L'interaction spin-orbite dépend de l'orientation relative du spin et du moment angulaire ainsi que sur la dérivée de la densité du noyau. Dans le but de tester cette dépendance en densité, nous proposons une méthode originale basée sur la comparaison du noyau "bulle" de 34Si et le noyau "normal" de 36S. Le 34Si présente un appauvrissement de sa densité centrale qui créé une dérivée centrale non nulle et impliquerait un changement de l'intensité de l'interaction spin-orbite pour les orbites intérieures comme les orbites p (L = 1). Effectuer des réactions de transfert (d,p) permet de déduire l'écart en énergie entre les partenaires spin-orbite p3/2 et p1/2. Selon les modèles, l'écart spin-orbite varie de 7% (interaction VlowK) à 70% (modèle champ moyen relativiste) entre le 36S et le 34Si. Les faisceaux de 36S et 34Si, produit avec le spectromètre LISE à 20A.MeV, ont été envoyé sur une cible de CD2. Les particules incidentes sont suivies avec 2 détecteurs gazeux CATS. Les protons émis durant la réaction sont identifiés par 4 détecteurs Silicium segmentés (MUST2) placés aux angles arrières. Les 4 détecteurs EXOGAM (détecteur Germanium segmenté) ont détectés les photons émis en coïncidence. Les noyaux produits sont identifiés avec une chambre à ionisation et un détecteur plastique. Les spectres d'énergie d'excitation du 35Si et du 37S ont été déterminés jusqu'à environ 7 MeV. Les facteurs spectroscopiques et les énergies des états p et f ont été mesurés pour la première fois dans le 35Si. Ces deux noyaux montrent de fortes similarités pour les états f7/2 et f5/2, alors que l'écart en énergie des états p3/2 et p1/2 est réduit de 55% ce qui prouve manifestement la dépendance en densité de l'interaction spin-orbite.

Dans ce travail, nous étudions la désexcitation des noyaux formés dans les réactions 78,82Kr+40Ca à 5,5 AMeV. Le détecteur INDRA est utilisé pour mesurer les particules légères, les résidus d'évaporation et les fragments de numéro atomique 3 ≤ Z ≥ 28.Pour les deux réactions, les caractéristiques des fragments sont compatibles avec un processus de fission. Des oscillations dans les sections efficaces des fragments légers (6 ≤ Z ≥ 11) signalent la persistance d'effets de structure. L'amplitude des oscillations ne dépend pas de manière significative du nombre de neutrons du système. Les coïncidences entre particules légères et fragments suggèrent que ces fragments légers sont excités à des énergies inférieures aux seuils d'émission. Pour le système pauvre en neutrons, la section efficace des résidus d'évaporation est légèrement plus élevée et la composante de fission est ~ 25% plus importante. Pour les deux réactions, le modèle de l'état transitoire décrit raisonnablement la distribution de charge autour de la symétrie, mais surestime fortement les sections efficaces des fragments légers et n'explique pas les oscillations associées. La forme de la distribution de charge et les effets pair-impair sont reproduits de manière satisfaisante dans le cadre du système dinucléaire qui associe principalement les fragments lourds à la quasi-fission alors que les fragments légers seraient majoritairement peuplés par fusion. Ces modèles n'expliquent pas les distributions d'énergie cinétique. Cela indiquerait la nécessité de mieux décrire les grandes déformations subies par le système lors de la phase de séparation.

L'étude des noyaux à la drip-line proton est un outil récent et puissant pour sonder la structure nucléaire loin de la vallée de stabilité. En particulier, le phénomène de radioactivité deux protons prédit théoriquement en 1960 a été découvert expérimentalement en 2002. Ce travail de thèse concerne une expérience réalisée au GANIL dans le but d'étudier la radioactivité 2p de 54Zn avec une chambre à projection temporelle, développée pour la détection individuelle de chaque proton et la reconstruction de leur trajectoire en trois dimensions. L'analyse des données a permis de déterminer les corrélations en énergie et en angle entre les deux protons. Celles-ci ont été comparées à un modèle théorique qui prend en compte la dynamique de la décroissance, permettant d'obtenir des informations sur la structure de l'émetteur. La statistique obtenue étant très faible, l'interprétation des résultats reste encore limitée mais ces résultats ouvrent de très belles perspectives sur les études futures des noyaux aux limites d'existence.

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l'IPN d'Orsay s'articulent autour de la production, en vue d'une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l'accélérateur Tandem d'Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l'année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés, ainsi que le dispositif annexe de réjection-Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d'alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L'ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l'accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l'accélérateur. La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d'identifier les fragments de ces collisions. Il n'a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d'identifier directement ces fragments. L'étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence un certain nombre de cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par le mécanisme de réaction d'intérêt. Les données recueillies au cours d'une autre expérience, réalisée auprès du tandem d'Orsay en 2005, ont également été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d'établir une partie du spectre en énergie d'excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d'excitation supérieure à 3 MeV. Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l'aide d'un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle reproduit de manière satisfaisante le spectre en énergie d'excitation du 53Cr, qui possède un cœur semi-magique + 1 neutron. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l'interaction entre nucléons de valence, s'avèrent en revanche moins bonnes dans le cas des noyaux de 55Cr et 57Cr.

