Tesi sul tema "Electrons de très haute énergie"

L'expérience H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System) est constituée de quatres imageurs Che-renkov atmosphériques dédiés à l'observation des sources astrophysiques de très haute énergie visibles depuis l'hémisphère austral. La première partie de cette thèse étudie des sources étendues observées le long du plan Galactique avec cet instrument. Une méthode d'analyse rnultirésolution à base d'ondelettes a été adaptée aux données VHE (Very high Energy) et testée sur simulations Monte Carlo afin de caractériser la morphologie complexe de ces sources. Cette étude morphologique et spectrale a permis de sélectionner les sources possédant un pulsar puissant spatialement coïncident, et d'établir une liste de candidats nébuleuses de pulsars à partir de critères énergétiques. La seconde partie de cette thèse recherche les causes de l'asymétrie de ces candidats nébuleuses de pulsar à travers une étude du milieu interstellaire et montre que la majorité d'entre eux possède un gradient de matière moléculaire autour du pulsar compatible avec l'hypothèse d'un choc inverse asymétrique. Dans la dernière partie de cette thèse, une analyse fine de HESS J1825-137, l'archétype de cette population de nébuleuses, révèle la présence d'électrons de plus haute énergie près du pulsar ainsi qu'un durcissement du spectre loin de celui-ci : nous proposons une modélisation spectrale dépendante du temps pour cet objet. Celle-ci reproduit remarquablement bien les données pour des valeurs raisonnables des paramètres. Elle permet pour la première fois de contraindre directement l'évolution temporelle du champ magnétique ainsi que les caratéristiques initiales du pulsar et confirme la présence d'électrons reliques dans cette nébuleuse
The HESS experiment (High Energy Stereoscopic System) consist of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study southern hemisphere astrophysical sources above 100 GeV. The first part of this thesis studies the extended sources observed along the Galactic plane with this instrument. A multi-resolution analysis based on wavelets has been adapted to the VHE (Very high Energy) data for a better study of morphology, and has been tested on Monte Carlo simulations. A rnorphological and spectral analysis has allowed the selection of sources with a powerful spatially-coincident pulsar and to make a list of pulsar wind nebulae candidates based on energetic criteria. The second part of this thesis investigates the origine of the asymmetric morphology of the nebulae by studying the interstellar medium and show that a majority of the PWN candidates have a matter gradient near the pulsar position which is compatible with the hypothesis of an asymmetric reverse shock. Finally, an energy-dependant morphological analysis is applied to HESS J1825-137, the archetypal VHE PWN, and reveals high-energy electrons near the pulsar and a hardening of the spectral index far from it : we propose to model this source with a time-dependent spectral rnodelling. This model reproduces very well the data with reasonable parameters. It allow us for the first time to constrain the time evolution of the magnetic field in a PWN together with the initial characteristics of the pulsar, and confirms the presence of relic electons in

Le développement de méthodes innovantes susceptibles de réduire la sensibilité des tissus sains aux radiations, tout en maintenant l'efficacité du traitement sur la tumeur, est un aspect central de l'amélioration de l'efficacité de la radiothérapie pour le traitement du cancer. Parmi les développements et innovations méthodologiques possibles, la combinaison d'une irradiation à ultra-haut débit de dose (FLASH) et d'électrons de très haute énergie (VHEE) pourrait permettre d'exploiter les avantages radiobiologiques de l'effet FLASH pour le traitement des tumeurs profondes. En particulier, les VHEEs dans la gamme d'énergie de 100 à 250 MeV seraient particulièrement intéressants d'un point de vue balistique et biologique pour l'application des irradiations FLASH en radiothérapie. Cette thèse étudie donc l'utilisation possible des VHEEs en radiothérapie et en particulier leur utilisation à ultra-haut débit de dose, évaluant ainsi la faisabilité de la radiothérapie FLASH-VHEE. Bien que prometteuse, plusieurs aspects de cette technique doivent être étudiés avant qu'elle puisse être employée dans un contexte clinique. Une première partie du travail étudie les paramètres de la machine nécessaires pour répondre aux contraintes des irradiations FLASH. À cette fin, un modèle analytique de calcul de la dose basé sur la théorie de la diffusion multiple de Fermi-Eyges a été développé et testé. Ce modèle analytique a également été utilisé pour concevoir et optimiser un système de double diffusion pour la thérapie VHEE et ainsi obtenir des tailles de champ supérieures à 15x15 cm², et pour évaluer la possible adaptation des méthodes de conformation conventionnelles du faisceau de particules pour la thérapie FLASH-VHEE. La deuxième partie de ce travail porte sur la planification du traitement par VHEE et l'évaluation des plans cliniques. Quatre cas cliniques représentatifs ont été étudiés, pour lesquels des plans de traitement par balayage de mini-faisceau (PBS) et par double diffusion (DS) ont été calculés. L'influence de l'énergie du faisceau sur la qualité du plan a été étudiée et les techniques PBS et DS ont été comparées. Une description temporelle de l'irradiation a également été réalisée ainsi que l'incorporation d'un facteur de modification FLASH lors de l'évaluation du plan et de son effet sur les tissus sains en mode FLASH. Enfin, l'estimation des doses liées aux particules secondaires et les questions de radioprotection ont été abordées. Un calcul de la dose secondaire due aux photons de Bremsstrahlung et aux neutrons provenant des deux systèmes de délivrance de la dose a été développé dans l'eau. La dose dues aux particules secondaires reçues par divers organes a également été évaluée dans le cadre de traitements intracrâniens et afin de démontrer l'avantage des faisceaux VHEE par rapport aux faisceaux de protons en terme de dose neutrons hors champ. En résumé, les modèles analytiques accélérés et paramétrés dans cette étude permettent une estimation de la distribution de la dose produite par un système VHEE avec une bonne précision, ce qui fournit des informations importantes pour la conception éventuelle d'un système VHEE. Les résultats de ce travail pourraient soutenir le développement de la radiothérapie FLASH-VHEE
The development of innovative methods capable of reducing the sensitivity of healthy tissue to radiation, while maintaining the effectiveness of the treatment on the tumour, is a central aspect of improving the effectiveness of radiotherapy in the treatment of cancer. Among possible developments and methodological innovations, the combination of ultra-high dose rate irradiation (FLASH) and very high energy electrons (VHEE) could make it possible to exploit the radiobiological advantages of the FLASH effect for the treatment of deep tumours. In particular, VHEEs in the 100 to 250 MeV energy range would be particularly interesting from a ballistic and biological point of view for the application of FLASH irradiation in radiotherapy. This thesis therefore studies the possible use of VHEEs in radiotherapy, and in particular their use at ultra-high dose rates, thus assessing the feasibility of FLASH-VHEE radiotherapy. Although promising, several aspects of this technique need to be studied before it can be used in a clinical context. The first part of this work studies the machine parameters required to meet the constraints of FLASH irradiation. To this end, an analytical model for calculating the dose based on Fermi-Eyges multiple scattering theory was developed and tested. This analytical model has also been used to design and optimise a double-scattering system for VHEE therapy, in order to obtain field sizes greater than 15x15 cm², and to assess the possible adaptation of conventional particle beam conformation methods for FLASH-VHEE therapy. The second part of this work focuses on VHEE treatment planning and the evaluation of clinical plans. Four representative clinical cases were studied, for which pencil-beam scanning (PBS) and double scattering (DS) treatment plans were calculated. The influence of beam energy on plan quality was studied and the PBS and DS techniques were compared. A temporal description of the irradiation was also carried out, as well as the incorporation of a FLASH modification factor when evaluating the plan and its effect on healthy tissue in FLASH mode. Finally, the estimation of doses from secondary particles and radiation protection issues were addressed. A calculation of the secondary dose due to Bremsstrahlung photons and neutrons from the two dose delivery systems was developed in water. The secondary particle dose received by various organs was also assessed in the context of intracranial treatments and in order to demonstrate the advantage of VHEE beams over proton beams in terms of out-of-field neutron dose. In summary, the fast analytical models parameterised in this study allow the dose distribution produced by a VHEE system to be estimated with good accuracy, providing important information for the potential design of a VHEE system. The results of this work could support the development of FLASH-VHEE radiotherapy

Les rayons cosmiques ont joué un rôle important dans l’histoire de la Physlque depuis plus d'un siècle. Leur spectre s'étend pour plus de 10 ordres de grandeur. La présence du rayonnement de fond diffus cosmologique limite la distance de propagation et définit la classe des rayons cosmiques d'énergie ultra-haute (appelés UHECR) qui ont une énergie au-delà du seuil de production de pions, encore appelée coupure GZK. Les aspects généraux du problème sont analysés de façon critique. Je décris donc une méthode de reconstruction des trajectoires des UHECR dans I'univers proche, en partant du champ magnétique Galactique. Le code développé est capable de rétro-propager des particules chargées dans un champ magnétique quelconque. Le champ magnétique Galactique est reconstruit à travers les modèles actuels. Pour déterminer Ie champ magnétique extragalactique, j'ai utilisé une carte de I'univers local, extraite du catalogue HyperLEDA. Pour vérifier les effets de ces champs, j'ai rétro-propagé un faisceau de 40000 protons, d'un degré de rayon, dans la direction de I'amas de la Vierge. La déviation moyenne n'est pas négligeable. J'ai appliqué la même méthode à I'évènement triple de I'expérience AGASA auquel j'ai ajouté un quatrième évènement de HiRes. Parmi les sources possibles, j'ai identifié NGC3998, un noyau actif de galaxies, de la catégorie LINER, bon candidat pour I'accélération. Enfin, j'ai travaillé aussi sur un nouveau type de source: les trous noirs chargés, qui pourraient être a I'origine d'une émission de particules de très haute énergie. J'en décris Ie mécanisme d'accélération et Ie flux attendu, en suggérant une corrélation avec les sursauts gamma. Je propose donc une stratégie de reconstruction de trajectoires qui pourra être améliorée avec les prochaines expériences (AUGER, SKA, LOFAR) ainsi qu'une nouvelle source à rechercher a travers ce nouveau type d'astronomie
Cosmic rays play an important role in the history of Physics, since more tan a century. Their spectrum extends by more than 10 orders of magnitude. The cosmic background radiation constrains the propagation distance and defines the class of Ultra High Energy Cosmic Rays (UHECR) which carry energy well beyond the pion production threshold, called cutoff GZK. Several experiments studied the UHECR to understand their nature and origin. The general aspects of this problems are analyzed in a critical flavor. I describe a method for the reconstruction of UHECR trajectories within the local universe, starting from the Galactic Magnetic Field (GMF). My code is able to back-propagate charged particles in a magnetic field. To determine the extragalactic magnetic field, I used a local universe map, taken from the catalog HyperLEDA. To verify the effects of these fields on UHECR trajectories, I back-propagate a beam of 40000 protons, 1 degree wide, towards the direction of Virgo cluster. The mean deviation is 0. 780. And grows up to 1. 30 for a frozen field model. These values are not negligible. I applied the same method to the triple event of AGASA experiment, added of a fourth event from HiRes. Through the plausible sources, I identified NGC3998, an Active Galactic Nucleus, of LINER type, a good candidate for acceleration. Finally, I worked also on a new kind of source: the charged black holes, which can be at the origin of UHECR emission. I sketch the acceleration mechanism and the expected flux, suggesting a correlation with gamma-ray bursts. So I propose a strategy of trajectory reconstruction, which can be improved with the next generation experiments (AUGER, SKA, LOFAR), as well as a new source to be searches through this new kind of astronomy

