets ce qui constitue un gain de ~ 3 GeV/c2, par rapport a la limite evaluee jusqu'ici dans DELPHI. L'interpretation dans le cadre du modele supersymetrique minimal (MSSM) des resulats obtenus dans les canaux hZ, et hA, a permis d'établir les limites suivantes sur les deux bosons de Higgs neutres h, et A: \mathrm(m_\Phz \ge 74.4~ GeV)/c^2~~~~~ \mathrm(\grave(a) ~95\%~ C.L. ~~~~\forall~ tan\beta) \nonumber\\ \mathrm(m_\PAz \ge 75.2~ GeV)/c^2~~~~~ \mathrm(\grave(a) ~95\%~ C.L. ~~~~\forall~ tan\beta) \nonumber

La Supersymetrie est la theorie qui semble etre l'extension la plus naturelle du Modele Standard. Dans cette these nous presentons la recherche du sTop, hypothethique partenaire scalaire du quark Top, que nous avons effectuee dans le cadre du Modele Standard Supersymetrique Minimal (MSSM) en utilisant les donnees de l'experience DO prises lors de la Phase I du Tevatron, qui correspondent a une luminosite integree de $108$ pb$^{-1}$. Nous avons selectionne les evenements avec un electron, un muon et de l'energie transverse manquante dans l'etat final, qui peuvent etre le produit de desintegration d'une paire de sTops en 3 corps ($\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$), ou en 4 corps ($\tilde{t} \rightarrow b \oa l {\nu_l}$). En l'absence d'evenements candidats a ce signal, les resultats sont interpretes en terme de limites de section efficace de production du sTop et de regions d'exclusion dans l'espace des parametres ($m_{\tilde{t}},\moa$) ou ($m_{\tilde{t}},\msnu$). L'utilisation inedite au Tevatron de cet etat final pour la recherche du sTop nous a permis d'etablir des contraintes plus fortes que celles obtenues precedemment au LEP ou au Tevatron dans le canal $\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$, et les premieres limites jamais etablies dans le canal de desintegration a quatre corps. Pour le canal a 3 corps, en supposant que le sneutrino soit la particule supersymetrique la plus legere (LSP), la region exclue a $95\%$ de degre de confiance s'etend jusqu'a une masse de sTop de $142$ ($130$) GeV si la masse du sneutrino ($\msnu$) est de $43$ ($86$) GeV. Si le canal a 4 corps domine, et en supposant que le neutralino soit la LSP, les limites dependent de la masse du sneutrino. Si celle-ci est suffisamment legere (${m_{\tilde{\nu}}} \ \lapprox \ 100$ GeV) cette limite atteint une masse de sTop de $132$ GeV pour un neutralino de $60$ GeV. Pour ces recherches, la calorimetrie joue un role central d'un point de vue experimental. L'augmentation de la luminosite attendue dans la Phase II du Tevatron qui a demarre le $1^{er}$ Mars $2001$, et l'amelioration du detecteur qui a ete realisee ces trois dernieres annees permettront d'etendre ces domaines d'exclusion ou de decouvrir le sTop. Nous decrivons donc egalement dans cette these notre contribution a l'amelioration de la calorimetrie, tant sur la calibration electronique du calorimetre a Argon liquide du detecteur DO, que sur les logiciels de reconstruction de l'energie calorimetrique.

Des informations sur la nouvelle physique peuvent être extraites de plusieurs secteurs indépendants et en particulier : les recherches directes du Higgs et de nouvelles particules aux collisionneurs, qui sont entrées dans une nouvelle ère avec le démarrage du LHC, les informations indirectes des données de physique des saveurs, en utilisant les résultats obtenus aux usines à B et récemment aussi au LHC, et enfin les informations indirectes sur la densité relique de mati ère noire et les recherches directes de mati ère noire, en particulier au vu des résultats récents des expériences XENON, CoGENT, CRESST, ... Combiner les informations des différents secteurs est en effet riche d'implications et permet de réduire l'espace des paramètres des scénarios de nouvelle physique. Nous avons démontré l'existence de telles synergies dans le contexte de la supersymétrie pour différents scénarios contraints ainsi que pour un scénario plus g én éral du MSSM (pMSSM).

Dans le cadre du modèle mSUGRA qui décrit un mécanisme de brisure simple de la supersymétrie, des sparticules avec des masses au-delà des limites fixées par les expériences de LEPII peuvent être produites au Tevatron, collisionneur $p\overline {p}$ délivrant une énergie de 1.96 TeV dans le centre de masse. Un canal privilégié pour la découverte de la supersymétrie au Tevatron est la production associée du plus léger chargino,$\tilde {chi}_1^± $ et du second plus léger neutralino, $\tilde {chi}_2^0$. Les modes de désintégration leptoniques, $\tilde {chi}_2^0\to\tilde {chi}_1^0 $ l +l -et $\tilde {chi}_1^± \to\tilde {chi}_1^0 $ l ±\nu_l, conduisent à une signature claire avec trois leptons et une quantité significative d'énergie transverse manquante. De manière à augmenter la sensibilité au signal dans des régions de l'espace des paramètres conduisant à un troisième lepton très mou présentant une faible efficacité de reconstruction, une sélection avec deux leptons de même signe et de l'énergie transverse manquante a été développée. Le cas particulier du canal dimuon de même signe est étudié dans ce manuscrit. Aucune preuve de l'existence de la supersymétrie n'a pu être mise en évidence à partir des données acquises entre avril 2002 et février 2006 par le détecteur DØ du Tevatron et représentant une luminosité intégrée de 0.9 fb−1.Des limites sur le produit de la section efficace de production du signal fois le rapport d'embranchement en trois leptons, $\sigma (p\overline {p}\to\ tilde {chi}_1^± \tilde {chi}_2^0)$ ×BR(3ℓ), ont alors été déterminées en fonction de la masse du $\tilde {chi}_1^± $. Les résultats ainsi obtenus par la sélection dimuon de même signe ont été combinés avec les résultats de sélections trilepton. Pour des configurations de type mSUGRA avec des désintégrations leptoniques favorisées, une limite de 140 GeV/c2 est obtenue sur la masse du $\tilde {chi}_1^± $.

L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique.

Le réseau d'imageurs Cherenkov atmosphériques HESS (High Energy Stereoscopic System) est présenté. La simulation des gerbes atmosphériques et de l'instrument est détaillée et comparée aux données obtenues pendant les six premiers mois de fonctionnement. Après la présentation des méthodes d'étalonnage et d'extraction du signal gamma, ces techniques sont appliquées aux données prises sur la nébuleuse du Crabe. On obtient un signal significatif permettant d'estimer un flux différentiel à 1 TeV en accord avec les résultats obtenus par d'autres expériences dans le même domaine en énergie. Ces résultats sont exploités pour estimer le potentiel de détection de HESS au signal gamma d'annihilation de neutralinos en provenance du centre galactique et de l'amas globulaire Omega du Centaure. Dans cette étude, une modélisation des halos de matière noire est confrontée aux observations astrophysiques.