L'expérience NEMO-3 recherche un signal de double désintégration bêta sans émission de neutrino (beta beta 0 nu) avec une sensibilité de l'ordre de 1024 années. L'observation de ce processus, interdit par le Modèle Standard car violant la conservation du nombre leptonique total, permettrait de déterminer la nature théorique de cette particule (Dirac ou Majorana) et d'accéder à l'échelle de masse du neutrino. L'objectif de ce travail est d'étudier les événements de décroissance beta beta à haute énergie du 82Se et du 150Nd utilisés dans le détecteur NEMO-3. La première partie de cette étude consiste en l'élaboration de modèle de bruits de fond de l'expérience en exploitant les données du détecteur. La seconde partie de ce travail a permis de mesurer les périodes de décroissance beta beta 2 nu de ces isotopes et déterminer une limite inférieure sur la période du processus beta beta 0 nu par échange de neutrinos légers de Majorana. Dans la dernière partie, une mesure spécifique de la contamination en thallium est menée en exploitant la sensibilité du détecteur NEMO-3 à la décroissance 212Bi-Po.

Des données obtenues avec le multidétecteur INDRA portant sur des réactions $^{129}$Xe + $^{nat}Sn à 25 AMeV ont montré la présence inattendue de fragments ayant une charge largement supérieure (autour de Z=70) à celles du projectile ou de la cible, qui sont de Z=54 et Z=50 respectivement. Les collisions impliquant des noyaux dont le produit des charges est supérieur à 2700 sont dominées par les transferts très inélastiques. Pour Xe+Sn, ce produit est 2700. Suite à ces observations, une série d'expériences a été effectuée en utilisant les réactions $^{129}$Xe + $^{nat)$Sn à 8, 12, 15, 20 et 25 AMeV. Il sera alors possible de déterminer si ces résidus sont produits par fusion incomplète, par d'importants transferts de masse lors de collisions profondément inélastiques ou encore par la fission très asymétrique d'un système composite. Le présent travail présentera les résultats expérimentaux obtenus lors de l'analyse de ces expériences. On montrera que des résidus lourds ayant une charge supérieure à 70 sont produits avec une section efficace de production de $10^-2$ mb. Les distributions angulaires montrent que ces résidus peuvent être produits par la fusion incomplète du projectile et de la cible. L'étude des produits en coïncidence avec les résidus montrent qu'un système composite s'est formé pour ensuite subir une fission qui mène au résidu et à un fragment plus petit. Enfin, la comparaison des résultats avec un modèle phénoménologique, HIPSE, confirme la validité du modèle pour ce régime énergétique.

L'analyse des résultats les plus récents des spectres de dileptons obtenus en collision d'ions lourds a démontré la nécessité d'une compréhension fine des différents mécanismes élémentaires de production de ces paires e+e-. Le dispositif expérimental HADES, installé auprès de l'accélérateur de GSI, est bien adapté à ces études. Ainsi, le rapport de branchement de la décroissance Dalitz de la résonance Delta, qui n'a jamais été mesuré, est une des axes principaux de cette thèse. Au delà de la mesure de ce rapport de branchement, la réaction pp->pD+->ppe+e- pourrait aussi permettre de donner des informations sur la structure interne de la résonance et plus particulièrement sur les facteurs de forme de transition électromagnétique N-Delta.<br />L'analyse des simulations présentée a permis de démontrer la faisabilité de cette expérience en estimant le taux de comptage attendu ainsi que le rapport Signal sur Bruit. Cette analyse a aussi mis en évidence l'importance de la résolution en impulsion du détecteur pour la réussite de l'expérience.<br />La résolution en impulsion doit donc être étudiée. Dans ce travail, nous avons tenté de mettre en évidence les points importants qui permettraient de comprendre la résolution mesurée actuellement.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'études récentes pour la compréhension à l'échelle moléculaire des effets des rayonnements ionisants sur les systèmes biologiques, mises en oeuvre par le groupe IPM de l'IPNL en collaboration avec l'Institut für Ionenphysik de l'Université d'Innsbruck. Il est composé de deux parties. La première présente un nouvel ensemble de mesures des sections efficaces d'ionisation de l'hélium par impact de protons ou d'atomes d'hydrogène dans la gamme d'énergie d'intérêt pour la radiobiologie (20 à 150keV). Il s'agit de systèmes modèles d'intérêt pour la compréhension des phénomènes de base, et les collisions H + He ont fait l'objet, jusqu'à présent, de peu d'études utilisant les techniques de coïncidences. En outre, cette étude avec l'hélium a été faite dans l'intention de réaliser un test général de fonctionnement de l'appareillage avant d'aller vers des systèmes plus complexes. Des études similaires ont été ensuite réalisées en remplaçant la cible d'hélium par l'eau ou par des molécules d'intérêt biologique (Uracil, Thymine ...). La seconde partie de la thèse traite d'un autre type de radiations ionisantes que l'on peut voir comme une des conséquences secondaires des radiations étudiées dans la première partie. Des électrons de faible énergie (1 à 16eV) sont émis lors du bombardement de la matière par des protons ou des atomes d'hydrogène rapides; ces électrons ayant à leur tour des effets ionisants sur l'environnement. Une étude de l'attachement dissociatif des électrons sur l'eau a été entreprise à l'université d'Innsbruck, motivée par l'existence d'importants désaccords entre les précédentes études sur le même sujet. Le problème de la discrimination des ions à grande énergie cinétique dans le monochromateur trochoïdal utilisé pour cette étude a fait l'objet d'une attention particulière.