L'astronomie gamma des Très Hautes Energies utilise jusqu'à aujourd'hui exclusivement comme détecteurs le Photomultiplicateur à Tube (PMT) pour capter les faibles flux lumineux des gerbes atmosphériques. Mais une alternative commence à apparaitre : les photodiodes à avalanche polarisées en mode Geiger appelées APD-Geiger. Le PMT est un détecteur conçu dans les années 70 qui présente certes de nombreux avantages mais qui souffre également d'inconvénients comme la taille, le coût, le poids ou encore la sensibilité aux champs magnétiques et surtout la difficulté à réaliser une pixellisation en matrice. Les APD-Geiger, sont des dispositifs à semi-conducteur composés d'une jonction PN intégrée dans une technologie spéciale pour la détection de très faible flux lumineux grâce à leur polarisation au delà de la tension d'avalanche. Les APD-Geiger présentent un gain de photoélectrons très élevé (~106), bien que dépendant fortement de la tension de polarisation au delà de l'avalanche. Ces photodiodes présentent de nombreux avantages par rapport aux photomultiplicateurs, notamment du point de vue de leur miniaturisation pour des applications basées sur l'imagerie, comme la détection de flashs Tcherenkov en astronomie gamma. Dans cette thèse, nous présentons l'étude, la conception et la réalisation de cette structure technologique basée sur du Silicium. Cette structure a montré sa fiabilité pour la détection de faibles flux lumineux avec une tension de claquage de 12V et un courant de fuite ne dépassant pas 10pA au claquage. Nous avons également mis au point, différents modèles physiques et électriques indispensables aux démarches d'optimisation technologiques ainsi qu'au développement des circuits de commande et de lecture, i. E. La base de toute technologie d'imagerie. Le travail présenté ici consiste en l'étude, la conception et la réalisation d'une matrice de pixels à haute sensibilité. Un projet de télescope Cerenkov basé sur cette technologie innovante est finalement présenté
Very High Energy gamma ray astronomy uses till now exclusively as detector the Photomultiplier Tube (PMT) to collect weak light flux of atmospheric showers. But an alternative is now emerging: Avalanche Photodiodes polarized in Geiger mode called "Geiger-APD". The PMT is a detector designed in the 70's which presents many advantages but also suffers from several drawbacks: size, weight, cost, sensitivity to magnetic field but especially difficulty to realize its pixilation in matrix. Geiger-APDs are semi-conductor devices made of PN junction integrated in a special technology to detect very low light flux, thanks to the polarization beyond the avalanche voltage. Geiger-APD presents very high photoelectron gain (˜106) strongly dependant on the polarization voltage beyond avalanche. These photodiodes present many advantages with respect to PMT, mainly as concerns miniaturization for applications based on imaging, such as the detection of Cerenkov flashes in gamma ray astronomy. In this thesis, we present the study, the design and the realization of a technological structure, based on Silicon. This structure has shown reliability to detect weak luminous flux with breakdown voltage at 12V and dark current below 10pA at breakdown. We also developed several models, physical and electrical, necessary to the technological optimization, as well to the development of control and readout circuits, i. E. The basis of any imaging technology. The work presented here consists in the study, the design and the realization of a matrix of high sensitivity pixels. A project of a Cerenkov telescope based on this innovative technology is also presented

Étudiée pour la première fois dans les années 60, la technique de radiodétection des gerbes atmosphériques montra des résultats prometteurs mais limités par les capacités techniques de l'époque. H.R.Allan synthétisa alors l'ensemble des connaissances dans une revue extensive dont les conclusions et les prédictions font encore référence aujourd'hui. L'expérience CODALEMA a été conçue en 2001 à l'observatoire de Nançay, d'abord comme un démonstrateur de la faisabilité de la technique de radiodétection des rayons cosmiques. Modifiée en profondeur en 2005, elle a permis de mettre en place une première corrélation en énergie et de prouver sans ambiguïté la prépondérance du champ magnétique terrestre dans l'émission radio de la gerbe. Le passage à de grandes surfaces de détection est la prochaine étape du développement de la technique. L'autonomie des détecteurs devient alors un élément crucial. Précédée de prototypes de tests installés en 2006 au sein de l'observatoire Pierre Auger, une nouvelle génération de détecteurs a depuis été développée et ses résultats sont détaillés. Cette thèse traite également des différentes problématiques liées à la technique de radiodétection : réponse d'antenne, sensibilité, impact de l'environnement, surveillance d'une expérience à grande échelle. La détermination, indépendamment d'un autre détecteur, des caractéristiques de la gerbe est discutée notamment la distribution latérale, la corrélation en énergie et la composition en fréquence du signal radio.

Etudiée pour la première fois dans les années 60, la technique de radiodétection des gerbes atmosphériques montra des résultats prometteurs mais limités par les capacités techniques de l’époque. H. R. Allan synthétisa alors l’ensemble des connaissances dans une revue extensive dont les conclusions et les prédictions font encore référence aujourd’hui. L’expérience CODALEMA a été conçue en 2001 à l’observatoire de Nançay, d’abord comme un démonstrateur de la faisabilité de la technique de radiodétection des rayons cosmiques. Modifiée en profondeur en 2005, elle a permis de mettre en place une première corrélation en énergie et de prouver sans ambiguïté la prépondérance du champ magnétique terrestre dans l’émission radio de la gerbe. Le passage à de grandes surfaces de détection est la prochaine étape du développement de la technique. L’autonomie des détecteurs devient alors un élément crucial. Précédée de prototypes de tests installés en 2006 au sein de l’observatoire Pierre Auger, une nouvelle génération de détecteurs a depuis été développée et ses résultats sont détaillés. Cette thèse traite également des différentes problématiques liées à la technique de radiodétection : réponse d’antenne, sensibilité, impact de l’environnement, surveillance d’une expérience à grande échelle. La détermination, indépendamment d’un autre détecteur, des caractéristiques de la gerbe est discutée notamment la distribution latérale, la corrélation en énergie et la composition en fréquence du signal radio
The radiodetection of extensive air showers, investigated for the first time in the 1960’s, obtained promising results but plagued by the technical limitations. At that time, H. R. Allan summed up the state of the art in an extensive review article whose conclusions and predictions are still used today. Set up in 2001 at the Nancay Observatory, the CODALEMA experiment was built first as a demonstrator and succesfully showed the feasibility of the radiodetection of extensive air showers. Radically modified in 2005, it allowed to obtain a clear energy correlation, and put in evidence an unambiguous signature of the geomagnetic origin of the electric field emission process associated to the air shower. The switch towards large areas is the next step of the technique’s development. Therefore, the autonomy of the detectors becomes essential. After test prototypes installed in 2006 at the Pierre Auger Observatory, a generation of new autonomous detectors was developed. Their first results will be presented. This work is also dedicated to the issues related to the radiodetection technique : the antenna response, the sensitivity, the surrounding effects, the monitoring of a big array. The determination of the shower characteristics independently of other detectors such as the lateral distribution, the energy correlation and the frequency spectrum of the radio transient will be discussed

L’autoradiographie b est une technique d’imagerie médicale qui permet de visualiser la localisation de molécules marquées avec des traceurs radioactifs émetteurs b dans des coupes histologiques. Cette technique est largement employée dans les domaines de la biologie cellulaire ou de la pharmacologie. Le développement de la technologie des détecteurs gazeux à structure PIM au laboratoire Subatech a permis d’aboutir à la conception d’un appareil d’imagerie b de très haute résolution spatiale (20 µm FWHM) réalisant des images d’une demi lame histologique sur des émetteurs de basses énergies comme du 3H ou de 14C. Le développement récent d’une nouvelle approche concernant la méthode de reconstruction du point d’émission permet d’élargir le champ d’application aux émetteurs de hautes énergies tels que l’131I, le 18F ou le 46Sc. Un nouveau dispositif de grande surface (18x18 cm2), compact et conçu pour l’utilisateur final a été mis au point. Il permet désormais l’imagerie de 10 lames de microscope simultanément. Grâce à une solution de multi-modalité, il conserve les bonnes caractéristiques de résolutions spatiales acquises précédemment en l’étendant sur une grande surface d’analyse. Différentes formes d’échantillons comme des coupes sur lames de microscope ou sur rubans adhésifs peuvent ainsi être analysés. Les simulations et les expérimentations menées durant cette thèse ont permis d’aboutir à un agencement optimal des structures composant le détecteur. La caractérisation et les résultats ont montré que la structure PIM est une structure à considérée dans le cadre de l’imagerie b de haute résolution sur différents types d’émetteurs
The b autoradiography is a widely used technique in pharmacology or biological fields. It is able to locate in two dimensions molecules labeled with beta emitters. The development of a gaseous detector incorporating micromesh called PIM in the Subatech laboratory leads to the construction of a very high spatial resolution apparatus dedicated to b imaging. This device is devoted to small analysis surface of a half microscope slide in particular of 3H or 14C and the measured spatial resolution is 20 µm FWHM. The recent development of a new reconstruction method allows enlarging the field of investigation to high energy beta emitters such as 131I, 18F or 46Sc. A new device with a large active area of 18x18 cm2 has been built with a user friendly design. This allows to image simultaneously 10 microscope slides. Thanks to a multi-modality solution, it retains the good characteristics of spatial resolution obtained previously on a small surface. Moreover, different kinds of samples, like microscope slides or scotches can be analysed. The simulation and experimentation work achieved during this thesis led to an optimal disposition of the inner structure of the detector. These results and characterization show that the PIM structure has to be considered for a next generation of b-Imager

L'autoradiographie b est une technique d'imagerie médicale qui permet de visualiser la localisation de molécules marquées avec des traceurs radioactifs émetteurs b dans des coupes histologiques. Cette technique est largement employée dans les domaines de la biologie cellulaire ou de la pharmacologie. Le développement de la technologie des détecteurs gazeux à structure PIM au laboratoire Subatech a permis d'aboutir à la conception d'un appareil d'imagerie b de très haute résolution spatiale (20 μm FWHM) réalisant des images d'une demi lame histologique sur des émetteurs de basses énergies comme du 3H ou de 14C. Le développement récent d'une nouvelle approche concernant la méthode de reconstruction du point d'émission permet d'élargir le champ d'application aux émetteurs de haute énergie tels que l'131I, le 18F ou le 46Sc. Un nouveau dispositif de grande surface (18x18 cm2), compact et conçu pour l'utilisateur final a été mis au point. Il permet désormais l'imagerie de 10 lames de microscope simultanément. Grâce à une solution de multi-modalité, il conserve les bonnes caractéristiques de résolutions spatiales acquises précédemment en l'étendant sur une grande surface d'analyse. Différentes formes d'échantillons comme des coupes sur lames de microscope ou sur rubans adhésifs peuvent ainsi être analysés. Les simulations et les expérimentations menées durant cette thèse ont permis d'aboutir à un agencement optimal des structures composant le détecteur. La caractérisation et les résultats ont montré que la structure PIM est une structure à considérer dans le cadre de l'imagerie b de haute résolution sur différents types d'émetteurs.

ALe télescope CAT (Cherenkov Array at Themis) est un nouvel instrument dédié à l'astronomie gamma de très haute énergie, entre 250 GeV et 20 TeV, opérationnel depuis septembre 1996. Cette thèse présente les techniques novatrices développées pour obtenir de hautes performances, en particulier l'électronique rapide et les très petits photomultiplicateurs. Les tests mis en œuvre prouvent le bon fonctionnement du déclenchement et de l'acquisition. Conjointement, une méthode d'analyse originale, fondée sur une exploitation exhaustive de l'information contenue dans l'image, est utilisée. Pour la première fois, des évènements gammas sont vus par deux détecteurs indépendants sur un même site et confortent la fiabilité de la technique Tcherenkov atmosphérique. Mais l'année 1997 a été marquée par l'émission gamma sans précèdent d'une source extra-galactique : le noyau actif Mrk501. Nettement plus élevé en moyenne que celui de la nébuleuse du crabe, son flux présente un indice spectral dur et de fortes variabilités. Cette détection a permis une confrontation des résultats des différentes expériences gamma au sol mais a également donne des renseignements précieux pour la compréhension astrophysique de ces objets : les modèles d'émission auto synchro Compton semblent favorisés. Le fond infra-rouge, rayonnement cosmologique important pour connaitre l'époque de la formation des galaxies, peut également être majoré à l'aide de ces données.

