Les techniques de radiothérapie externe ont beaucoup évolué ces vingt dernières années. Pour les photons, le développement d'outils comme les collimateurs multilames, de machines comme le cyberknife ou la tomothérapie, ont permis d'améliorer la conformation des traitements au volume tumoral et de diminuer la dose maximale aux tissus sains. Dans un autre registre, l'usage de la protonthérapie s'élargi t dans tous les pays et l'hadronthérapie par ions carbone commence également à prendre son essor. Si les techniques s'améliorent, les exigences de contrôle de la dose administrée aux patients sont toujours les mêmes. Ce document expose, en premier lieu, les tenants et aboutissants des différentes techniques de radiothérapie externe : traitements photons, protonthérapie et hadronthérapie. Partant du fondement des exigences cliniques, il établit les grandeurs qu'il faut mesurer pour garantir la qualité du traitement pour les différentes modalités envisagées. Il expose ensuite quelques réalisations, basées sur des cahiers des charges précis et rigoureux, dans le domaine du contrôle et de la mesure des faisceaux délivrés par les équipements de radiothérapie externe. Deux techniques instrumentales sont particulièrement développées, la dosimétrie par scintillateurs plastiques pour le contrôle des faisceaux de photons et la dosimétrie par chambre d'ionisations appliquée à la protonthérapie ou aux expériences de radiobiologie menées sur l'installation de GANIL. Les analyses et les perspectives, basées sur les évolutions récentes des machines de traitement, sont livrées en conclusion et pourront servir de guide pour les développements instrumentaux futurs.

SuperNEMO est un projet de détecteur de nouvelle génération pour la recherche de la décroissance double bêta sans émission de neutrinos. La technique expérimental déployée est dans la lignée du son prédécesseur NEMO3, combinant un trajectographe et un calorimètre, afin d'identifier non seulement les électrons des décroissances double bêta, mais également pour mesurer l'ensemble des composantes de bruit de fond du détecteur. Le projet vise ainsi une sensibilité de 10^26 ans sur la période du 82Se, ce qui permettrait de sonder une masse effective du neutrino de 50 meV. Pour atteindre cette sensibilité, le projet prévoit notamment de mettre en place un calorimètre composé d'un millier de compteur à scintillation de basse radioactivité, dont la résolution en énergie serait meilleure que 8 % FWHM pour des électrons de 1 MeV.Ce travail de thèse apporte une contribution importante dans les travaux de Recherche et Développements pour améliorer les performances des scintillateurs et photomultiplicateurs, et pour réduire leur radioactivité, avec notamment la conception d'un nouveau photomultiplicateur en collaboration avec Photonis.

Des calculs de type modèle en couches ont été réalisés dans un espace de valence 1¯hω complet pour les noyaux de la couche sd. Ces calculs ont permis pour la première fois de prédire la durée de vie des états de parité positive et négative des noyaux riches en neutrons de la couche sd. Les durées de vie prédites (1 - 100 ps) sont mesurables par la méthode de décalage Doppler différentiel.Le démonstrateur du détecteur γ européen de nouvelle génération, AGATA, en coïncidence avec le spectromètre magnétique PRISMA du LNL (Italie) et le plunger de l'Université de Cologne ont été utilisés pour mesurer les durées de vie des états excités dans 32,33Si et 35,36S. Les structures plus complexes, à n¯hω ont également été étudiées dans le 28Si. Ce dernier est un noyau important pour comprendre la compétition entre les structures de type champ moyen et les structures en agrégats. La réaction résonante de capture radiative d'ions lourds-légers 12C+16O a été réalisée à des énergies sous-coulombiennes. La décroissance γ complète depuis les résonances peuplées par laréaction jusqu'au niveau fondamental de 28Si a été mesurée pour la première fois à ces énergies et montre une forte alimentation d'états intermédiaires autour de 10 MeV. Les comparaisons avec des études de captures radiatives au-dessus de la barrière de Coulomb ont été effectuées et les résultats ont été interprétés en termes de l'alimentation favorisée d'états à isospin T = 1 dans le noyau autoconjugué 28Si.

