Étude de la composition des rayons cosmiques d'ultra-hautes énergies détectés par l'Observatoire Pierre Auger et analyse des processus hadroniques associés

Les rayons cosmiques d'ultra-hautes energies (RCUHE), i.e. E > 1 EeV, soulevent de nombreuses interrogations quant a leur origine et constituent un defi a la physique contemporaine. Ces rayons cosmiques qui penetrent dans l'atmosphere dissipent leur exceptionnelle energie dans la formation de gerbes de particules secondaires dont le developpement est sensiblement different suivant la nature de la particule primaire. L'etude de la composition des RCUHEs revet donc un interet majeur tant dans la comprehension des processus hadroniques qui regissent l'evolution des gerbes que dans l'identification des sources de ce rayonnement. L'Observatoire Pierre Auger peut, eu egard a sa structure hybride et a la taille inegalee de son reseau de detecteurs au sol, apporter des reponses claires aux problematiques soulevees par les RCUHEs. Au cours de cette these, nous nous sommes interesses plus particulierement a la composante muonique des gerbes atmospheriques. Dans un premier temps, nous montrons comment les parametres hadroniques conditionnent la production de muons. Par la suite, nous presentons une methode originale permettant d'extraire cette composante muonique et d'en deduire les implications relatives a la composition des RCUHEs. Les resultats de cette approche semblent indiquer une transition d'une composition lourde vers une composition plus legere des lors que l'energie augmente. Finalement nous abordons la mesure de la section efficace cosmique-air en decrivant les bases de cette etude de meme que son champ d'application : les premiers resultats deduits des donnees de l'Observatoire Pierre Auger sont alors presentes.