-

L'étude de la fermeture de couche N=28 et de ces implications astrophysiques a été<br />menée. De même, nous avons étudié la structure de noyaux riches en neutrons autour de<br />N=32/34 et 40.<br />La fermeture de couche N=28 a été étudiée par le biais d'une réaction de transfert d'un<br />neutron sur les noyaux^{44,46}Ar. Les énergies d'excitation des états peuplés dans les ^{45,47}Ar,<br />leurs moments angulaires et facteurs spectroscopiques ont été déterminés. Les résultats<br />obtenus ont permis de montrer que N=28 est toujours magique dans la chaîne des argons.<br />Nous avons interprété l'évolution des écarts des orbitales partenaires de spin-orbit dans les<br />isotones N=29 des chaînes de calcium et d'argon en terme d'interaction proton-neutron<br />tenseur monopolaire. A l'aide de cette dernière, nous avons montré qu'il n'était pas né-<br />cessaire de faire appel à une diminution de la force de l'interaction de spin-orbite pour<br />comprendre l'évolution des écarts entre ces orbitales neutron dans les cas étudiés.<br />Les taux de capture de neutron sur les noyaux ^{44,46}Ar ont été déterminés à l'aide des<br />résultats de cette expérience. Nous avons alors étudié l'influence de ces taux sur la nucl<br />éosynthèse des ^{46,48}Ca. Nous avons proposé des conditions stellaires susceptibles de<br />reproduire le rapport isotopique anormal observé dans la météorite d'Allende pour les<br />isotopes ^{46,48}Ca.<br /> Nos résultats ont permis de<br />montrer que le nombre N=34 n'est pas magique dans les chaînes isotopiques supérieures<br />à celle du calcium.

La simulation neutronique des réacteurs nucléaires suppose la connaissance de l'interaction neutron noyau (sections efficaces, nombres et spectres des neutrons de fission) pour les quelques dizaines de noyaux présents dans le réacteur sur une douzaine d'ordres de grandeur d'énergie des neutrons. Le développement d'un nucléaire durable impose de nouvelles contraintes aux réacteurs du futur : l'optimisation de l'utilisation de la matière première nécessite la régénération des noyaux fissiles et la gestion des déchets suppose leur transmutation. Les réacteurs proposés permettant d'atteindre ces objectifs (génération IV et ADS) sont chargés de combustibles nouveaux (thorium et actinides lourds) et fonctionnent avec des spectres neutroniques pour lesquels les données nucléaires ne bénéficient pas des 50 années de l'expérience industrielle. Après leur validation sur un réacteur expérimental dans le cadre d'un exercice international, nous appliquons des outils classiques de physique de réacteurs en combinaison avec les incertitudes sur les données de base disponibles pour calculer l'incertitude sur la criticité et le coefficient de température d'un réacteur à sel fondu au thorium. De plus, une réflexion sur les taux de réactions importants pour le cycle a l'équilibre donne une estimation de l'efficacité des différentes stratégies de retraitement en ligne du combustible et les contributions de ces taux de réactions à l'incertitude sur la régénération et donc l'impact de ces incertitudes sur le dimensionnement de l'usine de retraitement. Nous pouvons alors lister les données à améliorer prioritairement pour améliorer la précision des calculs.

