L'importance de la dissipation nucléaire dans les noyaux à forte énergie d'excitation, mise en évidence il y a une quinzaine d'années, conduit à une évolution du noyau vers la fission plus lente que ce que prévoit le modèle statistique de Bohr et Wheeler, et impose une description dynamique du processus de fission à ces températures. Mesurer des temps de fission constitue alors une véritable sonde des effets de dissipation nucléaire.<br> Nous avons effectué une expérience au GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) avec le détecteur de neutron 4 Pi ORION, en utilisant un faisceau de plomb, accéléré à 29 MeV/u, incident sur une cible monocristalline de silicium (expérience en cinématique inverse). Les temps de fission des quasi-projectiles de plomb ont été mesurés, en fonction de leur énergie d'excitation initiale, par la méthode du blocage cristallin. Cette méthode, fondée sur la mesure directe de la répulsion des fragments de fission par une rangée d'atomes du cristal-cible, donne accès à la proportion de temps longs (supérieurs à 10-19s dans nos expériences) dans la distribution du temps de fission. Les creux de blocage de l'axe <110> et des plans (001) et (110) ont été interprétés à l'aide d'un programme de simulation de type Monte-Carlo dans lequel, et pour la première fois de façon poussée, l'émission de particules par les fragments de fission excités a été prise en compte.

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Ce travail de thèse concerne l'étude de la structure de noyaux riches en protons en mettant à profit la désintégration béta. La technique du guide d'ions adaptée aux réactions de fusion-évaporation induites par faisceaux d'ions lourds (HIGISOL) est un moyen très approprié à la séparation en ligne d'isotopes à vie brêve dans le cas d'éléments très réfractaires. Dans la première partie de ce mémoire, les expériences réalisées grâce au cyclotron K=130 de l'Université de Jyväskylä, et dédiées à la désintégration béta du 125Ce, ont permis d'obtenir des données originales sur le schéma de niveaux du 125La, et en particulier, de découvrir un nouvel isomère de 390 ms. La comparaison avec différents modèles théoriques est également présentée pour les noyaux de transition de la région. Dans une seconde partie, nous avons étudié l'émission différée béta de 1 et 2 protons du 27S, produit au GANIL, par fragmentation d'un faisceau de 36Ar à 95MeV/u sur une cible de carbone, et séparé à l'aide du spectromètre LISE.

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En 1993, le professeur C. Rubbia fait une première proposition concernant un réacteur souscritique piloté par un accélérateur de particules. En 1995 le concept de l'amplificateur d'énergie est développé, les caractéristiques principales de ce réacteur sont alors, outre la sous-criticité intrinsèque du réacteur nucléaire: l'utilisation de la filière thorium-232 - uranium-233 et l'utilisation du plomb comme source de spallation, comme milieu ralentisseur et comme fluide caloporteur. Ce système a un objectif double, celui de produire de l'énergie et celui de transmuter les produits de fission radioactifs à durée de vie longue tel le technétium-99. Ce travail de thèse s'intéresse plus particulièrement à l'étude des propriétés de transport des neutrons dans le plomb en vue de la transmutation des produits de fission à durée de vie longue. La première partie s'attache à la description du dispositif expérimental de l'expérience TARC. Des approches théoriques et numériques permettent de se familiariser avec les propriétés de transport des neutrons et leur lent ralentissement dans le plomb. La deuxième partie porte sur la détermination expérimentale, par le groupe de l'ISN de Grenoble, de la distribution énergétique et spatiale du flux de neutrons dans l'ensemble du bloc de plomb. Cette distribution est comparée aux résultats des simulations numériques et aux mesures collectées par les différents systèmes de détection utilisés en parallèle au sein de la collaboration. La troisième et dernière partie valide le concept de la traversée adiabatique des résonances de capture, pour la transmutation des produits de fission à durer de vie longue, dans le plomb. L'ensemble des résultats de la deuxième et de la troisième partie repose sur la relation liant l'énergie des neutrons à leur temps de ralentissement dans le plomb.

