Dans ce travail, nous présentons l'effet de la corrélation sur les énergies de liaison totales de différents ions hautement chargés ainsi que sur les durées de vie de l'état métastable $^3P_2$ dans plusieurs gaz rares (Ne, Ar, Kr et Xe). Nous avons également établi l'expression du taux d'émission spontanée de deux photons dans les atomes à $N$-électrons sous une forme adaptée à la méthode Dirac-Fock multiconfigurée qui constitue l'une des approche possible du problème à plusieurs corps relativistes. De même, nous avons effectué des calculs d'énergie de transitions dans les atomes exotiques. Ces derniers sont des atomes où un électron du cortège électronique a été remplacé par une particule de même charge : $\mu^-$ ou $\pi^-$. Ces calculs ont eu deux objectifs, d'une part, établir des standards de calibration en énergie pour les transitions $X$ et, d'autre part de déterminer la masse du pion chargé $\pi^-$. Ces calculs nous ont conduits à déterminer le terme de Breit correspondant à l'interaction pion-électron afin d'obtenir des résultats plus précis.

Le modèle de Skyrme est une théorie efficace de la chromodynamique quantique à basse énergie. Elle tente d'obtenir des prédictions sur les baryons en considérant les pions comme degrés de liberté de la théorie. Bien que les propriétés des nucléons s'obtiennent avec une précision de 30% ou mieux, la description des multi-baryons demeure beaucoup moins adéquate. Des extensions au modèle sont alors introduites, ce qui est fait dans ce mémoire avec une modification du terme de masse dans le lagrangien du modèle. Ce nouveau terme de masse tente d'améliorer les prédictions sur l'énergie de liaison du deutéron, quarante fois trop grande dans le modèle de Skyrme standard. Cette étude se fait en deux parties. Premièrement, l'énergie de liaison du deutéron est calculée pour plusieurs valeurs d'un paramètre D variable, présent dans le nouveau terme de masse, afin de voir si la valeur expérimentale est atteignable. Ces calculs sont effectués dans le cas où le deutéron est un corps rigide et ensuite en ajoutant les déformations provenant des effets rotationnels. Deuxièmement, les modes et énergies de vibration sont étudiés pour voir s'il existe une corrélation entre la rigidité du deutéron et le comportement de son énergie de liaison à mesure que le paramètre D augmente.

La détermination de la masse nucléaire permet d'accéder à l'énergie de liaison donc au bilan de toutes les forces agissant dans le noyau. L'exploration de la structure nucléaire requiert la mesure des masses loin de la stabilité. Néanmoins la production des ions radioactifs est peu sélective et l'ion d'intérêt est souvent noyé dans un fond de contaminants isobariques. Ces dernières années, l'utilisation des pièges à ions linéaires et du refroidissement par gaz tampon a été fortement développée permettant la mesure de masse des noyaux exotiques avec une grande précision. Cette thèse porte sur le développement innovant d'un piège de Paul circulaire, "le cirque d'ions". Sa géométrie lui permet de confiner les ions sur un grand nombre de tours. Ainsi, ils peuvent être refroidis avec une pression de gaz tampon de l'ordre de 10-4 mbar. Par ailleurs, il est capable de trier en masse les ions piégés et refroidis avec un pouvoir de résolution suffisant pour séparer des isobares. Nous avons réalisé et testé le premier prototype de ce spectromètre à Orsay. Cette thèse étudie également les prédictions des masses par les différents modèles théoriques, en les comparant avec l'approche microscopique HFB-17. Actuellement, la masse des noyaux très exotiques peut seulement être prédite. L'étude de l'énergie de séparation de deux neutrons avec HFB-17 met en évidence des zones d'instabilité numérique. Afin de l'améliorer, nous avons apporté une correction aux énergies de déformation calculées par ce modèle, en utilisant comme référence les masses des chaînes isotopiques 143-146Xe et 223-229Rn que nous avons mesurées avec le spectromètre ISOLTRAP au CERN.