Les caractéristiques des distributions des produits de fission sont le résultat des propriétés dynamiques et quantiques du processus de déformation du noyau fissionnant. Ces distributions représentent également un intérêt pour la conception de nouveaux réacteurs nucléaires ou pour l'incinération de déchets radioactifs. Jusqu'à présent, notre compréhension de la fission nucléaire reste limitée du fait de restrictions expérimentales. En particulier, les rendements des produits de fission lourds sont difficiles à obtenir avec précision. Dans cette thèse, une technique expérimentale innovante est présentée. Elle repose sur l'utilisation de la cinématique inverse couplée à l'usage d'un spectromètre, dans laquelle un faisceau d'238U à 6 ou 24 A MeV est envoyé sur des cibles légères. Différents actinides, de l'238U au 250Cf, sont produits par réactions de transfert ou de fusion, avec des énergies d'excitation allant d'une dizaine à quelques centaines de MeV selon la réaction et l'énergie du faisceau. Les fragments issus de la fission de ces actinides sont détectés par le spectromètre VAMOS ou le séparateur LISE. Les rendements isotopiques des produits de fission sont entièrement mesurés pour différents systèmes fissionnants. L'excès de neutrons des fragments est utilisé pour caractériser les distributions isotopiques. Son évolution avec l'énergie d'excitation nous procure des informations probantes sur le mécanisme de formation du noyau composé et sa désexcitation. L'excès de neutrons nous renseigne également sur le nombre de neutrons évaporés par les fragments. Le rôle des effets de couches proton et neutron dans la formation des fragments de fission est également discuté.

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De nouveaux radio-isotopes pour la médecine nucléaire peuvent être produits par des accélérateurs de particules. C'est l'un des buts d'Arronax, un cyclotron de hautes énergies - 70 MeV - et hautes intensités - 2*350 µA - installé à Nantes. Une liste d'émetteurs b- - 47Sc, 67Cu - b+ - 44Sc, 64Cu, 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga - et a - 211At - à étudier en priorité a été établie. Parmi ceux là, le 47Sc et le 67Cu présentent un intérêt en thérapie ciblée. L'optimisation de leurs productions nécessite la bonne connaissance de leurs sections efficaces, mais aussi de celles de tous les contaminants créés. Nous avons lancé sur Arronax un programme de mesures de sections efficaces utilisant la technique des Stacked-foils. Elle consiste en l'irradiation simultanée d'un groupe de feuilles - cibles, moniteurs et dégradeurs - et la mesure par spectro-gamma de la production d'isotopes. Les moniteurs permettent un contrôle des pertes de faisceau tandis que les dégradeurs en diminuent l'énergie. Nous avons étudié les réactions natTi(p,X)47Sc et 68Zn(p,2p)67Cu. Les cibles étant respectivement des feuilles de natTi - achetées chez Goodfellow - ou des électrodépositions sur Ag de 68Zn enrichi. Nous les réalisons nous même ainsi que la séparation chimique des isotopes de Cuivre et de Gallium indispensable avant de procéder au comptage gamma. Les sections efficaces de plus de 40 réactions ont ainsi été obtenues sur l'intervalle de 18 MeV à 70 MeV. Une comparaison avec le code Talys est systématiquement faite, et plusieurs paramètres des modèles théoriques étudiés. Nous montrons qu'il est impossible de reproduire avec exactitude toutes les sections efficaces à partir d'un seul jeu de ces paramètres.

Les fonctions d'excitation de fusion-évaporation des systèmes 70Zn+150Nd et 86Kr+130,136Xe sont mesurées pour une énergie d'excitation du noyau composé (216,220,222Th) variant de 7 MeV à 70 MeV (soit 4 à 5 MeV par nucléon d'énergie incidente), auprès de l'UNILAC du laboratoire de recherche GSI, Darmstadt (Allemagne). Après désexciation par évaporation (xn, pxn et αxn), les noyaux résiduels sont séparés du faisceau principal et des autres produits de réaction par le filtre de vitesse SHIP et implantés dans un détecteur à localisation. Les énergies caractéristiques des alphas de décroissance de ces noyaux permettent de les identifier et de déduire leur taux de production. Les fonctions d'excitation expériementales de fusion-évaporation sont comparées avec celles menant aux mêmes noyaux composés obtenus par d'autres combinaisons projectile et cible et avec celles calculées par un code développé au GSI. Ce code permet d'évaluer l'évolution des probabilités de fusion avec l'énergie incidente pour chaque système. La variation des sections efficaces et de la probabilité de fusion est étudiée en fonction des variables macroscopiques et microscopiques des noyaux projectiles et cibles. Dans la synthèse de noyaux super-lourds, ces résultats démontrent quantitativement l'intérêt d'utiliser des partenaires de fusion riches en neutrons d'une part et à couche fermée d'autre part (la section efficace de fusion augmente d'un facteur 9 par paire de neutrons supplémentaires). Par contre, la présence d'une couche fermée dans le noyau composé n'influence pas la section efficace de fusion. Il sera moins difficle de synthétiser des noyaux de Z supérieur à 110 à partir de faisceaux secondaires de projectiles enrichis en neutrons, ce qui permettra aussi d'atteindre les isotopes des noyaux super-lourds proches des vallées de stabilité.

