ANTARES : An underwater neutrino observatory for the exploration of both the deep Ocean and the deep Universe
ANTARES : Un observatoire du fond de la mer aux confins de l’Univers
Résumé
Neutrino astronomy is a new and unique method to explore the Universe. It is full of promises, such as improving our knowledge on cosmic accelerators or distinguishing unambiguously between hadronic and electronic acceleration mechanisms of very high energy cosmic rays. In this document the issues of neutrino astronomy are introduced and an overview of current and former neutrino telescopes is given, with a description of the performance results expected from the ANTARES underwater detector. My research path is marked by contributions to the detector calibration and by studies of the trigger system with the development of a new data selection algorithm. The potential for discovery of the ANTARES telescope is then illustrated with two analyses, one dedicated to the research of high-energy neutrinos from gamma ray bursters and the other dedicated to the search for magnetic monopoles. Within this dissertation, I also discuss the opportunity offered by a submarine detector to understand the deep-sea environment. Indeed, ANTARES is a multidisciplinary, permanent marine observatory bringing its brick to the edifice of the global understanding of physical phenomena and biological oceanography in the context of global changes. I illustrate these remarks with studies on marine bioluminescence observed by ANTARES and its connection to the dense water formation originating from the Gulf of Lion.
L’astronomie neutrino est une méthode nouvelle et unique d’explorer le cosmos. Ses promesses sont nombreuses, comme celle d’améliorer notre connaissance sur les sites d’accélération des rayons cosmiques de très haute énergie ou encore celle de pouvoir distinguer entre des mécanismes d’accélération d’origine hadronique ou leptonique. Dans ce mémoire j’introduis les enjeux de l’astronomie neutrino, puis je donne un état des lieux des télescopes à neutrinos actuels et passés, avec un bilan des performances attendues par le détecteur sous-marin ANTARES. Mon parcours de recherche est marqué par des contributions à la calibration du détecteur avant sa mise à l’eau, ainsi que par des études sur le système de déclenchement avec le développement d’un nouvel algorithme de sélection de données. J’illustre ensuite le potentiel de découverte du télescope ANTARES par deux analyses, l’une dédiée à la recherche de neutrinos de haute énergie en provenance de sursauts gamma et l’autre consacrée à la recherche de monopoles magnétiques. Au sein de ce mémoire, j’aborde également l’opportunité qu’offre un détecteur sous-marin pour l’étude du milieu profond. En effet, ANTARES constitue également un véritable observatoire du fond de la mer apportant sa brique à l’édifice de la compréhension globale des phénomènes d’océanographie physique ou biologique dans le cadre des changements globaux. J’illustre ces propos avec les études menées sur la bioluminescence marine observée par ANTARES et à ses connexions avec les phénomènes de formation d’eaux denses originaires du Golfe du Lion.