Lors de réactions nucléaires dissipatives, un transfert important d'énergie se produit entre le projectile et la cible. Une partie de l'énergie mécanique initiale est emmagasinée sous forme d'énergie thermique dans les noyaux en interaction. Afin de suivre l'évolution de leur comportement lorsque cette énergie augmente, deux techniques de calorimétrie ont été utilisées : l'une dite " calorimétrie 3D " validée et optimisée au cours de cette thèse ; l'autre dite " calorimétrie standard ", déjà très utilisée par la communauté scientifique. Celles-ci ont permis de reconstruire les caractéristiques de Quasi-Projectiles chauds, produits lors de réactions entre systèmes symétriques ou quasi-symétriques. Les avantages et les inconvénients de chacune d'elles ont été étudiés grâce à deux générateurs d'événements, HIPSE et ELIE, modélisant les processus physiques intervenant lors de ces collisions mais qui diffèrent par le scénario de formation du noyau chaud. Cette étude systématique a permis de déterminer pour quelle température et quelle énergie d'excitation par nucléon, des noyaux de masse intermédiaire passent d'un état de liquide nucléaire chaud à un état de gaz nucléaire. Les informations obtenues par la " calorimétrie 3D " ont permis aussi d'isoler en partie la composante dite de prééquilibre. Ce résultat a été confirmé expérimentalement par une nouvelle utilisation du degré de liberté d'isospin (rapport neutron/proton), comme 'marqueur' dans l'espace des vitesses.

Les mesures fines des faibles radioactivités par la spectrométrie gamma nécessitent l'optimisation de la géométrie de détection et la connaissance du schéma de niveaux des raies gamma. Ainsi, on peut augmenter le taux de comptage et par conséquent, réduire l'incerti- tude statistique des pics spectraux exploités pour le calcul de l'activité des radio-isotopes en rapprochant le plus possible l'échantillon du détecteur. Cependant, l'augmentation du volume de l'échantillon demande une correction de l'auto-absorption des émissions par l'échantillon même, et le rapprochement du détecteur est à l'origine du phénomène de pic-somme. L'utilisation de MCNPX a permis de mettre en évidence les effets séparés de la densité de l'échantillon et le nombre atomique effectif dans l'atténuation des photons d'énergie inférieure à 100 keV. Les facteurs de correction du pic-somme sont obtenus par MCNPX, GESPCOR et ETNA. Ainsi, une base des données pour 244 radionucléides a été établie pour des géométrie SG50 et SG500 au contact d'un détecteur. Dans une application à la radioprotection, des échantillons de mat'eriaux de construction ont été analysés par la spectrométrie gamma. L'Uranium-238, le Thorium-232 et le Potassium-40 ont été identifiés et corrigés des effets sus-cités. La dosimétrie de leurs rayonnements gamma a permis d'évaluer les indices de risque, la dose absorbée et la dose efficace annuelle reçues provenant de ces matériaux. Les simulations par MCNPX corroborent le modèle de calcul de la dose absorbée. Il a permis aussi d'étudier la distribution de la dose dans les habitations de diff'erentes dimensions. Les résultats obtenus sont dans les limites réglementaires.