Nous avons construit les schémas de niveaux des deux noyaux 187Ir et 233Pa obtenus par la désintégration d'isotopes de période courte. Au cours de cette étude nous avons utilisé des techniques de spectrométrie rapide gamma et béta avec divers types de spectromètres et des techniques récentes de spectrométrie de coïncidences en ligne avec des ordinateurs. Afin de pouvoir rechercher systématiquement les transitions de faible énergie et éventuellement de multipolarité élevée, nous avons été amenés à mettre au point différents spectrographes béta adaptés à l'étude d'isotopes de périodes courtes, l'un muni d'un sas près du réacteur BR2 de Mol, un autre auprès du séparateur en ligne d'ISOLDE au CERN, et un troisième en ligne avec le réacteur à haut flux Osiris de Saclay. Nous avons pu construire jusqu'à 1 MeV le schéma de niveaux de 233Pa. L'observation de quelques transitions de très basse énergie a permis de comprendre la structure des niveaux inférieurs du schéma. L'étude du couplage de Coriolis entre les trois bandes de rotation bâties sur les états de plus bas spin provenant du niveau i 13/2, et qui est assez fort pour inverser l'ordre de la bande 3/2, montre que le couplage avec les autres états a aussi un rôIe important. L'analyse de ce couplage procure des indications sur le couplage deltaN = ± 2 entre les états 1/2+(400) et 1/2+(660). L'étude du noyau de 187lr a permis l'extension à un noyau plus déformé de la connaissance des niveaux de basse énergie des iridium impairs et en particulier du couplage de Coriolis entre les bandes 3/2+(402) et 1/2+(400). D'autre part, un groupe de niveaux de parité négative reliés à un niveau 11/2 semble inexpliqué par le modèle de Nilsson. Cette particularité, observée aussi dans les isotopes de l'iridium plus proches de la stabilité, semble due à une plus grande déformabilité du noyau qui changerait de forme dans ces états. Ces noyaux sont proches d'une région de transition de phase, illustrée dans le cas des isotopes pairs-pairs du platine par le passage entre A = 184 et A = 186 d'une déformation quadrupolaire positive à une déformation négative. La différence essentielle avec les autres isotopes impairs connus de l'iridium est qu'il existe un plus grand nombre de niveaux de parité négative. Un niveau 9/2-, mis en évidence par des transitions E3 et M2 + E3 en provenant, semble pouvoir être expliqué comme un état de quasi-particule. Dans le cas du noyau de 233Pa, le potentiel moyen semble bien défini; dans celui du noyau de 187Ir, le potentiel moyen est vraisemblablement instable, ce qui souligne la proximité d'une zone de transition de phase. Cette étude a permis d'élaborer les schémas de niveaux de deux noyaux de déformation moyenne situés dans des régions où d'importants mélanges de configuration doivent être pris en considération. Moyennant ces couplages, la plupart des niveaux semblent pouvoir être expliqués en termes de modèle à quasi-particule indépendante. Les données actuelles ont permis de traiter dans les deux noyaux des problèmes de couplage de Coriolis et d'aborder celui du couplage deltaN = ± 2 dans le 233Pa. Il faudrait, pour pouvoir traiter plus complètement ce dernier couplage, disposer d'un plus grand nombre de paramètres dont certains pourraient peut-être être fournis par des résultats de réactions nucléaires.

Mes recherches au cours des 21 dernières années ont débuté à IFICValencia, puis quelques années au GANIL et de Valencia à nouveau, et enfin au labo depuis 1994. Bien que mon passage à LPC représenté une forte variation thématique, j'ai fait un effort pour trouver un scénario qui suit la plupart des projets que j'ai participé, et ce scénario est la quête pour mesurer les distances nucléaire. Sur cette voie, je vais inclure la couverture des articles que j'ai trouvés significative, leur version complète peut être trouvée à la fin de ce document, dans leur ordre d'apparition.