L'étude de la forme du noyau atomique est un sujet fondamental puisqu'elle constitue un excellent laboratoire pour tester et valider les différents modèles nucléaires. La mesure du moment quadrupolaire électrique et du rayon de charge nucléaire (signant tous deux la forme du noyau) et du moment dipolaire magnétique, apporte des renseignements précieux pour déterminer la structure nucléaire. En particulier, les valeurs des moments magnétiques sont importantes à caractériser car elles sont fortement liées au degré de pureté des fonctions d'onde décrivant une configuration nucléaire donnée. La spectroscopie atomique, et plus particulièrement la spectroscopie laser, est un moyen précis et inhabituel pour caractériser des observables liées à la forme du noyau : on extrait la variation du rayon de charge entre deux noyaux à partir du déplacement isotopique et le moment quadrupolaire à l'aide de la structure hyperfine ; on observe le noyau à partir du cortège électronique. Depuis plus de 10 ans, nous avons fondé un groupe de spectroscopie laser à l'IPN d'Orsay en collaboration avec le Laboratoire Aimé Cotton d'Orsay, l'université McGill à Montréal et l'Institut de Physique de Mayence. Nous avons ainsi construit un système expérimental baptisé PILIS à Orsay puis COMPLIS au CERN pour étudier la forme des noyaux loin de la vallée de stabilité. Grâce aux résultats obtenus avec cet ensemble expérimental, 7 thèses (une canadienne, trois allemandes et deux françaises) ont été soutenues sur les noyaux d'or, de platine et d'iridium. Un développement du système et une nouvelle de mesure sur les noyaux d'étain riches en neutrons viennent de débuter et doivent faire l'objet d'une nouvelle thèse.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions de rotation. Grâce aux multidétecteurs $\gamma$ tels que EUROGAM puis EUROBALL, nous avons étudié deux régions de noyaux à haut spin en détectant leurs transitions $\gamma$ de désexcitation. L'influence de la force de Coriolis au niveau microscopique est mise en évidence. Les isotopes de cadmium $^{113-116}$Cd ont été peuplés par réaction de fission induite par ions lourds ($^{28}$Si+$^{176}$Yb à 145 MeV). Des bandes découplées ont été identifiées dans les noyaux impairs atteints pour la première fois à haut spin. Considérées comme l'archétype des noyaux vibrateurs lorsqu'ils étaient étudiés par radioactivités, ils présentent à haut spin une faible déformation axiale allongée, confirmée par nos calculs microscopiques de type champ moyen réalisées sur les noyaux pairs-pairs. Le noyau superdéformé impair de plomb $^{197}$Pb a ensuite été atteint par réaction de fusion-évaporation ($^{18}O+^{186}$W à 117 MeV). Nous avons identifié les transitions inter-bandes reliant ses deux bandes superdéformées partenaires en signature. La mesure expérimentale du rapport d'embranchement B(M1)/B(E2) permet d'extraire les propriétés magnétiques de la matière superdéformée, confirmant l'absence de réduction du facteur gyromagnétique de spin neutron $g_{sn}$. La force de Coriolis qui découple le neutron célibataire dans les isotopes de cadmium est moins influente dans les noyaux superdéformés de plomb. Une esquisse de synthèse sur l'action de cette force de Coriolis a été présentée dans le cadre de cette étude.

Ce mémoire est une collection de chapitres d'introduction et d'articles publiés portant sur l'appariement et la superfluidité dans des systèmes variés : dans les gaz d'atomes piégés, dans la matière nucléaire, dans la croûte des étoiles à neutrons, et dans les gouttes de matière de quarks ("strangelets"). Après une introduction générale, soulignant les analogies entre les différents systèmes, l'appariement dans des systèmes statiques est discuté : les équations Bogoliubov-de Gennes (Hartree-Fock-Bogoliubov) pour les systèmes finis, l'approche de Nozières et Schmitt-Rink pour le cross-over BEC-BCS. Ensuite, le mouvement collectif dans des systèmes superfluides est étudié : la rotation lente (sans vortex) ainsi que les modes collectifs. Les méthodes utilisées pour cela sont : l'hydrodynamique superfluide, l'approximation des phases aléatoires de quasiparticules ("quasiparticle random-phase approximation", QRPA), et des théories semiclassiques (théorie de transport de Betbeder-Matibet et Nozières, équation de Boltzmann). Finalement, des perspectives et projets futurs sont discutés.