En combinant expérimentations et calculs ab initio, nous proposons une étude rationnelle des mécanismes de désoxygénation de molécules modèles pertinentes (heptanoate d'éthyle et heptanal) afin de fournir des guides pour définir des systèmes catalytiques optimaux pour l'hydrotraitement de matières premières renouvelables (huiles végétales, graisses animales). L'hydrotraitement d'huiles végétales, par la réaction de désoxygénation, est une voie alternative à la transestérification et peut être envisagée pour obtenir une base gazole de haute qualité. La transformation des composés oxygénés modèles a été étudiée sous une pression totale de 1.5 MPa, à une température de 523 K, dans un réacteur à lit fixe en présence de différents sulfures de métaux de transition massiques (SMT). Cette étude a mis en évidence l'influence de la nature phase sulfure sur la sélectivité des voies de désoxygénation (hydrodésoxygénation (HDO) et/ou décarbonylation/ décarboxylation (DCO)) ainsi que la réactivité particulière du sulfure de rhodium lors de la transformation de l'heptanoate d'éthyle. À l'inverse, quelle que soit la phase sulfure utilisée, la transformation de l'heptanal suit principalement la voie HDO. Dans nos conditions réactionnelles, l'heptanal a été identifié comme un intermédiaire de cette voie de désoxygénation. L'effet promoteur du cobalt et du nickel sur l'activité du sulfure de molybdène monométallique a été observé lors de la transformation de l'heptanal. La relation entre les activités en désoxygénation et en HDO et l'énergie de liaison métal-soufre (E(MS)) calculée ab initio des solides suit une courbe en volcan. Le sulfure mixte NiMoS (0.43), qui présente une E(MS) intermédiaire (127 kJ.mol-1), est le SMT le plus actif pour les deux réactions. Le catalyseur bimétallique CoMoS (0.1) présente la sélectivité HDO/DCO la plus élevée. À l'aide des résultats catalytiques et de calculs ab initio, deux mécanismes réactionnels sont proposés pour les voies de réactions HDO et DCO

Ce mémoire est consacré à l'étude théorique des systèmes SinMp(+) avec M=Li, Na, K. Les calculs ont principalement été effectués au niveau DFT/B3LYP. <br /> Nous avons déterminé les géométries, les énergies de liaison, les potentiels d'ionisation et les moments dipolaires. Pour la majorité des SinMp(+) étudiés, les Si conservent le même arrangement que dans Sin, les alcalins M étant adsorbé à la surface. <br /> L'électron de valence s de l'alcalin est transféré vers la LUMO de Sin de sorte que la structure électronique de SinMp correspond approximativement à celle de Sinp- + pM+. La charge transférée est partagée entre les Si premiers voisins de M. Ce transfert de charge crée un moment dipolaire. Nos résultats pour le potentiel d'ionisation sont en bon accord avec les valeurs expérimentales seulement disponibles pour SinNa.<br /> Nous avons également étudié la possibilité de stabiliser une cage Sin en introduisant un alcalin à l'intérieur.

Afin de pallier les problèmes de sécurité posés par l'emploi d'électrolytes liquides, des batteries incorporant des électrolytes solides ont été envisagées, conduisant à des dispositifs « tout solide » de type microbatterie au lithium. Dans le cas de ces systèmes, des études concernant les phénomènes aux interfaces restent à développer, afin de comprendre les processus limitants qui se déroulent à l'échelle atomique, similairement à la formation de la SEI (« Solid Electrolyte Interface »), bien connue dans le cas de l'utilisation d'électrolytes liquides. Dans ce type de problématiques, l'apport des méthodes de la chimie calculatoire, de part leur aspect prédictif et explicatif, est incontestable. Le présent travail de thèse, en prenant pour objet d'étude l'électrolyte solide LixPOyNz, se place dans ces problématiques, en proposant l'étude fondamentale de modèles d'interfaces électrode/électrolyte. L'électrolyte considéré étant un matériau amorphe, le premier verrou à lever consiste en la recherche d'un modèle de ce système, apte à simuler les propriétés électroniques de l'électrolyte réel, constituées par des données XPS cibles. Les calculs menés, visant à la modélisation des spectres XPS, ont permis tout à la fois de proposer un modèle de l'électrolyte et de mettre en lumière l'existence d'une coordinence des atomes d'azote non considérée jusqu'alors dans l'interprétation expérimentale des données XPS. La possible existence d'atomes d'azote monovalents au sein de l'électrolyte semble confirmée par des calculs vibrationnels, thermodynamiques et cinétiques complémentaires, tandis que ce résultat permet de réviser la vision communément admise de la structuration de l'électrolyte LixPOyNz et de la diffusion des ions Li+ au sein de celui-ci. Enfin, ce modèle structural de l'électrolyte a été employé à la simulation d'une interface électrode/électrolyte (LixPOyNz/Si). Une considération particulière a notamment été apportée à l'étude de l'adsorption du modèle à la surface et de la diffusion des ions lithium au sein de l'interface. / In order to overcome the safety issues induced by the use of liquid electrolytes, Li-ion batteries involving solid electrolytes have been considered, leading to an ‘all-solid’ kind of devices, commonly called microbatteries. For such devices, studies on the limiting processes that take place at electrode/electrolyte interfaces need to be done, to understand the electrochemical phenomenons likely to occur at the atomic scale, similarly to the well-known SEI formation. In this goal, methods of computational chemistry can provide both explanatory and predictive breakthroughs. The present work takes part in those issues by intending a study of electrode/electrolyte interfaces, considering LixPOyNz as the solid electrolyte material. Owing to the amorphous structuration of this system, the first barrier to break consists in the search for a suitable model, able to reproduce its real XPS electronic properties. Modelling of XPS spectra has both lead to propose a model of the electrolyte and highlight the possible existence of a new coordinence for nitrogen atoms, up to now unconsidered experimentally. Complementary calculations of Raman spectra, thermodynamic and kinetic data tend to evidence this coordinence, leading to a refinement of the commonly considered diffusion scheme. Finally, this structural model has been used to simulate an electrode/electrolyte interface (LixPOyNz/Si), with the particular aim of studying its adsorption on the electrode and the Li-ion diffusion through the interface.

