pdf (5 Mb) - Antares

IntroductionDepuis leur découverte au début du vingtième siècle, les rayons cosmiques n’ont cessé d’intriguerles physiciens. Leur origine et leur composition demeurent controversées. Le spectre en énergie desparticules observées varie sur 32 ordres de grandeur et s’étend sur une très grande gamme jusqu’à desénergies macroscopiques qui frôlent les limites des modèles classiques d’accélération.L’étude des rayons cosmiques nécessite donc des approches variées. Aux plus hautes énergies, desdétecteurs couvrant plusieurs milliers de km 2 au sol sont nécessaires, tandis que l’étude détaillée de lacomposition aux énergies intermédiaires requiert d’embarquer des détecteurs de plus en plus sophistiquésdans des ballons ou des satellites.Si la source des rayons cosmiques reste inconnue, c’est que les rayons cosmiques, pour l’essentielélectriquement chargés, sont défléchis par les champs magnétiques lors de leur propagation. À cet égard,l’étude des neutrinos de haute énergie offre de nouvelles perspectives. En effet, en interagissant à lasource avec la matière ou le rayonnement ambiant, les rayons cosmiques peuvent produire des neutrinoss’échappant de la zone de production et se propagent en ligne droite. Le développement de cette nouvelle"astronomie neutrino" représente un défi technologique, conforté par la détection au MeV de neutrinosissus de l’explosion de la supernova 1987A, en février 1987. A plus haute énergie (jusqu’à 10 9 GeV)les détecteurs ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch,dans l’hémisphère nord) et IceCube (dans l’hémisphère sud) scrutent désormais le ciel ouvrant ainsi unenouvelle fenêtre d’observation sur l’Univers.La détection des neutrinos est indirecte. Les neutrinos cosmiques de haute énergie qui interagissentlors de leur traversée de la Terre produisent des muons qui émettent un cône de lumière ténue -dite lumièreTcherenkov- lors de leur passage dans le milieu marin (ou la glace). Cette lumière est détectée parun réseau tridimensionnel de modules optiques (photomultiplicateurs enfermés dans une sphère en verre),ce qui permet de remonter aux caractéristiques du muon et donc du neutrino incident. Les muons descendantsprovenant des gerbes atmosphériques produites par l’interaction des rayons cosmiques constituentune source intense de bruit de fond, cependant ils servent aussi comme source d’étalonnage. Cette thèseest consacrée à l’étude des muons descendants avec le télescope à neutrinos ANTARES.Le premier chapitre de la thèse décrit brièvement les enjeux de la physique des rayons cosmiques. Lespectre en énergie des rayons cosmiques, ainsi qu’une sélection d’expériences ayant participé à l’élaborationde ce spectre sont décrits. Une attention particulière sera portée aux objets astrophysiques susceptiblesde produire des rayons cosmiques (et des neutrinos) de haute énergie.Le deuxième chapitre expose le principe de détection des neutrinos et des muons avec les télescopesà neutrinos. Y sont aussi présentés les différents projets de détecteurs de neutrinos et notammentANTARES. Les composants et l’agencement du détecteur seront exposés, ainsi que les algorithmes defiltrage et de reconstruction des données. Ces connaissances sont nécessaires à la compréhension desétudes effectuées dans le cadre de cette thèse.L’étalonnage des lignes du détecteur ANTARES fait l’objet du troisième chapitre. Nous insisteronsd’une part sur les méthodes d’étalonnage développées lors de l’intégration du détecteur à terre, et sur13