L'étude des états isomères est un outil important utilisé afin de recueillir des informations sur la structure des noyaux proches comme éloignés de la vallée de stabilité. Cette étude peut aussi être menée afin de comprendre le rôle des différents mécanismes de réaction dans le peuplement des états excités. Le dispositif expérimental associé au spectromètre LISE du GANIL nous a permis de mener à bien ce travail. Dans la première partie de ce travail, une expérience dont le but est l'observation et l'étude des isomères situés dans la région des noyaux riches en neutrons proches du 78Ni produits par fragmentation d'un faisceau de 86Kr est présentée. Dix états isomères de court temps de vie ont été mis en évidence et étudiés pour la première fois. Dans un deuxième temps, nous avons mené une étude sur le rôle du mécanisme de réaction sur le peuplement des niveaux excités pour différents spins et différentes énergies des noyaux produits par fragmentation d'un faisceau de 92Mo à 60 MeV/u. Lors de cette nouvelle expérience, les taux de production F d'isomères et les distributions en moment des fragments produits ont été mesurés. Une forte dépendance de F en fonction de la structure de l'isomère et du mécanisme de réaction a été observée pour la première fois aux énergies intermédiaires.

Pour le projet ALTO à l'IPN d'Orsay, comme pour d'autres laboratoires qui exploitent la technique ISOL pour produire des faisceaux radioactifs intenses et purs, il est crucial, lorsque des isotopes de courte durée de vie sont produits dans des cibles épaisses, de réaliser des cibles et des sources d'ions avec des bonnes propriétés de sortie et de haute efficacité. Ainsi les études de R&D sur les cibles et les sources d'ions sont très importantes pour l'optimisation de la production, la sélectivité et la sortie des isotopes d'intérêt. Ces études sont aussi nécessaires vers les futurs installations transnationales de recherche en physique nucléaire SPIRAL-2 et EURISOL. Le travail présent est consacré à la production d'isotopes de gallium riches en neutrons par la technique de cible épaisse ISOL reposant sur la photo-fission et l'ionisation de surface. Nous visons à l'étude de la structure nucléaire du 82,83,84Ge grâce à la désintegration bêta du 82,83,84Ga. Dans ce but, nous nous concentrons sur le développement d'une nouvelle source d'ionisation de surface faite de matériaux à haute fonction de travail comme le Re et l'Ir. Un code C++ a été construit pour simuler l'efficacité d'ionisation de la source pour des surfaces différentes (des matériaux différents et des dimensions différentes) et le résultat a été comparé avec une base de données expérimentales du CERN. Le code peut être utilisé pour optimiser les dimensions de la source d'ions dans des agencements futurs. En même temps nous avons réalisé une expérience d'essai afin de mesurer l'efficacité d'ionisation du gallium dans des cavités de Re et Ir-Re. D'autre part, pour les études de structure nucléaire d'éléments réfractaires, comme le cobalt ou le nickel, pour lesquels on s'attend à ce qu'ils révèlent un trésor d'informations de structure intéressantes, la technique ISOL à cible épaisse n'est plus appropriée. En effet, le point de fusion élevé de ces éléments fait qu'ils se volatilisent et se libèrent difficilement d'une cible épaisse. Alors une technique basée sur des cibles minces s'avère nécessaire et le guide d'ions à laser, basé sur une cellule à gaz pour thermaliser, neutraliser et arrêter les produits de réaction reculants suivie d'une ionisation résonnante laser pour les re-ioniser sélectivement, semble un bon choix. Cependant, afin de déterminer si la technique convient pour ALTO, nous devons répondre à la question quant au taux d'ionisation du gaz tampon par le faisceau primaire ainsi que les charges secondaires? Autrement dit, quel est le taux de production de paires ion-électron dans la cellule à gaz? En effet, un taux d'ionisation trop grand empêche l'extraction efficace des ions d'intérêt du guide d'ions à laser. Pour répondre à cette question, nous avons construit un code basé sur Geant-4 pour simuler l'ionisation du gaz tampon. En outre, dans un mouvement vers le projet SPIRAL-2 au GANIL, où la fission de l'238U sera induite par des neutrons produits dans un convertisseur carbonique depuis un faisceau de deutons, nous avons écrit un code Geant-4 pour simuler la production de neutrons, la fission induite par neutron et le dépôt d'énergie dans une cellule à gaz de dimensions semblables à la cellule proposée pour ALTO.