Les noyaux les plus complexes sont situés entre les nombres magiques et les médianes des espaces de valence, dans des régions connues pour les changements abrupts des observables nucléaires. Dans ces régions appelées de transition de forme, le paradigme nucléaire change entre la goutte liquide vibrationnelle et le rotor statique. Sauf quelques exceptions, les noyaux de ces régions sont radioactifs, avec des demi-vies qui chutent dans les millisecondes. Complémentaires aux propriétés des états excités à basse énergie, les énergies de liaison et les rayons de charge nucléaires sont parmi les observables les plus sensibles à ces changements de structure nucléaire. Dans ce travail, une étude du phénomène de transition de forme est effectuée, par des mesures de nucléides radioactifs produits dans le laboratoire ISOLDE au CERN. Les masses des isotopes de rubidium riches en neutrons 98-100Rb et des isotopes d’or riches en protons 180,185,188,190,191Au sont mesurées avec le spectromètre de masse de type Penning ISOLTRAP. La masse de 100Rb est déterminée pour la première fois. Des déviations significatives par rapport à la littérature sont trouvées pour les isotopes 188,190Au. Une nouvelle méthode expérimentale est présentée, utilisant un spectromètre de masse à multi-réflexion comme analyseur de faisceau pour la spectroscopie laser d’ionisation résonante. La nouvelle méthode donne la possibilité d’effectuer des études de structure hyperfine atomique avec ISOLTRAP, dont on peut extraire les rayons de charge et les moments électromagnétiques nucléaires. / The most complex nuclei are situated between the magic and the mid-shell ones, in regions known for sudden changes of the trends of nuclear observables. These are the so-called shape-transition regions, where the nuclear paradigm changes from the vibrational liquid drop to the static rotor. With few exceptions, nuclei in these regions are radioactive, with half-lives dropping into the millisecond range.Complementing the information obtained from the low-lying excitation spectrum, nuclear binding energies and mean-square charge radii are among the observables most sensitive to these changes of nuclear structure. In the present work, a study of the shape-transition phenomenon is performed by measurements of radioactive nuclides produced by the ISOLDE facility at CERN. The masses of the neutron-rich rubidium isotopes 98−100Rb and of the neutron-deficient gold isotopes 180,185,188,190,191Au are determined using the Penning-trap mass spectrometer ISOLTRAP. The mass of 100Rb is determined for the first time. Significant deviations from the literature values are found for the isotopes 188,190Au. A new experimental method is presented, using a recently developed multi-reflection time-of-flight mass spectrometer as a beam-analysis tool for resonance-ionization laser spectroscopy. The new method opens the path to measurements of atomic hyperfine spectra with ISOLTRAP, from which charge radii and electromagnetic moments of radioactive nuclides can be extracted. The properties of the studied nuclides map the borders of two prominent regions of quadrupole deformation, which constrain the fine balance between pairing and quadrupole correlations in the nuclear ground states. This balance is studied by the Hartree-Fock- Bogoliubov (HFB) approach. The sensitivity of the shape-transition phenomenon to the strength of pairing correlations is demonstrated. In particular, the strong odd-even staggering of charge radii in the mercury isotopic chain is shown to result in the HFB approach from the fine interplay between pairing, quadrupole correlations and quasi-particle blocking.