Les nombres magiques ou fermetures de couche sont une des caractéristiques importantes de la structure nucléaire, mais qui sont modifiés loin de la vallée de stabilité. La détermination de l'énergie de liaison, via des mesures de masse sur les noyaux exotiques, représente un des plus grands challenge dans l'étude de la structure nucléaire à cause de la précision importante qui est nécessaire, et du faible taux de production, ainsi que les courtes durées de vie. Afin de résoudre le problème, deux spectromètres de masse ISOLTRAP et MISTRAL peuvent être utilisés, tous les deux situés à ISOLDE/CERN (Genève). MISTRAL est un spectromètre de masse à transmission pour les noyaux de courtes durées de vie, et ISOLTRAP est un spectromètre de masse basé sur l'utilisation de pièges de Penning, qui effectue des mesures de masses de haute précision. Cette thèse décrit les techniques pour repousser les limites de ces deux instruments complémentaires: un système de refroidissement de faisceau pour améliorer la sensibilité de MISTRAL et une procédure d'optimisation pour améliorer la définition des champs de piégeage d'ISOLTRAP. Des mesures très précises ont été effectuées avec ISOLTRAP afin d'augmenter le nombre de noyaux très bien connus dans la table de masse, et afin d'examiner le cas de deux nouveaux nombres magiques N = 32 et N = 40. Les résultats montrent un surplus d'énergie de liaison pour le 56Cr32 dû à la présence d'une probable déformation. Un faible effet<br />apparait pour le 68Ni40, peut-être dû à une compétition avec la demi-couche à N = 39, la présence d'une fermeture de couche à N = 40 est exclue par nos résultats.

Nous avons effectué l'excitation Coulombienne, sur une cible de plomb, d'un faisceau exotique à 58 MeV/nucléon de 26Ne, noyau riche en neutrons, afin d'étudier la possible existence de résonances dipolaires pygmées au dessus du seuil d'émission neutron. L'expérience a été conduite auprès de l'accélérateur de l'institut RIKEN, à Tokyo (Japon) et incluait un détecteur de gammas, un hodoscope pour particules chargées et un détecteur de neutrons.<br />A l'aide de la méthode de la masse invariante appliquée dans la voie de décroissance 25Ne+n, et en comparant la section efficace de réaction sur le plomb et sur une cible légère d'aluminium, nous observons de la force de moment angulaire égal à un entre les seuils d'émission un neutron et deux neutrons. A l'aide des distributions angulaire de diffusion du 26Ne nous en confirmons la nature et extrayons la valeur de probabilité de transition réduite dipolaire correspondante B(E1) = 0.54 (0.18) e2fm2. Notre méthode nous permet aussi d'accéder pour la première fois aux rapports d'embranchement de la décroissance d'une résonance pygmée.<br />Par ailleurs, en détectant les photons de décroissance des états au-dessous du seuil d'émission neutron et en analysant les distributions angulaires de diffusion du 26Ne correspondant au premier état excité 2+, nous en déduisons sa probabilité de transition réduite, à partir de l'état fondamental. La valeur obtenue de B(E2) = 87 (13) e2fm4 est en désaccord avec le résultat d'une expérience précédente.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un programme européen visant à optimiser le temps de relâchement d'atomes des systèmes de production d'ions radioactifs de type ISOL (Isotope Separator On Line). Il a pour but à la fois le développement de faisceaux d'éléments nouveaux et l'amélioration en intensité et pureté des faisceaux déjà existants. Dans la méthode ISOL, un faisceau primaire d'ions entre en collision avec les noyaux d'une cible solide et épaisse (les ions incidents sont arrêtés dans la cible). Les noyaux incidents se fragmentent et donnent lieu à des noyaux radioactifs, également stoppés dans la cible. Une fois leur cortège électronique reconstitué, ils diffusent en dehors de la cible. Pour accélérer le processus de diffusion, la cible est fortement chauffée. Sortis de la cible, les atomes radioactifs effusent jusqu'à une source d'ions dans laquelle ils sont ionisés. En sortie de source, ils sont accélérés pour former un faisceaux et sont transportés jusqu'aux aires expérimentales. Compte tenu du nombre important de paramètres qui gouvernent les phases de diffusion et d'effusion dans cette technique, celles-ci font l'objet d'études particulières. Afin d'apporter les connaissances nécessaires à la conception et à l'optimisation des futurs dispositifs de production d'ions radioactifs en ligne, il est nécessaire de développer une base de données sur les caractéristiques de diffusion des atomes dans les matériaux cibles. Dans ce but, le GANIL a conçu et réalisé un nouveau dispositif permettant de tester au cours d'une même expérience plusieurs couples de faisceaux primaires et de cibles, et ainsi d'augmenter de façon significative la vitesse d'obtention de résultats. Les mesures sont réalisées à la suite les unes des autres pour les différents couples projectile-cible, ce qui assure qu'elles sont effectuées dans des conditions expérimentales très proches. La comparaison des résultats sera donc peu affectée par le doute lié à la difficulté de reproduire des conditions expérimentales identiques. L'ensemble est constitué d'un système d'analyse (ioniseur basé sur une source à Résonance Cyclotronique Electronique associé à un spectromètre de masse), d'un four destiné à fixer la température de la cible à étudier, et d'un distributeur de cibles. L'ensemble a été testé et caractérisé (hors faisceau primaire).