Les dix dernières années ont été marquées par l'arrivée à maturité de la technique d'imagerie Cherenkov atmosphérique, ce qui a permis, notamment grâce au réseau de télescopes HESS, l'ouverture d'une nouvelle fenêtre sur l'Univers non thermique. Ce mémoire d'habilitation retrace dix années de recherche en Astronomie Gamma de Très Haute énergie avec HESS puis CTA. Les aspects techniques tels que la conception de l'instrument, son calibrage, la reconstruction des événements et l'analyse de données sont présentées dans une première partie, tandis que la seconde brosse un panorama des grandes découvertes dans ce domaine.

Le télescope ANTARES pour detecter les neutrinos de haute énergie est un réseau tridimensionnel de photomultiplicateurs répartis sur 12 lignes, installés sur le fond marin de la Méditerranée. Le détecteur a été utilisé dans des configurations partielles depuis Mars 2006 et le déploiement a été achevée en mai 2008. Le principal objectif de l'expérience est la recherche de neutrinos de haute énergie à partir de sources astrophysiques . Un télescope à neutrinos dans l'hémisphère Nord inclut le centre galactique dans son champ de vision et il peut être considéré comme complémentaire au télescope IceCube en Antarctique. Le détecteur est optimisée pour la détection de neutrinos muoniques, au delà de la seuile de 1 TeV et en détectant les muons issus des interactions, particules chargées qui peuvent voyager kilomètres et sont presque colinéaires avec les neutrinos originaires. Les neutrinos de haute énergie peuvent avoir différentes origines : ils pourraient être créés lors de l'interaction des rayons cosmiques énergétiques élevés avec le CMB ou dans des phénomènes cosmologiques tels que restes de supernovae ou AGN. Il y a d'autres sources possibles en raison de nouvelles théories dans le domaine de la physique au-delà du Modèle Standard. Dans ma troisième année de thèse, j'ai effectué la recherche pour des neutrinos muoniques extraterrestres d'énergie ultra-haute (dans la gamme dynamique de 100 PeV - 10 EEV) issus de sources non résolues . Si la sensibilité des techniques de recherche de sources ponctuelles est trop petit à détecter flux de neutrinos de corps célestes individuels, il est possible que les sources ensemble pourraient produire un excès d'événements au cours du fond de neutrinos atmosphériques et reconnaissable comme un signal UHE. La sensibilité du détecteur de neutrinos ANTARES à diffuser est évaluée à partir de simulations MonteCarlo, une production dédiée à la gamme d'énergies écrit ci-dessus. L'absorption des neutrinos par la Terre pour des énergies supérieures que PeV avait été prise en compte, de sorte que la recherche de l' astrophysique signal est limitée près de l'horizon. Dans cette zone angulaire la plus sévère source de fond sont les neutrinos atmosphériques , mais aussi les muons atmospheriques qui même très réduites en nombre, peuvent feindre un signal cosmique. Sachant que les événements UHE déposent une grande quantité de lumière dans le détecteur , six des variables de ce type ont été choisies et ensuite une combinaison d'entre eux a été utilisés pour discriminer le signal du fond. J'ai pris en compte les différentes configurations de détection du Dec. 2008 à Décembre 2011 lors de l'analyse des données , avec une durée de vie équivalente de 800 jours. Les résultats sont représentés et la limite supérieure de flux diffus de neutrinos va être estimé, compte tenu de différents types de flux de UHE astrophysique sources d'accélération , comme AGN , un Waxman - Bahcall comme spectre ou un modèle de GZK coupure , dans le scénario de neutrinos cosmologique.

Depuis les fonds méditerranéens, les quelques 900 photomultiplicateurs du télescope à neutrinos ANTARES scrutent les abysses pour tenter de discerner, parmi la bioluminescence et la radioactivité marine, les photons Čerenkov émis par les muons issus de neutrinos astrophysiques, et de distinguer ces muons de ceux générés par les gerbes atmosphériques produites par les rayons cosmiques. ANTARES accumule des données depuis 2006 ; cette prouesse technique permet d'envisager un avenir favorable à l'astronomie neutrino sous-marine : ANTARES devrait être le précurseur d'un instrument de plus grande envergure, KM3NeT. Les performances d'un télescope sont caractérisées, entre autres, par sa résolution angulaire. Dans le cas d'ANTARES, celle-ci est directement liée à la résolution temporelle des éléments du détecteur. La correction de l'une des principales sources de dégradation de cette résolution temporelle, l'effet de walk créé par l'établissement d'un seuil fixe pour le filtrage du signal issu des photomultiplicateurs, est exposée dans ce manuscrit. Cette correction, mise en œuvre dans la chaîne logicielle officielle de la collaboration ANTARES, améliore notamment l'estimateur de qualité de la reconstruction des événements. L'implémentation présentée laisse le champ libre à certaines optimisations. L'auteur tente en outre d'évaluer, à partir d'une simulation Monte-Carlo complète, la possibilité d'utiliser des sources de photons de très haute énergie comme sources de muons calibrées afin d'estimer le pointé absolu et la résolution angulaire du télescope. Bien que la procédure soit intrinsèquement entachée de larges incertitudes, il est démontré que la possibilité de détecter de telles sources est extrêmement faible. Cette étude montre également que les photons de très haute énergie ne constituent pas une source notable de bruit de fond neutrino.

Depuis les fonds méditerranéens, les quelques 900 photomultiplicateurs du télescope à neutrinos Antares scrutent les abysses pour tenter de discerner, parmi la bioluminescence et la radioactivité marine, les photons Cerenkov émis par les muons issus de neutrinos astrophysiques, et de distinguer ces muons de ceux générés par les gerbes atmosphériques produites par les rayons cosmiques. Antares accumule des données depuis 2006 ; cette prouesse technique permet d’envisager un avenir favorable à l'astronomie neutrino sous-marine : Antares devrait être le précurseur d’un instrument de plus grande envergure, KM3NeT. Les performances d’un télescope sont caractérisées, entre autres, par sa résolution angulaire. Dans le cas d’Antares, celle-ci est directement liée à la résolution temporelle des éléments du détecteur. La correction de l’une des principales sources de dégradation de cette résolution temporelle, l’effet de walk créé par l’établissement d’un seuil fixe pour le filtrage du signal issu des photomultiplicateurs, est exposée dans ce manuscrit. Cette correction, mise en oeuvre dans la chaîne logicielle officielle de la collaboration Antares, améliore notamment l’estimateur de qualité de la reconstruction des événements. L’implémentation présentée laisse le champ libre à certaines optimisations. L’auteur tente en outre d’évaluer, à partir d’une simulation Monte-Carlo complète, la possibilité d’utiliser des sources de photons de très haute énergie comme sources de muons calibrées afin d’estimer le pointé absolu et la résolution angulaire du télescope. Bien que la procédure soit intrinsèquement entachée de larges incertitudes, il est démontré que la possibilité de détecter de telles sources est extrêmement faible. Cette étude montre également que les photons de très haute énergie ne constituent pas une source notable de bruit de fond neutrino
From the seafloor, the 900-odd photomultiplier tubes of the Antares neutrino telescope scrutinize the abysses attempting to discern, amid bioluminescence and marine radioactivity, Cerenkov photons emitted by muons from astrophysical neutrinos, and to distinguish these muons from those generated by air showers produced by cosmic rays. Antares has been collecting data since 2006 ; this feat of engineering has paved the way for submarine neutrino astronomy : Antares is expected to be the forerunner of a larger instrument, KM3NeT. A telescope’s performance is characterized in part by its angular resolution. In the case of Antares, the angular resolution is directly related to the time resolution of the detector’s elements. This manuscript presents a correction for one of the main sources of deterioration of this time resolution, the walk effect induced by the set up of a fixed threshold for triggering the photomultiplier tubes signal. This correction, implemented in the official software chain of the Antares collaboration, improves in particular the events reconstruction quality estimator. This implementation allows further optimizations. The author also attempts to evaluate, using a complete Monte-Carlo simulation, the possibility of using very high energy photon sources as calibrated muon beams in order to estimate the absolute pointing and the angular resolution of the telescope. Although limited by large uncertainties, it is demonstrated that the possibility to detect such sources is extremely small. In addition, it is shown that the atmospheric neutrino background induced by very high-energy photons is negligible

La propagation des rayons Ɣ de très haute énergie (E > 100GeV) dans l'univers est affectée par les propriétés du milieu extragalactique. Ces photons à l'échelle du TeV, issus des processus d'accélération de particules dans les noyaux actifs de galaxies, peuvent en effet interagir avec des photons du fond optique et infrarouge qui baignent l'univers et produire des paires d'électrons et de positrons. Ce processus réduit la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie mais permet en revanche de sonder les propriétés du milieu extragalactique de façon unique. Dans cette thèse, les données prises par le réseau de télescopes à imagerie Tcherenkov atmosphérique H.E.S.S. sont analysées et utilisées afin de caractériser la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie. Une mesure indépendante de la distribution spectrale en énergie du fond cosmologique optique et infrarouge est réalisée à travers l'ajustement des modulations observées dans les spectres en énergie obtenus avec H.E.S.S. pour un échantillon de noyaux actifs de galaxies brillants dans une gamme en redshift 0.03 < z < 0.28. Les résultats obtenus sont compatibles avec les limites inférieures dérivées par comptages de galaxies et ne suggèrent pas d'anomalie de la transparence de l'univers aux rayons Ɣ vis à vis des modèles actuels du fond de lumière extragalactique. Des processus de second ordre affectant la propagation des rayons Ɣ de très haute énergie sont également explorés. Des limites sur une brisure de la symétrie de Lorentz à l'échelle de Planck sont obtenues à partir de l'analyse spectrale du noyau actif Mrk 501 observé dans un état de flux exceptionnel par H.E.S.S. en 2014, à grand angle zénithal. Enfin, des contraintes sur le champ magnétique extragalactique sont dérivées en considérant l'émission Ɣ secondaire attendue à partir de simulations des cascades électromagnétiques initiées lors du processus d'absorption pour le noyau actif distant PG 1553+113 vu par H.E.S.S. et le télescope spatial Fermi. Cette thèse a également été l'occasion d'une participation aux développements de certains aspects de la calibration et de l'analyse des données de H.E.S.S
The propagation of very high energy Ɣ rays in the universe depends on the properties of the extragalactic medium. Such TeV-scale photons travelling cosmological distances are -emitted through particle acceleration mechanisms in active galaxy nuclei- can interact with the low-energy photons of the extragalactic background light (EBL) and produce electron-positron pairs. This effect reduces the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays but it also provides a unique opportunity to probe the properties of the extragalactic medium. In this thesis, data taken with the H.E.S.S. array of Cherenkov telescopes are analyzed and used to characterize the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays. A independent measurement of the spectral energy distribution of the EBL with H.E.S.S. is presented. It is obtained by extracting the EBL absorption signal from the fit of spectral modulations in the high-quality spectra of a sample of bright blazars in the redshift range 0.03 < z < 0.28. The intensity of the EBL obtained in different spectral bands is presented together with the associated Ɣ-ray horizon. The obtained results are consistent with lower limits derived from galaxy counts and do not suggest an anomaly of the transparency of the universe to Ɣ rays with respect to current models of the extragalactic background light. Second-order processes affecting the propagation of very high energy Ɣ rays in the universe are also considered. Limits on Lorentz invariance violation at Planck scale are obtained from the spectral analysis of the active galaxy nucleus Mrk 501 observed during a high-flux state by H.E.S.S. in 2014, at large zenith angle. Finally, constraints on the extragalactic magnetic field properties are derived by considering the secondary Ɣ-ray emission expected from the simulation of electromagnetic cascades initiated by the absorption process for the distant active galaxy nucleus PG 1553+113 seen by H.E.S.S. and the Fermi Ɣ-ray space telescope. In this thesis some developments related to the calibration and analysis of H.E.S.S. data are also presented

La réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale, aussi bien près de la porteuse que loin de la porteuse, présente un véritable enjeu. C'est dans cette optique que s'inscrivent les travaux présentés dans ce manuscrit. Dans un oscillateur, les origines des fluctuations de phase sont diverses, cependant le bruit généré par le composant actif utilisé pour l'amplification est souvent majoritaire et constitue le principal problème à résoudre pour améliorer les performances du dispositif. L'étude des amplificateurs microonde dédiés aux applications à faible bruit de phase constitue par conséquent la problématique essentielle de ce manuscrit. Pour effectuer une telle analyse, nous avons fais le choix d'une approche en boucle ouverte pour la caractérisation et pour la simulation. Par conséquent, il est nécessaire de disposer d'une métrologie du bruit de phase appliquée à cette approche et de mettre en oeuvre des moyens pour atteindre de faibles niveaux de plancher de bruit de phase. Un oscillateur à très faible bruit de phase ne peut être obtenu qu'après une sélection minutieuse du transistor ainsi que l'optimisation des conditions d'utilisation de celui-ci. Cela implique, notamment, la connaissance des mécanismes responsables de la génération de bruit de phase du transistor. En effet, outre le bruit basse fréquence converti, le bruit haute fréquence constitue une des causes de ce bruit. Ce dernier est prédominant dans le spectre de bruit de phase loin de la porteuse pour les transistors à faible bruit en 1/f. Or cette zone de bruit de phase est de première importance pour la performance de la plupart des oscillateurs (DRO, VCO,. . . ). La corrélation entre ce bruit et le bruit de phase a été justifiée à travers une étude expérimentale détaillée comprenant notamment la mesure du facteur de bruit en régime non-linéaire de plusieurs transistors bipolaires. La performance en bruit de phase résiduel ne constitue pas le seul critère pour la réalisation d'un tel oscillateur. En effet, il est nécessaire aussi de considérer la performance en gain du transistor. Afin de tenir compte de ces deux critères, un facteur de sélection a été établi dans ce mémoire
The aim of this theory is to present a methodology for the design of high spectral purity microwave sources, featuring state of the art performance both at low and high offset frequencies. The origin of oscillator phase noise is due to different fluctuations or perturbations. But, the main contributor to this noise is the microwave transistor. The study of microwave amplifiers dedicated to low phase noise applications is thus the main subject of this manuscript. It is interesting to study transistor phase noise instead of oscillator phase noise, because a device in open loop configuration is easier to model or to characterize than an oscillating device. Therefore, our study has been firstly based on experimental results obtained from a phase noise measurement bench which some special techniques have been implemented to characterize ultra low phase noise devices. Selecting the appropriate device and using this transistor in appropriate operating conditions are some keys of success in low phase noise oscillator design. This involves a good knowledge of the noise generation mechanisms. The transistor phase noise is indeed not entirely related to the device low frequency noise properties. .

L'expérience H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System) a pour objectif l'observation du ciel austral en rayons γ de très haute énergie. L'observatoire, constitué de quatre télescopes fonctionnant en stéréoscopie et situé en Namibie, est un des plus performants au monde. Enregistrant des données depuis 2003, c'est l'instrument idéal pour l'observation du plan galactique et la détection des nombreuses sources qui s'y trouvent. Trois méthodes d'analyse ont été mises en place, s'appuyant sur différentes propriétés des gerbes électromagnétiques issues de l'interaction des γ avec l'atmosphère. L'objectif premier de cette thèse était de combiner les informations issues de ces trois méthodes pour la sélection des événements et la reconstruction de la direction et de l'énergie des gamma. La nouvelle analyse, appelée Xeff, apporte un gain significatif sur la qualité de la sélection et sur la précision de reconstruction de l'énergie et de la direction. L'analyse Xeff a été utilisée pour l'étude de nébuleuses de pulsar telles que Vela X, GO. 9+0. 1 et MSH 15-52. De nouveaux résultats ont été mis en évidence concernant l'extension de la source (Vela X) ou la forme spectrale (GO. 9+0. 1 et MSH 15-52) grâce à de nouvelles observations et à l'efficacité de l'analyse mise en place. Dès 2010, l'expérience rentrera dans une nouvelle phase avec l'achèvement d'un cinquième télescope, dédié à l'observation des rayons gamma à partir de quelques dizaines de GeV. Les tests mis en place pour l'étalonnage des photomultiplicateurs et les résultats obtenus sont décrits dans le manuscrit
H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System) is one of the leading systems of four Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes that investigates very high energy (VHE) cosmic γ-rays in the 100 GeV to 100 TeV energy range. H. E. S. S. Is located in Namibia, near the Gamsberg mountain and operational since December 2003. The H. E. S. S. Experiment is mainly aimed to the observation of the southern sky including the galactic plan and the numerous astrophysics sources therein. Three analysis methods have been developed using various properties of the electromagnetic showers generated by the interaction of primary cosmic γ-rays within the Earth atmosphere. The first goal of this thesis was to combine the information from these methods for the selection and the energy and direction reconstruction of γ-ray events. The new analysis called Xeff improves significantly the quality of the selection and the precision of the reconstruction. This analysis has been afterwards applied to the study of pulsar wind nebulae like Vela X, GO. 9+0. 1 and MSH 15-52. New results were found concerning the source extension (Vela X) or spectral analysis (GO. 9+0. 1 and MSH 15-52) at TeV energies, thanks to additional data and to the improved efficiency of the new method. In 2010, a new phase will begin with the achievement of a fifth telescope dedicated to γ-ray observation from tens GeV. The calibration processes of the photomultipliers equipping the camera of the new telescope, as well as the results of the tests, are also described in this thesis

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'etude d'un transistor bipolaire compatible avec la technologie cmos du centre national d'etudes des telecommunications de meylan. Dans un premier temps, la structure du composant est presentee: elle est derivee de celle du transistor pmos et sa specificite est l'utilisation d'un caisson de phosphore implante a haute energie en tant que collecteur. Nous decrivons les procedures et les outils de caracterisation mis en jeu. Apres avoir expose les effets collecteurs, nous procedons a une etude approfondie du comportement du collecteur implante a haute energie au moyen de la simulation: les mecanismes provoquant la degradation des performances a fort niveau de courant sont mis en evidence. L'influence de la siliciuration sur les caracteristiques electriques du transistor est analysee. A partir de mesures statiques, dynamiques et des resultats obtenus sur des oscillateurs en anneau ecl, nous donnons une evaluation du dispositif pour deux types de collecteurs: un collecteur correspondant au caisson du pmos et un collecteur plus fortement dope. Ces performances sont comparees a celle de transistors dont le collecteur est constitue d'une couche enterree et d'une epitaxie. Ainsi, nous montrons que la technologie bicmos developpee correspond a un excellent compromis cout-performance. Enfin, l'integration du composant dans un circuit utilisable dans les telecommunications prouve que cette technologie est adaptee aux applications fonctionnant jusqu'a des frequences de quelques gigahertz

La diffraction des rayons X permet d’obtenir des informations sur la structure atomique et même sur la distribution de charges de composés sous forme cristalline, ce qui est d’une importance fondamentale pour la compréhension de leurs propriétés. Accéder expérimentalement à une description de la distribution de charges de systèmes macromoléculaires reste rarement possible malgré les améliorations techniques. Pour pallier cette limite, la transférabilité des paramètres de distributions de charges est un moyen fiable d’obtenir pour ces systèmes un modèle estimé et d’en déduire leurs propriétés électrostatiques. Les résultats présentés dans ce travail de thèse s’intègrent dans une dynamique visant à étendre les méthodes initialement réservées pour l’étude des petites molécules aux systèmes macromoléculaires. Il s’articule autour du développement de la suite de logiciels MoPro et de la banque de données ELMAM (Experimental Library of Multipolar Atom Model) pour l’étude des énergies des interactions électrostatiques au sein du site actif de complexes enzyme-inhibiteur. L’étude du fidarestat, un inhibiteur de l’holoenzyme aldose réductase, réalisée à partir de données obtenues à très haute résolution, est exposée dans ce manuscrit et a servi notamment à l’amélioration de la banque ELMAM en vue de l’étude des complexes holoenzymes aldo-keto réductase. A cette occasion, la légitimité du recours aux modèles transférés de distribution de charges a été discutée pour la première fois par une estimation statistique des incertitudes sur les énergies d’interaction électrostatique entre enzyme et inhibiteur
X-ray diffraction allows to obtain information about atomic structure and charge density distribution of crystal-state compounds, which is of main interest for the understanding of their properties. Reaching experimentally charge density distribution description of macromolecular systems is rarely possible despite technical improvements. To get around this limit, the transferability of charge density distribution parameters is a reliable way to obtain for these systems estimated model and to deduce their electrostatic properties. Works introduced in this PhD thesis manuscript take part in the will of extending methods initially for study of small molecules to macromolecular systems. It is centered on the development of the MoPro software suite and of ELMAM database (Experimental Library of Multipolar Atom Model) for the study of electrostatic interaction energies in enzyme-inhibitor complexes’ active site. The study of fidarestat, an inhibitor of aldose reductase holoenzyme, performed using ultra-high resolution data, is exposed in this manuscript and allowed to improve ELMAM database for the study of electrostatic interaction in aldo-keto reductase holoenzyme complexes. Moreover, the legitimacy of using transferred charge density distribution models was discussed for the first time, thanks to statistical estimation of uncertainties on electrostatic interaction energies between enzyme and inhibitor

