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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.

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.

From the seafloor, the 900-odd photomultiplier tubes of the ANTARES neutrino telescope scrutinize the abysses attempting to discern, amid bioluminescence and marine radioactivity, Čerenkov 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., 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.