Dans ce rapport, nous exposerons le principe des expériences réalisées qui ont permis de mettre en évidenceles excitations nucléaires et les mécanismes de réactions dans la voie inélastique.

Le thème central de cette thèse est l'étude de la faisceaulogie de l'accélérateur ALTO et des lignes de transport associées. La première partie présente l'étude effectuée sur l'injecteur. Les simulations faites à l'aide du code de calcul PARMELA, ont permis l'optimisation des caractéristiques du pré-groupeur afin d'obtenir un bon groupement à l'entrée du groupeur et á l'entrée de la section accélératrice en fonction de la distance qui les sépare. La deuxiéme partie de cette thèse a porté sur les mesures de l'émittance transverse du faisceau à la sortie du groupeur. La méthode choisie est celle de trois gradients et le système optique utilisé est un solénoide. Les résultats obtenus s'avèrent en bon accord avec des mesures antérieures. Enfin un calcul de la ligne optique a été réalisé afin d'optimiser le transport du faisceau jusqu'à la cible PARRNe sans dégrader ses caractéristiques. Les codes de calcul utilisés sont BETA et TRACE-WIN.

Depuis quelques années, le protactinium suscite un regain d'intérêt en raison de l'implication de cet élément dans les réacteurs à combustible thorium, qui font partie des scénarios envisagés pour répondre aux besoins énergétiques du futur. Dans ce travail, le comportement du protactinium(V) en solution aqueuse acide a été étudié en présence de deux ligands organiques : l'acide oxalique et le DTPA. L'étude a été conduite selon une double approche : structurale, à l'aide des techniques de Spectroscopie d'Absorption des rayons X (SAX) et d'Electrophorèse Capillaire (EC-ICP-MS), complétée par des calculs de type DFT, et thermodynamique par la technique d'extraction par solvant. Le protactinium forme avec l'acide oxalique un complexe limite d'ordre 3 dans lequel la présence de la liaison courte mono-oxo a été mise en évidence grâce à l'analyse des spectres XANES et EXAFS. La charge (–3) de ce complexe a pu être déduite de mesures d'électrophorèse capillaire couplée ICP-MS. La structure optimisée de l'entité [PaO(C2O4)3] se caractérise par une coordination bidentate des trois oxalates, dont deux se situent dans le plan “équatorial” de la liaison Pa=O. Les constantes de formation des différents complexes successifs conduisant à PaO(C2O4)33– ont été déterminées à partir de l'analyse des variations du coefficient de partage D de Pa(V) en fonction de la concentration de ligand, dans le système TTA/toluène/H2O/NaClO4/HClO4/H2C2O4 à différentes températures pour une force ionique de 3 M. L'influence de la température a révélé une forte contribution entropique (excepté lors de la formation de PaO(C2O4)2–). La variation enthalpique relative aux équilibres successifs, accompagnant la formation des complexes est favorable pour les deux premiers complexes mais légèrement défavorable pour la formation du complexe limite. Avec le DTPA, les expériences d'électrophorèse capillaire ont clairement montré la formation d'un complexe neutre ; d'après les expériences d'extraction par solvant, il s'agit d'un complexe (1:1), pouvant donc correspondre à la formulation Pa(DTPA). L'arrangement le plus stable, issu de calculs de type DFT, montre que la coordination du protactinium est assurée par l'ensemble des atomes donneurs de la molécule de DTPA : les 3 atomes d'azote et les 5 atomes d'oxygène de chacune des fonctions carboxyliques. La constante de stabilité βapp de ce complexe a été déterminée pour différentes valeurs de force ionique et de température. La température s'est révélée sans influence sur les constantes de complexation entrainant l'hypothèse d'une variation enthalpique nulle et donc de la formation de Pa(DTPA) gouvernée par l'entropie.