Le centre de notre Galaxie abrite un trou noir super massif appelé Sgr A*. L'expérience HESS a observé la région en rayons gamma de très haute énergie, et a détecté source compacte HESS J1745-290 à une position compatible avec le trou noir, ainsi qu'une émission diffuse qui a été interprétée comme étant due à la présence d'un excès de particules énergétiques fraîchement injectées par un PeVatron. Un point clé quant à l'origine de l'émission diffuse concerne l'établissement de l'association entre Sgr A* et la source au Centre : sa possible extension, son comportement spectral ainsi que ses possibles variations temporelles. En effet, il existe deux objets compatible avec la position de HESS J1745-290, pouvant théoriquement émettre en rayons gamma à très haute énergie : Sgr A* et la nébuleuse de pulsar G359,95-0,04. Cette thèse se propose d'investiguer ces questions aussi bien d'un point de vue théorique qu'à travers l'analyse des très nombreuses données prises par HESS. Ce travail permettra également de dégager les perspectives pour les premières années d'observation du Centre Galactique avec CTA. En reprenant un modèle d'émission gamma via l'interaction en rayons cosmique et nuages moléculaire, et en y incorporant une description spatiale gaz cible, nous avons pu modéliser l'évolution temporelle du flux gamma au TeV à partir d'un spectre d'injection de protons, d'une hypothèse sur la vitesse de diffusion de ceux-ci et d'un scénario d'injection de particules (2 éruptions il y a 100 et 200 ans). Nous trouvons que la variations de flux correspondant à nos hypothèses est de l'ordre de 10 à 15 % sur la période d'observation de HESS. En ce qui concerne l'analyse des données HESS à proprement parler, nous commençons par la mise en pratique de l'analyse spectro-morphologique (ou analyse 3D) récemment mise au point pour HESS, appliquée au Centre Galactique. Cela nous permet d'obtenir le premier spectre intrinsèque de la source HESS J1745-290, c'est-à-dire séparé de toute contribution de l'émission diffuse. Nous effectuons au passage une ré-estimation de l'amplitude des erreurs systématiques de HESS sur les paramètres spectraux, en utilisant notamment les nouveaux outils numériques développés dans le cadre de la librairie python gammapy. La séparation des contributions de HESS J1745-290 et de l'émission diffuse est ce qui nous permet ensuite de suivre l'évolution temporelle de la source centrale. En effet, le suivi d'une source sur une quinzaine d'année est compliqué par les nombreux changements (instrumentaux, climatiques, etc.) qu'a connu le système HESS. Nous utilisons donc l'émission diffuse comme référence pour suivre plus précisément les variations intrinsèques de la source HESS J1745-290. Nous n'observons cependant pas de signe de variabilité sur la période 2004-2019. Pour estimer la sensibilité de HESS aux variations temporelles, afin de déterminer les scénarios d'évolution que l'on peux d'ores et déjà exclure, nous avons simulé des données HESS, en utilisant les fonctions de réponse de l'instrument et différents modèles d'évolution temporelle. Nous trouvons que la variation du flux de HESS J1745-290 sur une année est détectable si elle est supérieure à 30 %. Ensuite, pour une décroissance linéaire du flux entre 2004-2019, HESS est en mesure de la détecter si elle est supérieure à 30 % sur 16 ans. On en déduit que le modèle élaboré précédemment n'est pas exclus par les observations de HESS. Enfin, en utilisant des fonctions d'instrument prévisionnelles pour CTA, nous avons pu effectuer des prédictions sur les performances de CTA quant à l'observation de HESS J1745-290 : nous déterminons que CTA aura une résolution angulaire suffisante pour déterminer si cette source gamma est associée à Sgr A* ou G359,95-0,4. De plus, la sensibilité de CTA aux faibles variations de flux permettra de confirmer ou d'infirmer le scénario d'évolution temporelle étudier dans notre travail
At the Centre of our Galaxy lies a supermassive black hole named Sgr A*. The HESS experiment has been observing the region in very high energy gamma rays, and has detected a compact source HESS J1745-290, compatible in position with the black hole, as well as a diffuse emission, interpreted as a proof of an excess of energetic particles, freshly injected by a PeVatron. The key to understanding the origin of the diffusion emission is the establishment of an association between Sgr A* and the central source : its possible extension, its spectral behaviour and its possible time variations. Indeed, there are two objects compatible with the position of HESS J1745-290, which could theoretically emit very high energy gamma rays : Sgr A* and the pulsar nebula G359,95. This thesis will investigate these questions from a theoretical perspective and then through the analysis of the many data HESS has gather on the Galactic Centre (GC). This work will also allow to offer prospects for the first years of CTA observing the GC. By using gamma ray emission model relying on the interaction between cosmic rays and molecular clouds, and by incorporating a spatial description of the target gas, we were able to model the temporal evolution of the gamma ray flux at TeV energies from a injection spectrum of protons, a hypothesis on their diffusion speed and a particle injection scenario (2 massive flares 100 and 200 years ago). We find that the flux variations corresponding to our assumptions are of the order of 10 to 15% during the HESS observation period. With regard to the analysis of HESS data we begin with the practical application of the spectro-morphological analysis (or 3D analysis) recently developed for HESS, applied to the Galactic Center. This allows us to obtain the first intrinsic spectrum of the HESS J1745-290 source, i.e separated from any contribution from the diffuse emission. We also re-estimate of the amplitude of the systematic errors of HESS on the spectral parameters, using in particular the new numerical tools developed within the framework of the python library gammapy. The separation of the contributions from HESS J1745-290 and the diffuse emission is what allows us to better study the temporal evolution of the central source. Indeed, monitoring a source over fifteen years is made difficult by the many changes (instrumental, climatic, etc.) experienced by the HESS system. We therefore use the diffuse emission as a reference to monitor more precisely the intrinsic variations of the HESS J1745-290 source. However, we do not observe any sign of variability over the period 2004-2019. To estimate the sensitivity of HESS to temporal variations, and in order to determine the evolution scenarios that we can already exclude, we simulated HESS data, using the response functions of the instrument and different models of temporal evolution. We find that the variation in flux of HESS J1745-290 over a single year is detectable if it is greater than 30%. Then, for a linear decrease in flux between 2004-2019, HESS is able to detect it if it is greater than 30% over 16 years. We deduce that the particle injection model developed previously is not excluded by the observations of HESS. Finally, using predictive instrument functions for CTA, we were able to make predictions about CTA's performance with respect to the observation of HESS J1745-290 : we determine that CTA will have sufficient angular resolution to determine whether this gamma source is associated with Sgr A* or G359.95-0.4. In addition, CTA's sensitivity to low flux variations will confirm or invalidate the temporal evolution scenario studied in our work

Depuis plus d’un siècle, les rayons cosmiques d’ultra-haute énergie (RCUHE), ayant une énergie supérieure à 1018 eV, continuent d’entretenir le mystère : Quelle est leur composition ? D’où viennent-ils ? Comment atteignent-ils de telles énergies ? Ces particules chargées, suffisamment énergétiques pour atteindre la Terre, forment des gerbes de particules secondaires via leurs interactions avec l’atmosphère dont le développement est caractéristique de la nature de la particule primaire. L’observatoire Pierre Auger, avec sa structure hybride et son gigantesque réseau de détecteurs peuvent apporter des réponses. L’étude de la composition des RCUHEs a été étudiée avec le réseau de surface de l’observatoire Pierre Auger. Cette dernière est cruciale à la fois pour comprendre les interactions hadroniques, qui constituent le développement des gerbes, et pour identifier leurs sources. Cela peut également aider à comprendre l’origine de la coupure spectrale aux plus hautes énergies : s’agit-il de la coupure GZK ou à l’extinction des sources. Toutes ces raisons motivent la première partie de la thèse, à savoir la mise en place d’une méthode permettant d’extraire la composante muonique des gerbes atmosphériques et d’en déduire la composition. Les résultats de cette méthode montrent une dépendance de la composition avec la distance à l’axe de la gerbe, qui pourrait aider à améliorer les modèles hadroniques. Dans les conditions actuelles du réseau de surface, l’identification de la composante muonique présente des limites.La seconde partie est consacrée au nouvel observatoire en Chine, LHAASO. Ce projet s’intéresse à l’étude des gammas supérieurs à 30 TeV, qui signeraient l’accélération de proton dans la galaxie, donnant ainsi des informations indirectes sur les rayons cosmiques. D’autre part, l’observatoire vise à étudier les rayons cosmiques entre 10 TeV et 1 EeV, région où le spectre en énergie présente une rupture. Cette région nécessite de pouvoir discriminer les gammas des rayons cosmiques. A ce titre, l’un des détecteurs de LHAASO, le KM2A, a été simulé et son pouvoir de discrimination gamma/hadron évalué
During the past century, ultra-high-energy cosmic rays (UHECR), those with an energy larger than 1018 eV, remain as a mystery: What are cosmic rays? Where do they come from? How do they attain their huge energy? When these charged particles strike the earth's atmosphere, they dissipate their energy by generating a shower of secondary particles whose development is significantly different depending on the nature of the primaries. The Pierre Auger observatory, with its hybrid structure and huge size network of ground detectors, can shed some light into these questions.The study of the composition of UHECR was performed with the Pierre Auger apparatus. This is crucial both to understand the hadronic interactions, which govern the evolution of showers, and to identify their sources. It can help to understand the origin of the energy spectrum cut-off: is it the GZK cut-off or the exhaustion of sources? These reasons motivate the first part of this thesis: the development of a method to extract the muonic component of air showers and deduce the implications on the composition of UHECR at the Pierre Auger observatory. The results of this method show a dependence of the composition with the distance to the axis of the shower, which could help to improve the hadronic models. The determination of the muon component is limited by the surface detector setup.The second part is devoted to the new observatory in China, LHAASO. This project focuses on the study of gamma rays with an energy higher than 30 TeV, which probe the acceleration of protons in the galaxy, providing indirect information on cosmic rays. Moreover, the observatory studies cosmic rays between 10 TeV and 1 EeV, one of the regions where the energy spectrum presents a break. This region requires the ability to discriminate gamma rays and cosmic rays. For this reason, one of the detectors of LHAASO, the KM2A, was simulated and its power of discrimination gamma/hadron evaluated

La phase II de l’expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constituée de cinq télescopes à imagerie Cherenkov dédiés à l’observation de sources astrophysiques de l’hémisphère sud émettant des photons au-delà de 30 GeV. Cette thèse présente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaîne d’analyse associée avec une attention particulière sur le cinquième télescope mis en opération en juillet 2012. Les méthodes d’étalonnage du système sont détaillées. Ensuite, une méthode d’analyse des données, basée sur un modèle semi-analytique de développement des gerbes électromagnétiques dans l’atmosphère, est expliquée. Une méthode de reconstruction du spectre en énergie des sources de photon gamma de haute énergie est présentée. Les méthodes de sélection des photons gamma parmi le bruit de fond de hadrons sont étudiées. En particulier, le développement d’une nouvelle variable de rejet du bruit de fond utilisant les données temporelles du cinquième télescope est exposé. Une étude systématique des performances de l’analyse ainsi que des coupures de sélection des photons gamma est effectuée dans le but d’atteindre le plus bas seuil en énergie possible en contrôlant la soustraction du bruit de fond. Le Centre Galactique a longuement été observé par H.E.S.S., qui a mis à jour une source ponctuelle très brillante à très haute énergie ainsi qu’une une émission diffuse le long du plan Galactique. Les observations du Centre Galactique par la phase II de H.E.S.S. au cours de l’année 2014 sont présentées. Une reconstruction spectrale de la source centrale est effectuée
The phase II of the H.E.S.S. experiment (High Energy Stereoscopic System) consists of five imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study the southern astrophysical sources above 30 GeV. This thesis present the detector as well as the analysis chain, with a deep look on the fifth telescope commissioned on July 2012. The calibration method are described in detail. Then, an analysis based on a semi-analytical model of the electromagnetic shower development in the atmosphere is explained. A tool to reconstruct the energy spectrum of the very high energy gamma ray sources is presented. The methods of gamma ray selection among the hadron background are studied. Especially, the development of a new variable using the temporal data of the fifth telescope for the background rejection is shown. A systematic study of the analysis performances and of the selection cuts is accomplished, in order to reach the lowest energy threshold while keeping control of the background subtraction. The Galactic Centre has long been observed by H.E.S.S., which has detected a bright and punctual source at very-high energy as well as a diffuse emission along the Galactic plan. The Galactic Centre observations performed by the phase II of H.E.S.S. during the year 2014 are presented. A spectral reconstruction of the central source is performed

