L’expérience Double Chooz, située sur le site de la centrale nucléaire de Chooz dans la région des Ardennes en France, étudie la disparition des antineutrinos. Le but principal de l’expérience est de mesurer avec une grande précision l’amplitude d’oscillation sin2 2θ13 des antineutrinos émis par les deux réacteurs de la centrale de Chooz. La précision de cette mesure dépend fortement d’une connaissance précise des taux et de la forme des spectres des bruits de fond qui contaminent la sélection finale des antineutrinos en particulier dans la gamme d’énergie où l’oscillation des neutrinos est attendue. Nous avons étudié dans la présente thèse le bruit de fond d’origine cosmique dans l’expérience Double Chooz. En effet, les muons cosmiques traversant les détecteurs ou interagissant dans le voisinage immédiat sont la principale source de bruit de fond observés dans l’expérience Double Chooz. Deux types de bruits de fonds sont analysés et présentes dans cette thèse : les neutrons rapides (FN) et la double capture de neutrons (DnC). Des techniques d’identification dédiées ont été développées pour chacun de ces bruits de fond et, par conséquent, les formes spectrales et les taux associés ont été́ déterminés. Les valeurs obtenues dans le cadre de ce travail servent de paramètres d’entrée dans le fit final d’où la valeur de θ13 est extraite. La dernière mesure publiée par la collaboration Double Chooz est sin2 2θ13 = 0.119 ± 0.016. / The Double Chooz experiment is- a reactor antineutrino disappearance experiment located on the site of the Chooz nuclear power plant in the Ardennes region in France. The principal aim of the experiment is a high precision measurement of the oscillation amplitude sin2 2θ13 of the antineutrinos emitted from the two reactor cores of the Chooz power plant. The robustness and accuracy of this measurement depends strongly on a precise knowledge of the rates and spectral shapes of the backgrounds that contaminate the antineutrinos selection over the neutrino oscillation expected region. We have studied in the present thesis the muon induced background in the Double Chooz experiment. Indeed, cosmic muons crossing the detectors or interacting in the neighborhood constitute the main source of background events encountered in Double Chooz. Two distinct backgrounds analysis are presented in this thesis: fast neutrons (FN) and double capture of neutrons (DnC). Dedicated identification techniques have been developed for each of these backgrounds and, consequently, the associated spectral shapes and rates have been determined. The values obtained in this work serve as inputs in the final fit whence the θ13 value is extracted.The latest measurement released by the Double Chooz collaboration is sin2 2θ13 = 0.119 ± 0.016$.

L'expérience Double Chooz étudiera les oscillations des antineutrinos électroniques produits par la centrale nucléaire de Chooz pour mesurer l'angle de mélange θ₁₃. La connaissance actuelle sur ce paramètre, apportée par CHOOZ, peut être améliorée en réduisant les erreurs statistiques et systématiques. Afin de réduire la première de ces deux incertitudes, Double Chooz observera un échantillon de données conséquent. Cette expérience utilisera deux détecteurs identiques pour s'affranchir de la plupart des incertitudes expérimentales intervenant dans les processus de production et de détection. Une attention particulière sera portée sur les bruits de fond engendrés par la radioactivité naturelle et les interactions des rayons cosmiques. <br><br> Nous présentons, dans cette thèse, la simulation que nous avons mise en place pour calculer la sensibilité sur la mesure de θ₁₃ et le potentiel de découverte de l'expérience. Nous nous sommes intéressé en particulier à quantifier les incertitudes liées aux détecteurs limitant la sensibilité sur θ₁₃. Nous avons également pris en compte certains bruits de fond tels que les événements accidentels engendrés par la radioactivité des PM, les événements corrélés produits par les neutrons de spallation ainsi qu'un bruit de fond hypothétique (celui ayant la forme du signal d'oscillation recherché). <br><br> Après trois années de prise de données, Double Chooz permettra d'observer un signal d'oscillation pour sin²(2θ₁₃)>0,05 (à 3σ) ou bien, si aucune oscillation n'est découverte, de mettre une limite de sin²(2θ₁₃)<0,03 à 90 % de confiance.