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NIL

Les excitations d'´echange de charge dans les noyaux constituent l'un des sujets importants et actuels en physique nucl´eaire et en astrophysique. En principe, une connaissance syst´ematique de l'´evolution du comportement de ces excitations `a travers la table des ´el´ements fournirait des informations directes sur les propri´et´es en spin et isospin de l'interaction entre nucl´eons dans le milieu nucl´eaire, et sur l'´equation d'´etat de la mati`ere nucl´eaire. Par ailleurs, une quantit´e d'importance essentielle pour la structure des noyaux, l'´epaisseur de la peau de neutrons, peut ˆetre d´etermin´ee par la r`egle de somme de la r´esonance spin-dipolaire (RSD) ou par la s´eparation en ´energie entre l'´etat isobarique analogue (EIA) et la r´esonance de Gamow-Teller (RGT). Plus g´en´eralement, les excitations d'´echange de charge permettent d'aborder des probl`emes d'int´erˆet g´en´eral tels que l'´etude de l'´evolution des ´etoiles `a neutrons et des supernovae, la d´ecroissance β des noyaux le long du processus r dans la nucl´eosynth`ese stellaire, ou les interactions neutrino-noyau. Elles jouent aussi un rˆole essentiel pour extraire la valeur de l'´el´ement Vud de la matrice de Cabibbo-Kobayashi- Maskawa par le biais de la r´eaction de d´ecroissance β super-permise 0+ → 0+ dans les noyaux. Pour toutes ces raisons, il est important de d´evelopper des th´eories microscopiques des excitations d'´echange de charge, et ceci constitue la principale motivation de notre recherche. Dans ce travail, nous ´etablissons le formalisme et les m´ethodes num´eriques pour d´ecrire les excitations d'´echange de charge dans le cadre de la Random Phase Approximation (RPA) selfconsistante construite sur l'approximation de Hartree-Fock relativiste (RHF). Un test important de pr´ecision num´erique est r´ealis´e sur l'´etat isobarique analogue. La m´ethode est ensuite utilis´ee pour mener des applications num´eriques r´ealistes sur un certain nombre de questions physiques: les r´esonances de spin-isospin dans les noyaux proches des noyaux magiques, les corrections dˆues aux m´elanges d'isospin dans les transitions β super-permises, les interactions neutrino-noyau dans les voies de courants charg´es. Pour les deux modes importants de spin-isospin que sont la RGT et la RSD nous trouvons qu'un excellent accord avec l'exp´erience est obtenu sans aucun r´eajustement des param`etres du mod`ele. De plus, les termes d'´echange de l'interaction induite par les m´esons isoscalaires jouent un rˆole essentiel dans les excitations de spin-isospin, `a la diff´erence de la RPA construite sur l'approximation de Hartree relativiste. En ce qui concerne notre ´etude des transitions β 0+ → 0+ super-permises l'une des conclusions est que les corrections δc dˆues aux violations de la sym´etrie d'isospin d´ependent sensiblement du champ moyen d'´echange produit par les interactions coulombiennes, mais ne changent pas sensiblement avec le mod`ele de Lagrangien utilis´e. Nous utilisons ces valeurs de δc pour d´eduire des plus r´ecentes valeurs exp´erimentales de ft dans les noyaux T = 1, et en tenant compte des corrections radiatives, les valeurs de Ft ”ind´ependantes de noyaux”. Nous obtenons ainsi des valeurs de l'´el´ement de matrice |Vud| de Cabbibo-Kobayashi-Maskawa en bon accord avec les valeurs d´eduites des d´ecroissances neutronique et pionique, et les transitions dans les noyaux miroirs, tandis que la somme des carr´es des ´el´ements de la premi`ere ligne d´evie l´eg`erement de la condition d'unitarit´e. Nous avons ´egalement utilis´e nos fonctions d'onde RPA pour ´evaluer les amplitudes de transition correspondant `a l'interaction faible lepton-hadron sous la forme standard courant-courant. Ainsi, les processus faibles semi-leptoniques tels que les r´eactions neutrino-noyau, capture leptonique charg´ee, d´esint´egration β, peuvent ˆetre ´etudi´es. Nos premi`eres applications concernent la r´eaction 16O(νe, e−)16F pour laquelle nous comparons nos pr´edictions avec celles d'autres auteurs. Dans la discussion des r´esultats nous nous effor¸cons en particulier de clarifier l'influence appr´eciable des diff´erentes prescriptions que l'on peut adopter pour le choix de la constante de couplage vecteur axiale et l'inclusion ou non des ´etats excit´es de basse ´energie dans le noyau final.