En tant que laboratoire national pour la métrologie des rayonnements ionisants, le Laboratoire National Henri Becquerel met au point les méthodes de mesures absolues pour établir les références dosimétriques. Il dispose, entre autres, de références dans des faisceaux de rayons X utilisés en radiothérapie et ayant une taille de champ comprise entre 10 et 2 cm de côté. Afin de s’approcher des plus petits champs utilisés en clinique, la miniaturisation des détecteurs absolus n’étant pas possible, il est proposé dans cette thèse de remplacer la dose absorbée en un point par le produit dose surface (PDS). L’applicabilité du PDS mesuré à l’aide de dosimètres dont la surface sensible est plus grande que celle du champ de rayonnement a été vérifiée. Ainsi, un calorimètre graphite avec une surface sensible de 3 cm de diamètre a été conçu, construit et testé. En vue du transfert des références dosimétriques à l’utilisateur, une chambre d’ionisation de même diamètre a elle aussi été réalisée et testée. Son coefficient d’étalonnage en termes de PDS a été déterminé dans des faisceaux circulaires de 2, 1 et 0.75 cm de diamètre avec une incertitude type inférieure à 0.7 %. La distribution relative de la dose absorbée dans l’eau en deux dimensions a été mesurée au moyen d’un dosimètre diamant, d’une chambre d’ionisation PinPoint et de films gafchromiques, pour lesquels un protocole de lecture spécifique a été mis au point. Les résultats dans le faisceau de 2 cm de diamètre ont montré un bon accord entre les approches en termes de PDS et de dose absorbée dans l’eau en un point, après application des facteurs de correction obtenus au moyen de simulations Monte Carlo et des mesures de distribution de dose. Les coefficients d’étalonnage de la chambre d’ionisation de grandes dimensions établis dans les champs de 1 et 0.75 cm de diamètre sont compatibles aux incertitudes près mais s’écartent de -2.6 % de celui établi dans le champ de 2 cm de diamètre. L’utilisation du PDS nécessite donc une surface de détection notablement plus grande que la section du mini-Faisceau
The French primary standard dosimetry laboratory “Laboratoire National Henri Becquerel” is in charge of the establishment of dosimetric standards for ionizing radiation beams. Absolute dose measurements are thus available for X-Ray beams used in radiotherapy for field sizes between 10 and 2 cm. Since the miniaturization of absolute dosimeters is not possible for smaller field sizes, a dose area product (DAP) has been suggested as a substitute to the absorbed dose at a point.In order to measure a DAP with dosimeters which sensitive surface is larger than the beam, a graphite calorimeter with a sensitive surface of 3 cm diameter was designed, built and tested. An ionization chamber with the same diameter was realized and tested to transfer the dosimetric references to the end users. Its calibration factor in terms of DAP was determined in circular beams of 2, 1 and 0.75 cm diameter with an uncertainty smaller than 0.7 %. The two-Dimension relative dose distribution was measured thanks to a diamond dosimeter, a PinPoint ionization chamber and gafchromic films, using a specific protocol.Both approaches, respectively based on a PDS and an absorbed dose to water at a point, were in good agreement in the 2 cm beam. Correction factors determined from Monte Carlo simulations and measured dose distributions were needed for this comparison. The calibration factor of the large ionization chamber in the 1 and 0.75 cm diameter beams were in good agreement within the uncertainties but a gap of -2.6 % was found with the one established in the 2 cm diameter beam. As a result, the DAP can be used if the sensitive surface is much larger than the beam section

LES METALLOPROTEINES CONTENANT DES CENTRES FE-S JOUENT UN ROLE IMPORTANT DANS LA NA TURE CAR ELLES SONT IMPLIQUEES DANS DES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES ESSENTIELLES TELLES QUE LA PHOTOSYNTHESE, LA RESPIRATION ET LA FIXATION DE L'AZOTE. DANS CETTE THESE, UNE FERREDOXINE IMPLIQUEE DANS LA BIOGENESE DES CENTRES FE-S, ET UNE DIOXYGENASE BACTERIENNE JOUANT UN ROLE CRUCIAL DANS LA BIODEGRADATION DES HYDROCARBURES AROMATIQUES ONT FAIT L'OBJET D'ANALYSES STRUCTURALES PAR CRISTALLOGRAPHIE AUX RAYONS X. LA STRUCTURE D'UNE FERREDOXINE DE LA BACTERIE PHOTOSYNTHETIQUE RHODOBACTER CAPSULATUS, A ETE RESOLUE DANS LES ETATS OXYDE ET REDUIT. DE PETITS CHANGEMENTS STRUCTURAUX ONT ETE OBSERVES LORS DE LA REDUCTION, NOTAMMENT AU VOISINAGE DU CENTRE [2FE-2S]. CES CHANGEMENTS SONT COMPARES A CEUX DECRITS POUR DES FERREDOXINES DE STRUCTURE SIMILAIRE MAIS DE FONCTION DIFFERENTE. UNE METALLOPROTEINE PLUS COMPLEXE, APPARTENANT A UNE GRANDE FAMILLE DE DIOXYGENASES BACTERIENNES, A ETE ETUDIEE POUR SON ACTIVITE D'OXYDATION DES HYDROCARBURES AROMATIQUES POL YCYCLIQUES (HAP). CETTE ENZYME A TROIS COMPOSANTES, ISOLEE D'UNE SOUCHE DE SPHINGOMONAS DEGRADANT LES HAP COMPREND UNE OXYDOREDUCTASE ANAD(P)H, UNE FERREDOXINE A CENTRE [2FE-2S ET COMPOSANTE OXYGENASE DE SIX SOUS-UNITES ASSEMBLEES EN UN HEXAMERE DE TYPE ALPHA3BET A3. LA COMPOSANTE OXYGENASE, APPELEE PHNI, CONTIENT UNE CENTRE [2FE-2S] DE TYPE RIESKE ET UN ION FERREUX PAR SOUS-UNITE ALPHA,QUI ONT ETE IDENTIFIES PAR LEUR SIGNATURE RPE. L'ENZYME EST DOUEE D'UNE SPECIFICITE DU SUBSTRAT EXTREMEMENT LARGE, PUISQU'ELLE EST CAPABLE D'HYDROXYLE TOUTE UNEGAMME DE HAP FAIT DE 2 A 5 CYCLES AROMATIQUES, Y COMPRIS DES CANCEROGENES COMME LE BENZ[A]ANTHRACENE ET LE BENZO[A]PYRENE. AVEC LE NAPHT ALENE COMME SUBSTRAT, DES MESURES DE CINETIQUE ONT MONTRE QUE CETTE ENZYME A UN KM BAS (0. 92 MICRü-MOLE) ET UNE CONSTANTE DE SPECIFICITE DE 2. 0 MICRO-MOLE¯¹ SECONDE¯¹. LA PROTEINE PHNI A ETE CRIST ALLISEE, ET SA STRUCTURE 3D, A ETE RESOLUE AVEC UNE RESOLUTION DE 1. 85 ANGSTROM. EN DEPIT D'UNE MODESTE SIMILITUDE DE SEQUENCE AVEC DES DlOXYGENASES HOMOLOGUES, LE REPLIEMENT POL YPEPTIDIQUE EST TRES SEMBLABLE. DES DIFFERENCES ONT TOUTEFOIS ETE OBSERVEES AU NIVEAU DE LA POCHE CATAL YTIQUE LES PROTEINES SOUS FORME CRISTALLISEE, NOTAMMENT LES PROTEINES FE-S, PEUVENT SUBIR DES DOMMAGES DUS AU RA YONNEMENT X SYNCHROTRON, CAUSANT DES ARTEFACTS LOR DE LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE. POUR ESSAYER DE PALIER CET INCONVENIENT, DES RAYONS X DE TRES HAUTE ENERGIE (55 KEV; 0. 22 ANGSTROM), QUI SONT PEU ABSORBES PAR LES PROTEINES, ONT ETE UTILISES POUR RESOUDRE LA STRUCTURE D'UNE PROTEINE MODELE, LE LYSOZYME. UNE STRUCTURE A ETE ETABLIE POUR LA PREMIERE FOIS PAR CETTE APPROCHE, EN UTILISANT LES PHASES EXPERIMENTALES OBTENUES PAR DIFFERENTES METHODES. LES APPLICATIONS POTENTIELLES EN BIOLOGIE STRUCTURALE SONT DISCUTEES
METALLOPROTEINS CONTAINING FE-S CLUSTERS PLAY AN IMPORTANT ROLE lN NATURE AS THEY ARE INVOLVED lN ESSENTIAL PHYSIOLOGICAL FUNCTIONS INCLUDING PHOTOSYNTHESIS, RESPIRATION, AND NITROGEN FIXATION. LN THIS THESIS, A [2FE-2S] FERREDOXIN INVOLVED lN FE-S CLUSTER BIOGENESIS, AND A BACTERIAL DIOXYGENASE PLAYING A CRITICAL ROLE lN AROMATIC HYDROCARBON BIODEGRADATION WERE SUBJECTED TO STRUCTURAL ANALYSIS BY SYNCHROTRON X-RA Y CR YSTALLOG RAPHY. THE STRUCTURE OF A FERREDOXIN FROM THE PHOTOSYNTHETIC BACTERIUM RHODOBACTER CAPSULATUS WAS SOLVED lN BOTH ITS OXIDlZED AND REDUCED STATES. SUBTLE STRUCTURAL CHANGES WERE OBSERVED UPON REDUCTION, ESPECIALLY lN THE VICINITY OF THE [2FE-2S] CLUSTER. THESE CHANGES ARE DISCUSSED lN COMPARISON WITH THOSE DESCRIBED FOR FERREDOXINS WITH SIMILAR STRUCTURES BUT DIFFERENT FUNCTIONS. A MORE COMPLEX METALLOPROTEIN, BELONGING T0 A LARGE FAMILY OF BACTERIAL DIOXYGENASES, WAS STUDIED FOR ITS ABILITY TO OXIDIZE POL YCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAHS). THIS MULTICOMPONENT ENZYME, ISOLATED FROM A PAH-DEGRADING SPHINGOMONAS STRAIN, CONSISTS OF A NAD(P)H-OXIDOREDUCTASE, A [2FE-2S] FERREDOXIN, AND A TERMINAL OXYGENASE. THE TERMINAL OXYGENASE COMPONENT, CALLED PhnI, CONSISTS OF SIX SUBUNITS ASSEMBLED INTO AN ALPHA3B ET A3 HEXAMER, AND CONTAINS ONE RIESKE-TYPE [2FE-2S] CLUSTER AND ONE FE(II) ION PER ALPHA SUBUNIT, WHICH WERE IDENTIFIED BY THEIR CHARACTERISTIC EPR SIGNATURE. THE ENZYME SHOWED AN EXCEPTIONALLY BROAD SUBSTRATE SPECIFICITY, AS IT COULD HYDROXYLATE A WIDE RANGE OF PAHS MADE OF TWO TO FIVE FUSED RINGS, INCLUDING THE CARCINOGENS, BENZ[A]ANTHRACENE AND BENZO[A]PYRENE WlTH NAPHTHALENE AS SUBSTRATE, STEADY STATE KINETICS SHOWED TH AT THE ENZYME HAD A LOW APPARENT KM (092 MICRO-MOLE) AND A SPECIFICITY CONSTANT OF 2. 0 MICRO-MOLE¯¹. SECOND¯¹. THE PHN1 PROTEIN WAS CRYSTALLIZED AND ITS THREEDIMENSIONAL STRUCTURE WAS DETERMINED AT 1. 85 ANGSTROM RESOLUTION. LN SPITE OF MODERATE SEQUENCE SIMILARITY WITH HOMOLOGOUS DIOXYGENASES, THE 3D POL YPEPTlDE FOLD W AS FOUND TO BE VER Y SIMlLAR, MOST OF THE DIFFERENCES BEING OBSERVED NEAR THE SUBSTRATE BINDING POCKET. MANY PROTEIN CR YSTALS, ESPECIALLY THOSE OF FE-S PROTEINS, HAVE BEEN SHOWN TO UNDERGO X-RA Y RADIATION DAMAGE, LEADING TO ARTIFACTS lN PROTEIN STRUCTURE DETERMINATIONS. AS AN ATTEMPT TO SOLVE THE PROBLEM, ULTRA-HIGH ENERGY X-RA YS (55 KEY: 0. 22 ANGSTROM), WHICH ARE ONLY SLlGHTLY ABSORBED BY PROTEINS, WERE USED FOR THE FIRST TIME TO DETERMINE THE 3 D STRUCTURE OF A MODEL PROTEIN? LYSOZYME. BEAMLINE SPECIFITIES AS WELL AS OPTIMUM ENERGY WERE DETERMINED. POTENTIAL APPLICATIONS FOR STRUCTURAL BIOLOGY ARE DISCUSSED