Le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) construit actuellement en France le Laser Mégajoule (LMJ) qui devrait permettre d'obtenir la fusion par confinement inertiel avec gain, en attaque indirecte. Afin d'atteindre l'ignition thermonucléaire, la compression d'une cible sphérique devra être contrôlée par une série de chocs centripètes dont la chronométrie et le niveau seront précisément maîtrisés. Une première expérience, menée en 2010 sur la Ligne d'Intégration Laser (LIL) au CEA, dans le cadre de la campagne de chronométrie de chocs, nous a permis d'étudier la coalescence de deux chocs plans dans une cible de polystyrène en attaque indirecte. L'objectif était de valider le concept expérimental et les simulations numériques, démontrant le principe de campagnes futures qui devront à terme permettre d'atteindre les précisions souhaitées sur les temps et les vitesses. A cette fin, nous avons mis en oeuvre des diagnostics vélocimétriques (Velocity Interferometer System for Any Reflection - VISAR) et de visualization de débouché de choc, en prenant en compte les problèmes optiques liés au rayonnement X. En parallèle une expérience menée au Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) en 2010, nous a donné l'occasion d'étudier la chronométrie de deux chocs plans en attaque directe grâce aux mêmes diagnostics. Cette dernière étude se rattache au concept d'allumage par choc, dans un but, à terme, de production d'énergie. Cette thèse présente ces deux expériences, avec leurs résultats.

A partir des années 1990, la spectroscopie d'impulsion d'ions de recul s'est imposée comme l'outil idéal pour l'étude des collisions ion-atome et ion -molécule. Le développement de cette technique expérimentale au cours des vingt dernières années est ici détaillé et illustré par des résultats marquants obtenus dans ce domaine au GANIL (CAEN) et au J.R. MacDonald Laboratory (Kansas State University). La spectroscopie d'impulsion d'ions de recul se trouve être également particulièrement bien adaptée à la mesure du paramètre de corrélation angulaire b-v en décroissance b L'expérience LPCTrap, installée au GANIL, est basée sur l'utilisation de cette technique et d'un piège de Paul pour le confinement des noyaux radioactifs. Les mesures précises qui ont été réalisées permettent à la fois de tester certaines hypothèses essentielles du Modèle Standard des particules élémentaires et d'étudier le processus d'ionisation par " shakeoff " de l'électron.

L'expérience de diffusion Compton profondément virtuelle sur le proton (DVCS) du Hall A a pris le faisceau d'électrons de 5.757 GeV polarisé du Jefferson Laboratory de septembre à décembre 2004. Elle a utilisé un spectromètre à haute résolution associé à un calorimétre électromagnétique en fluorure de plomb et à un detecteur de protons tous deux spécialement con\c cus pour fonctionner à une haute luminosité de 10^37cm^-2s^-1 permettant de signer les<br />événements exclusifs sans ambiguïté. Trois mesures ont été effectuées a x_bjorken=0.32 constant pour 3 valeurs de Q^2 : 1.5 GeV^2, 1.91GeV^2, 2.32 GeV^2. Une électronique dédiée a aussi été mise en place permettant de résoudre l'empilement durant l'analyse ainsi q'un module de coïncidence électron photon. Les données de la cinématique à 2.32 GeV^2 et s=5.6GeV^2 ont permis d'extraire un résultat préliminaire pour la section efficace d'électroproduction exclusive de pi^0 sur le proton.

Ce travail présente l'analyse de l'électroproduction exclusive de mésons rho0 sur le nucléon pour des valeurs du moment transféré au carré Q2 intermédiaires (1.5

La physique des collisions d'ions lourds (ultra-)relativistes a pour objectif principal l'élaboration de l'équation d'état de la matière nucléaire par l'examen de ses propriétés dans des conditions extrêmes de température et de pression.<br />A basse énergie, les collisions d'ions lourds permettent de sonder la matière nucléaire modérément chaude à grande densité baryonique.<br />A haute énergie, la chromodynamique quantique prédit le déconfinement des constituants des hadrons en un plasma de quarks et de gluons.<br />La première partie de ce document est consacrée à l'étude de la production d'étrangeté dans les collisions d'ions lourds aux énergies du SIS avec le détecteur FOPI installé au GSI.<br />La deuxième partie de ce document est consacrée à l'étude de la production des saveurs lourdes dans les collisions d'ions lourds aux énergies du LHC avec le détecteur ALICE installé au CERN.