En 1998, l'expérience Super-Kamiokande au Japon, utilisant un détecteur Cherenkov à eau, a mesuré un déficit dans le flux des neutrinos atmosphériques $\nu_{\mu}$ sans observer d'excès dans le flux des $\nu_{e}$. Ce phénomène est expliqué en invoquant les oscillations neutrino, mécanisme qui suppose que le neutrino possède une masse non-nulle. En 1999, l'expérience CHOOZ a totalement exclu les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$ dans le domaine atmosphérique. L'expérience OPERA propose alors de mettre en évidence les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{\tau}$ par apparition du $\nu_{\tau}$ et les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$ par apparition des $\nu_{e}$ à partir d'un faisceau presque pur de neutrinos muoniques. Ce faisceau est produit au CERN (faisceau CNGS), en Suisse, puis dirigé sur le détecteur OPERA situé 732 km plus loin sous la montagne du Gran Sasso, en Italie. Le détecteur est composé de plus de 200 000 briques (soit une masse totale de 1800 tonnes) constituées d'une alternance de feuilles d'émulsions nucléaires et de feuilles de plomb. Cette structure modulaire permet de reconstruire avec une haute résolution spatiale ($\delta$$\theta$$\sim$1 mrad et $\delta$r$\sim$1$\mu$m) la topologie en coude créée par le lepton $\tau$ (issu de l'interaction par courant chargé d'un $\nu_{\tau}$ avec un noyau de plomb) et ses produits de désintégration. <br />Le travail de thèse consiste en la caractérisation des électrons pour l'étude des oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{\tau}$, avec $\tau$$\to$e et les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$, le $\nu_{e}$ , interagissant par courant chargé avec un noyau de plomb et produisant un électron. <br />Un algorithme de reconstruction de cascades électromagnétiques se développant dans des émulsions nucléaires a été réalisé. Cet algorithme permet de reproduire les profils transversaux et longitudinaux utiles pour l'évaluation de l'énergie des électrons et leur identification (séparation $\pi$/e) à partir d'un réseau de neurones. La résolution en énergie trouvée vaut $\frac{34.6%}{\sqrt{E(GeV)}}$ et la probabilité d'identification atteint 95$%$. Les premiers résultats semblent indiquer un accord correct entre des données expérimentales issues d'un test en faisceau et des simulations Monte-Carlo.<br />Enfin une étude sur la complémentarité entre les expériences OPERA et T2K a été effectuée pour évaluer leur potentiel de découverte sur le paramètre d'oscillation $\theta_{13}$ et la phase de violation CP $\delta_{CP}$.

L'expérience Double Chooz utilise les antineutrinos émis par la centrale nucléaire de Chooz (France) pour mesurer l'angle de mélange θ13. La mesure précise de la disparition des antineutrinos se fera en utilisant deux détecteurs placés à différentes distances du réacteur. La prise de données avec le détecteur lointain se fait depuis avril 2011 alors que le détecteur proche est en cours de construction. Les données prise avec le détecteur lointain entre le 13 avril 2011 et le 30 mars 2012 ont été analysées. Une indication de la disparition d'antineutrinos électroniques, en accord avec l'hypothèse d'oscillation des neutrinos, a été trouvée. La valeur du paramètre de mélange mesurée est sin2 (2θ13) est 0,109 ± 0,030 (stat.) ± 0,025 (syst.). Cette thèse présente une description précise de l'expérience Double Chooz, avec une attention particulière portée sur le détecteur lointain et son système d'acquisition. Le principal objectif de la thèse est l'étude précise du bruit de fond corrélé affectant la sélection des antineutrinos et son impact sur la mesure de le paramètre de mélange. Une description générale du scénario expérimental actuel visant à la caractérisation de l'oscillation des neutrinos est également fournie, en se concentrant sur les résultats récents obtenus dans ce domaine.