La nouvelle génération d'expériences de physique produira une quantité de données sans précédent. Cette augmentation du flux de données cause des bouleversements techniques à tous les niveaux, comme le stockage des données, leur analyse, leur dissémination et leur préservation.Le projet CTA sera le plus grand observatoire d'astronomie gamma au sol à partir de 2021. Il produira plusieurs centaines de Péta-octets de données jusqu'en 2030 qui devront être analysées, stockée, compressées, et réanalysées tous les ans.Ce travail montre comment optimiser de telles analyses de physique avec les techniques de l'informatique hautes performances par le biais d'un générateur de format de données efficace, d'optimisation bas niveau de l'utilisation du pipeline CPU et de la vectorisation des algorithmes existants, un algorithme de compression rapide d'entiers et finalement une nouvelle analyse de données basée sur une méthode de comparaison d'image optimisée
The new generation research experiments will introduce huge data surge to a continuously increasing data production by current experiments. This increasing data rate causes upheavals at many levels, such as data storage, analysis, diffusion and conservation.The CTA project will become the utmost observatory of gamma astronomy on the ground from 2021. It will generate hundreds Peta-Bytes of data by 2030 and will have to be stored, compressed and analyzed each year.This work address the problems of data analysis optimization using high performance computing techniques via an efficient data format generator, very low level programming to optimize the CPU pipeline and vectorization of existing algorithms, introduces a fast compression algorithm for integers and finally exposes a new analysis algorithm based on efficient pictures comparison

Les Noyaux Actifs de Galaxies (NAG) sont parmi les sources les plus énergétiques dans l'Univers. Certains possèdent un jet relativiste dont l'émission est purement non-thermique. Lorsque le jet est aligné avec notre ligne de visée, ces objets appelés "blazars" voient leur émission amplifiée par effet Doppler relativiste. Depuis l'avènement de l'astrophysique gamma aux très hautes énergies (THE; E>100 GeV), les télescopes Cherenkov comme H.E.S.S. ont observé près d'une trentaine de NAG, principalement des blazars, depuis le sol. Ils tirent parti du rayonnement Cherenkov issu des gerbes de particules secondaires engendrées par l'arrivée d'un photon gamma dans l'atmosphère terrestre, pour remonter aux propriétés du photon incident et ainsi étudier ces sources extragalactiques. Nous avons étudié l'émission gamma THE rapidement variable du blazar PKS 2155-304, dont deux éruptions majeures ont été détectées en Juillet 2006, grâce à un modèle synchrotron self-Compton (SSC) dynamique. Cette émission variable présente des propriétés extrêmes excluant certains scénarios d'émission standard des blazars. Nous avons aussi développé un modèle d'émission SSC de jets relativistes non alignés avec la ligne de visée, afin d'interpréter la découverte récente par H.E.S.S. de deux radio galaxies, M 87 et Cen A, qui prouve l'émergence d'une nouvelle famille d'émetteurs cosmiques au TeV. Nous concluons avec une étude systématique menée sur l'ensemble des NAG actuellement connus au TeV, à l'aide d'un modèle SSC stationnaire. Nous présentons des diagnostics de prédictions de densités de flux dans ces objets, pouvant être confrontés aux observations futures du Cherenkov Telescope Array (CTA).

L'astronomie gamma de très haute énergie (E > 30 GeV) révèle la présence de processus non thermiques dans l'Univers, et est devenue une discipline à part entière depuis quelques années. La majorité des objets observés jusqu'à présent sont ponctuels ou peu étendus spatialement. Des émissions diffuses sont néanmoins attendues, issues de l'interaction des rayons cosmiques se propageant dans la Galaxie avec le milieu interstellaire. Une étude préliminaire du potentiel de détection de ces émissions est entreprise pour le réseau de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Cet instrument, fonctionnant depuis 2004, détecte la lumière Cherenkov émise par les gerbes de particules atmosphériques générées par les photons de très haute énergie. La méthode classique de soustraction de fond On-Off est étudiée. L'influence du bruit de fond de ciel sur le taux d'événements enregistrés est également analysée. La deuxième thématique de cette thèse concerne le potentiel de détection de la matière noire avec l'expérience H.E.S.S. Un code (baptisé CLUMPY) basé sur une approche semi-analytique est présenté. Il permet de calculer le flux de rayons gamma en provenance de l'annihilation de particules de matière noire, pour les structures et sous-structures de la Galaxie, les distributions étant spécifiées par l'utilisateur. Finalement, l'observation par H.E.S.S. de la galaxie naine sphéroïde Carina pendant ~15h a permis de placer une limite supérieure sur la section efficace d'annihilation du neutralino à ~1e-22 cm3/s.

L'expérience H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System), située en Namibie, est un réseau de télescopes basé sur la technique d'imagerie Tcherenkov atmosphérique en stéréoscopie et dédié à l'astronomie gamma entre 100 GeV et quelques dizaines de TeV. H. E. S. S. Dispose d'une situation géographique idéale pour observer notre galaxie, la Voie Lactée, et a ainsi pu découvrir des dizaines de nouvelles sources gamma grâce à sa stratégie de relevé systématique du plan galactique. Après environ dix ans d'observations fructueuses, les limites de l'instrument doivent désormais être repoussées pour pouvoir détecter de nouvelles sources plus faibles. Le développement d'algorithmes avancés permettant d'améliorer la sensibilité et la résolution angulaire de l'instrument est au coeur de cette thèse. Un outil de recherche automatique de nouvelles sources ainsi qu'une amélioration de la soustraction du bruit de fond sont présentés dans le cadre de l'étude des sources très faibles, nécessitant une analyse particulièrement rigoureuse. Une méthode combinant différentes techniques de reconstruction des événements est développée et permet d'améliorer la résolution angulaire sans diminuer la statistique, cruciale pour l'étude des sources faibles. Ces techniques avancées sont appliquées à l'analyse d'une région complexe du plan galactique, autour du vestige de supernova G22. 7-0. 2, qui a conduit à la détection d'une nouvelle source, HESS J1832-092. Les contreparties multi-longueurs d'onde à cette source sont présentées et différents scénarios sont envisagés pour expliquer l'origine de l'émission gamma de cet objet astrophysique
H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System) is an array of very-high energy gamma-ray telescopes located in Namibia. These telescopes take advantage of the atmospheric Cherenkov technique using stereoscopy, allowing to detect gamma-rays between 100 GeV and a few tens of TeV. The location of the H. E. S. S. Telescopes in the Southern hemisphere allows to observe the central parts of our galaxy, the Milky Way. Tens of new gamma-ray sources were thereby discovered thanks to the galactic plane survey strategy. After ten years of fruitful observations with many detections, it is now necessary to improve the detector performance in order to detect new sources by increasing the sensitivity and improving the angular resolution. The aim of this thesis consists in the development of advanced analysis techniques allowing to make sharper analysis. An automatic tool to look for new sources and to improve the subtraction of the background noise is presented. It is optimized for the study of weak sources that needs a very rigorous analysis. A combined reconstruction method is built in order to improve the angular resolution without reducing the statistics, which is critical for weak sources. These advanced methods are applied to the analysis of a complex region of the galactic plane near the supernova remnant G22. 7-0. 2, leading to the detection of a new source, HESS J1832-092. Multi-wavelength counterparts are shown and several scenarii are considered to explain the origin of the gamma-ray signal of this astrophysical object

L'expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), située en Namibie, est un réseau de télescopes basé sur la technique d'imagerie Tcherenkov atmosphérique en stéréoscopie et dédié à l'astronomie gamma entre 100 GeV et quelques dizaines de TeV. H.E.S.S. dispose d'une situation géographique idéale pour observer notre galaxie, la Voie Lactée, et a ainsi pu découvrir des dizaines de nouvelles sources gamma grâce à sa stratégie de relevé systématique du plan galactique. Après environ dix ans d'observations fructueuses, les limites de l'instrument doivent désormais être repoussées pour pouvoir détecter de nouvelles sources plus faibles. Le développement d'algorithmes avancés permettant d'améliorer la sensibilité et la résolution angulaire de l'instrument est au coeur de cette thèse. Un outil de recherche automatique de nouvelles sources ainsi qu'une amélioration de la soustraction du bruit de fond sont présentés dans le cadre de l'étude des sources très faibles, nécessitant une analyse particulièrement rigoureuse. Une méthode combinant différentes techniques de reconstruction des événements est développée et permet d'améliorer la résolution angulaire sans diminuer la statistique, cruciale pour l'étude des sources faibles. Ces techniques avancées sont appliquées à l'analyse d'une région complexe du plan galactique, autour du vestige de supernova G22.7-0.2, qui a conduit à la détection d'une nouvelle source, HESS J1832-092. Les contreparties multi-longueurs d'onde à cette source sont présentées et différents scénarios sont envisagés pour expliquer l'origine de l'émission gamma de cet objet astrophysique.