En combinant expérimentations et calculs ab initio, nous proposons une étude rationnelle des mécanismes de désoxygénation de molécules modèles pertinentes (heptanoate d'éthyle et heptanal) afin de fournir des guides pour définir des systèmes catalytiques optimaux pour l'hydrotraitement de matières premières renouvelables (huiles végétales, graisses animales). L'hydrotraitement d'huiles végétales, par la réaction de désoxygénation, est une voie alternative à la transestérification et peut être envisagée pour obtenir une base gazole de haute qualité. La transformation des composés oxygénés modèles a été étudiée sous une pression totale de 1.5 MPa, à une température de 523 K, dans un réacteur à lit fixe en présence de différents sulfures de métaux de transition massiques (SMT). Cette étude a mis en évidence l'influence de la nature phase sulfure sur la sélectivité des voies de désoxygénation (hydrodésoxygénation (HDO) et/ou décarbonylation/ décarboxylation (DCO)) ainsi que la réactivité particulière du sulfure de rhodium lors de la transformation de l'heptanoate d'éthyle. À l'inverse, quelle que soit la phase sulfure utilisée, la transformation de l'heptanal suit principalement la voie HDO. Dans nos conditions réactionnelles, l'heptanal a été identifié comme un intermédiaire de cette voie de désoxygénation. L'effet promoteur du cobalt et du nickel sur l'activité du sulfure de molybdène monométallique a été observé lors de la transformation de l'heptanal. La relation entre les activités en désoxygénation et en HDO et l'énergie de liaison métal-soufre (E(MS)) calculée ab initio des solides suit une courbe en volcan. Le sulfure mixte NiMoS (0.43), qui présente une E(MS) intermédiaire (127 kJ.mol-1), est le SMT le plus actif pour les deux réactions. Le catalyseur bimétallique CoMoS (0.1) présente la sélectivité HDO/DCO la plus élevée. À l'aide des résultats catalytiques et de calculs ab initio, deux mécanismes réactionnels sont proposés pour les voies de réactions HDO et DCO / By combining well defined experiments and density functional theory (DFT) calculations, we propose a rational understanding of the deoxygenation mechanisms of relevant oxygenate molecules (ethyl heptanoate and heptanal) so as to provide guides to define optimal catalytic systems for the hydrotreating of renewable feedstocks (vegetable oils, animals fats). The hydrotreatment of vegetable oils, with the deoxygenation reaction, is an alternative route to transesterification and can be used to obtain high quality diesel. The transformation of oxygenated model compounds was studied under a total pressure of 1.5 MPa, at 523 K, in a fixed bed reactor over various unsupported transition metal sulfide catalytic phases (TMS). Results have shown the influence of the sulfide phase on the selectivity for deoxygenation reaction (hydrodeoxygenation (HDO) and/or decarbonylation/ decarboxylation (DCO)) and the specific reactivity of the rhodium sulfide for the transformation of ethyl heptanoate. The study of the transformation of heptanal shows the reaction of deoxygenation is preferentially following the HDO pathway over all the catalysts. In our reaction conditions, heptanal was identified as a reaction intermediate of this deoxygenation pathway. The promoting effect of cobalt and nickel on the activity of monometallic molybdenum sulphide was observed for the transformation of heptanal. The relation between the deoxygenation and HDO rates and the ab initio calculated sulphur-metal bond energy E(MS) in the bulk TMS is following a volcano curve. Bimetallic sulfide NiMoS (0.43), with an intermediate E(MS) (127 kJ.mol-1), is found as the most active TMS for both reactions. The maximum of the HDO/DCO selectivity is obtained for the mixed catalyst CoMoS (0.1). Thanks to catalytic results and ab initio calculations, two reaction pathways are proposed for HDO and DCO reactions