Dans le but de diversifier les chaines de mesures quantitatives dans le group RaMsEs, les méthodes d'analyse XRF (X-ray fluorescence) et PIXE (Particle Induced X-ray Emession) ont été développées pour la mesure des échantillons environnementaux. Dans une grande partie de ce travail de thèse la simulation Monte-Carlo a été utilisée pour valider l'ensemble des résultats expérimentaux. La methode XRF a été utilisé a l'aide d'une source radioactive d'241Am émettant des rayonnements Gamma de 60 keV. La methode PIXE est développée a l'aide d'un accélérateur 4 MV de type Van de Graaff, qui délivre des protons d'énergies entre 2 et 4 MeV auprès du laboratoire InESS (Institut d'Electronique du Solide et des Systèmes) à Strasbourg. La détermination de la composition de l'échantillon est base sur la mesure des rayonnements de fluorescence X émis par ce dernier a l'aide du détecteur Si(Li). Pour la methode XRF l'auto-absorption des rayonnements de fluorescence a été déterminée expérimentalement par la methode décrite dans [Leroux et al., 1966; Tertian and Claisse, 1982], est vérifiée par simulation en utilisant les deux codes MCNP et GEANT. Pour PIXE l'auto-absorption est déterminée par MCNP. L'efficacité intrinsèque du détecteur a été déterminée par trois méthodes : avec des sources radioactives, XRF en utilisant la source d' 241Am et PIXE par des protons de 2 et 3.8 MeV. Les résultats expérimentaux ont été comparé avec des calcules effectuée par MCNP et GEANT.

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Ce document décrit les premières investigations expérimentales à Jefferson Lab des Distributions de Partons Generalisées (GPDs), en utilisant la diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS). Les GPDs incluent les facteurs de forme et densités partoniques habituelles, mais aussi les correlations entre états différents de partons. Les GPDs donnent donc accès a une description tri-dimensionnelle du nucléon. le DVCS est le processus le plus direct pour extraire les GPDs, et des l'année 2000 une série d'expériences ont été proposée dans ce but. Les résultats des premières expériences exploratoires sont presentés ainsi que les premières mesures de combinaisons linéaires de GPDs. Une discussion detaillée s'ensuit sur ce que l'on a appris de ces expériences, en liaison avec les outils théoriques utilises pour extraire les GPDS a partir des données. Enfin, on décrit les améliorations futures possibles, et les nouvelles expériences qui sont proposées.

La matière nucléaire classique se caractérise par des densités d'énergie de l'ordre de " = 0,17 GeV/fm3. Pour des conditions critiques en densité d'énergie 5 -10 " ou en température de 150 - 200 MeV, la chromodynamique quantique (QCD) sur réseau prédit une transition de phase entre la matière nucléaire classique et un nouvel état de la matière : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) dans lequel les quarks et les gluons seraient déconfinés. Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent de créer des conditions thermodynamiques, i.e. un milieu dense et chaud, très favorable à la formation du PQG. Le LHC offre la possibilité de faire des collisions proton-proton et des collisions d'ions lourds à des énergies de plusieurs TeV par nucléon. Les énergies disponibles permettront de tester expérimentalement différents formalismes théoriques de la QCD développés afin de décrire les collisions d'ions lourds dans la limite des hautes énergies. La compréhension des conditions initiales de la collision est obligatoire afin de comprendre l'évolution du système vers un état de PQG. L'un des formalismes les plus discutés depuis ces dernières années qui décrit ces conditions initiales est le Color Glass Condensate (CGC). Il prédit la saturation de la densité partonique au sein des noyaux dans le domaine des petites valeurs de Bjorken-x correspondant à de grandes pseudorapidités. ALICE est l'une des expériences du LHC consacrée à l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes et en particulier à l'analyse des propriétés du PQG. Une des signatures possibles de la création du PQG est la suppression des taux de production des quarkonia (J/ , ) par écrantage de couleur dans un milieu déconfiné. Le spectromètre à muons de l'expérience ALICE permettra de mesurer les taux de production des quarkonia via leur canal de désintégration muonique dans un domaine de pseudorapidité -4 < < -2,5. Les effets de saturation, plus importants à grande pseudorapidité, font du spectromètre à muons d'ALICE un détecteur tout particulièrement approprié pour cette étude. La première partie de ce travail porte sur l'installation et la préparation du spectromètre à muons d'ALICE en vue des premières prises des données. Les tests de l'électronique frontale et des chambres du système de trajectographie du spectromètre à muons conduisent à la conclusion que la station 1 du spectromètre à muons est prête à enregistrer les premières données physiques. La seconde partie présente l'étude du CGC par deux voies expérimentales : la production des saveurs lourdes (charme et beauté) et la multiplicité des particules chargées. Nous montrons que l'état final de la collision est affecté par l'existence du CGC dans l'état initial. Ce travail mène à la conclusion que le LHC permettra une étude de cette nouvelle physique jamais explorée auparavant.