Lorsque la matière condensée est soumise à des rayonnements de haute énergie, des électrons secondaires de basse énergie (0-20 eV) sont produits en grande quantité. Ces électrons participent à part entière aux dommages induits dans la matière, incluant les processus d’érosion et de modifications chimiques. Les fragments produits au sein du milieu réagissent et de nouvelles espèces sont formées. Plusieurs domaines d’application sont concernés par ces processus, et plus particulièrement le design de dispositifs par lithographie ou par dépôts assistés par faisceaux focalisés et l’astrochimie. Les enjeux concernent l’identification des mécanismes induits par les électrons lents, le contrôle des fragments réactifs et espèces stables formés, ainsi que la détermination de grandeurs quantitatives permettant d’apprécier l’efficacité des processus impliqués. L’approche développée dans ce travail de thèse consiste à irradier des surfaces et interfaces directement avec des faisceaux d’électrons de basse énergie afin d’étudier les processus induits. Les réponses de films moléculaires supportés modèles (d’épaisseur variable) sont étudiées en fonction de l’énergie incidente des électrons et des doses délivrées. Dans les cas favorables, des méthodologies ont pu être proposées pour accéder à l’estimation de sections efficaces effectives. Pour ce faire, trois techniques expérimentales sont combinées. Les films déposés et les résidus formés sont analysés par spectroscopie de perte d'énergie d’électrons à haute résolution (HREELS) et désorption programmée en température (TPD). Les fragments neutres (et non pas ioniques comme le plus souvent) désorbant sous irradiation sont analysés en masse afin de mener une étude de désorption stimulée par impact d’électrons (ESD).Dans le contexte de la fonctionnalisation de surface, le greffage de centres carbonés hybridés sp2 sur un substrat de diamant poly-cristallin hydrogéné a été réalisé par irradiation électronique d’une couche mince de benzylamine. A 11 eV, le mécanisme dominant implique la dissociation en neutres du précurseur. La section efficace effective de greffage a pu être déterminée par HREELS suite à une unique irradiation, en tirant avantage du profil du faisceau d’irradiation. Dans le contexte de l’astrochimie, la réponse à l’irradiation par électrons lents de glaces d’ammoniac amorphes et cristallisées a été étudiée. La désorption de molécules d’ammoniac a été observée. Elle peut résulter de l’érosion directe du film et de mécanismes de désorption induite par excitation électronique (DIET). Différents processus de fragmentation/recombinaison ont été mis en évidence via la désorption des espèces neutres NHx (x = 1,2), H2 et N2. Une chimie particulièrement riche est induite par irradiation électronique à 13 eV. L’analyse temporelle des rendements ESD a permis la détermination de la section efficace de la désorption de NH3, et l’observation de la formation retardée de N2 et H2. L’analyse TPD des résidus a démontré la synthèse de diazène (N2H2) et d’hydrazine (N2H4) dans le film. Ces résultats peuvent aider à l’élucidation des écarts observés dans les abondances de NH3 et N2 dans les régions denses de l'espace. Enfin, les premiers travaux réalisés pour fonctionnaliser un substrat de façon résolue à l’échelle micrométrique sous irradiation d’électrons lents sont également présentés. La faisabilité de la procédure utilisant un microscope électronique à basse énergie (LEEM) a été démontré sur une monocouche de terphenylthiol (TPT). Des motifs de 5 μm de travaux de sortie différents ont été imprimés en travaillant à des énergies de 10-50 eV. Ensuite la réponse de films modèles de résines lithographiques (PMMA, polyméthacrylate de méthyle) à des irradiations électroniques a été étudiée, afin d’identifier les énergies favorables en vue d’une modification de surface résolue spatialement
High-energy irradiation of condensed matter leads to the production of copious amounts of low-energy (0-20 eV) secondary electrons. These electrons are known to trigger various dissociative processes leading to observed damages including erosion and chemical modifications. The resulting reactive species within the condensed media can also lead to the synthesis of new molecules. This has implications in several applications most especially in the design of lithographic methods, focused beam-assisted deposition, as well as in astrochemistry. In all these applications, it is important to identify the processes induced by low-energy electrons, study the reactive fragments and stable molecules produced to determine possibilities of controlling them, and generate quantitative data to gauge the efficiencies of these processes. The approach developed for this PhD work consists of directly irradiating surfaces and interfaces using low-energy electrons and studying the processes that arise. The responses of different model molecular films (of varying thickness) were studied as a function of incident electron energy and dose. In favorable cases, methodologies proposed herein can be used to estimate effective cross sections of observed processes. Three complementary surface-sensitive techniques were utilized for this purpose. To characterize the deposited films and formed residues, the High Resolution Electron-Energy Loss Spectroscopy (HREELS) and Temperature Programmed Desorption (TPD) were used. Neutral fragments (as opposed to their often-detected ionic counterparts) desorbing under electron irradiation were monitored using a mass spectrometer in a technique called Electron Stimulated Desorption (ESD).Within the context of surface functionalization, the grafting of sp2-hybridized carbon centers on a polycrystalline hydrogenated diamond substrate was realized through electron irradiation of a thin layer of benzylamine precursor deposited on its surface. At 11 eV, the dominant mechanism is proposed to be neutral dissociation of the precursor molecules. The effective cross section of the grafting process was estimated in only a single measurement from the HREELS map of the sample surface, taking advantage of the electron beam profile. Within the context of astrochemistry, on the other hand, the responses of crystalline and amorphous NH3 ices were studied under electron impact. The desorption of intact NH3 was observed which resulted in the direct erosion of the film proceeding through a mechanism consistent with desorption induced by electronic transitions (DIET). Different fragmentation and recombination processes were also observed as evidenced by detected neutral species like NHx (x=1,2), N2, and H2. Aside from desorption, a wealth of chemical processes was also observed at 13 eV. Temporal ESD at this energy allowed for the estimation of the effective cross section of NH3 desorption and observing the delayed desorption of N2 and H2. TPD analysis of the residues also provided evidence of N2H2 and N2H4 synthesis in the film. These results can help explain the observed discrepancies in abundances of NH3 and N2 in dense regions in space. Lastly, this PhD work will present prospects for these electron-induced processes to be constrained spatially in microscopic dimensions for lithographic applications. The feasibility of the procedure utilizing Low-Energy Electron Microscope (LEEM) was demonstrated on a terphenylthiol self-assembled monolayer (TPT SAM) specimen. Spots of 5 μm in diameter with different work functions were imprinted on the surface using energies from 10-50 eV. Electron-induced reactions in thin-film resists (PMMA, poly(methyl methacrylate)) were also studied at low-energy identifying opportunities for energy- and spatially-resolved surface modification

Le télescope H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System), implanté en Namibie, est l'observatoire de sources de rayons gamma de très haute énergie le plus efficace. Constitué de 4 télescopes de grand diamètre fonctionnant en stéréoscopie, il permet une cartographie sans précédent du plan de la Galaxie à ces longueurs d'onde extrêmes. L'expérience HESS a mis en évidence la présence de particules chargées d'énergie supérieure à une centaine de TeV dans plusieurs vestiges de supernova, sans toutefois pouvoir conclure sur la nature hadronique ou leptonique des particules. Cette thèse présente une démarche observationnelle alternative visant à mettre en évidence l'accélération de hadrons par onde de choc dans les vestiges de supernova. Une recherche de vestiges associés à des nuages moléculaires a été menée avec les sources déjà détectées par H. E. S. S. Et dans l'ensemble des observations réalisées. L'analyse et l'interprétation de trois sources de rayons gamma sont décrites. La première est la nouvelle source découverte par H. E. S. S. Dans la constellation de Monoceros. Je présente ensuite l'analyse des nouvelles observations réalisées en direction de la source non identifiée HESS J1745-303. Enfin l'analyse multi-longueurs d'onde de la nouvelle source de rayons gamma coïncidente avec le vestige de supernova CTB 37A est décrite. Je développe les possibles interprétations de cette émission de rayons gamma. De plus, j'ai mis en évidence un excès de rayons gamma en direction de masers OH, indicateurs d'interactions entre vestiges de supernova et nuages moléculaires. Une seconde phase de l'expérience H. E. S. S. Consiste en l'adjonction d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. Ma contribution à cette seconde phase a résidé dans la prise en charge des tests et de la sélection des 6000 puces constituant le système d'échantillonnage de la caméra qui équipera ce télescope
The H. E. S. S. Telescope (High energy Stereoscopic System), located in Namibia, is currently the most efficient observatory of very high energy (VHE) gamma-ray sources. It consists in 4 large diameter telescopes working in stereoscopic mode and allows an unequaled survey of the galactic plane at these extreme wavelenghts. The H. E. S. S. Experiment showed the presence of high energy particles up to 100 TeV within supernova remnant. This astrophysical objects are believed to be the main particle accelerator within the Galaxy. However, the nature hadronic or leptonic of these particles remains unclear. This thesis presents a new observationnal approach in order to show hadronic particles acceleration through diffusive shock within supernova remnants. A search of supernova remnants associated with molecular clouds has been led within the HESS source catalog and the H. E. S. S. Observations. An analysis of the new VHE gamma-ray source in Monoceros and its interpretation are presented. Then, the analysis and interpretation of new observations of the unidentified source HESS J1745-303 are presented. Finally, the multi-wavelength analysis of the new source HESS J1714-385, coincident with the supernova remnant CTB 37A is presented. Moreover, I have shown a gamma-ray excess towards OH masers, which are believed to indicate association between supernova remnant and molecular clouds. A contribution to the H. E. S. S. Phase II building is also presented. This second phase consists in the building of a fifth telescop at the center of the existing system. The series tests of the new camera sampling system are reported

Le télescope H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), implanté en Namibie, est actuellement le plus efficace pour l'observation de sources de rayons gamma de très haute énergie. Constitué de 4 télescopes de grand diamètre fonctionnant en stéréoscopie, il permet une cartographie sans précédent du plan de la Galaxie à ces longueurs d'onde extrêmes. L'expérience HESS a mis en évidence la présence de particules chargées d'énergie supérieure à une centaine de TeV dans plusieurs vestiges de supernova, lieux probables d'accélération de particules dans la Galaxie, sans toutefois pouvoir conclure sur la nature hadronique ou leptonique des particules. Cette thèse présente une démarche observationnelle alternative visant à mettre en évidence l'accélération de hadrons par onde de choc dans les vestiges de supernova. Une recherche de vestiges associés à des nuages moléculaires a été menée avec les sources déjà détectées par H.E.S.S. et dans l'ensemble des observations réalisées. L'analyse et l'interprétation de trois sources de rayons gamma sont décrites. La première est la nouvelle source découverte par H.E.S.S. dans la constellation de Monoceros. Je présente ensuite l'analyse des nouvelles observations réalisées en direction de la source non identifiée HESS J1745-303. Enfin l'analyse multi-longueurs d'onde de la nouvelle source de rayons gamma coïncidente avec le vestige de supernova CTB37A est décrite. Je développe les possibles interprétations de cette émission de rayons gamma. Un apport à la construction de la seconde phase de l'expérience H.E.S.S. est présentée. Cette deuxième phase consiste en l'adjonction d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. J'ai pris en charge les tests et la sélection des 6000 puces constituant le système d'échantillonnage de la caméra qui équipera ce télescope.

L'expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic system) a pour objectif l'observation du ciel austral en rayons gamma de très haute énergie. L'observatoire, constitué de quatre télescopes fonctionnant en stéréoscopie et situé en Namibie, est un des plus performants au monde. Enregistrant des données depuis 2003, c'est l'instrument idéal pour l'observation du plan galactique et la détection des nombreuses sources qui s'y trouvent. Trois méthodes d'analyse ont été mises en place, s'appuyant sur différentes propriétés des gerbes électromagnétiques issues de l'interaction des gamma avec l'atmosphère. L'objectif premier de cette thèse était de combiner les informations issues de ces trois méthodes pour la sélection des événements et la reconstruction de la direction et de l'énergie des gamma. La nouvelle analyse, appelée Xeff, apporte un gain significatif sur la qualité de la sélection et sur la précision de reconstruction de l'énergie et de la direction. L'analyse Xeff a été utilisée pour l'étude de nébuleuses de pulsar telles que Vela X, G0.9+0.1 et MSH 15-52. De nouveaux résultats ont été mis en évidence concernant l'extension de la source (Vela X) ou la forme spectrale (G0.9+0.1 et MSH 15-52) grâce à de nouvelles observations et à l'efficacité de l'analyse mise en place. Dès 2010, l'expérience rentrera dans une nouvelle phase avec l'achèvement d'un cinquième télescope, dédié à l'observation des rayons gamma à partir de quelques dizaines de GeV. Les tests mis en place pour l'étalonnage des photomultiplicateurs et les résultats obtenus sont décrits dans le manuscrit.

Le système de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est une expérience constituée de quatre imageurs Cherenkov atmosphériques destinés à observer les rayons gamma de plus de 100 GeV et jusqu'à quelques dizaines de TeV. En 2012, une seconde phase de l'expérience consistera en l'ajout d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. Au seuil de déclenchement de 15 GeV, les événements ne seront visibles que par ce grand télescope, une nouvelle méthode de reconstruction est proposée. A l'aide de plusieurs réseaux de neurones, l'énergie de gerbes électromagnétiques est bien reconstruite avec une discrimination du fond hadronique efficace à partir de 30 GeV. A basse énergie, la sensibilité totale permettra de détecter une source de quelques pourcent du Crabe en 50 heures. Cette méthode est testée sur les données de H.E.S.S. et s'avère compétitive ; une extension est présentée pour les événements stéréoscopiques. Les tests mis en place pour l'étalonnage des photomultiplicateurs sont présentés ainsi que les résultats obtenus. Un modèle de propagation de rayons cosmiques a été développé pour étudier l'émission du fond diffus gamma. Pour cela, il a fallu propager les protons et les noyaux hélium dans la galaxie et estimer le taux de pions neutres issus des interactions avec le milieu. La méthode de génération des cartes est décrite jusqu'à leur établissement. Dans le cas de H.E.S.S., j'ai estimé les sensibilités pour les comparer aux flux prédits par la modélisation. La galaxie naine sphéroïdale du Sagittaire a été étudiée comme source présumée de matière noire. Pour cela, les données ont été réparties en angles zénithaux similaires pour étudier l'effet du seuil de l'analyse dans les observations en utilisant les analyses les plus performantes de la collaboration H.E.S.S. Les sensibilités de détection ont été améliorées. Aucun excès d'événements notable n'a été observé.