L'astronomie gamma de très haute énergie avec H.E.S.S. Développement d'une analyse multi-variables et application à l'étude de nébuleuses de pulsars

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 gamma-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 gamma-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 gamma-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, G0.9+0.1 and MSH 15-52. New results were found concerning the source extension (Vela X) or spectral analysis (G0.9+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 gamma-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.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