La thèse s'est déroulée dans le contexte de la datation par thermoluminescence. Cette méthode nécessite la mesure en laboratoire de la radioactivité naturelle. Pour cela, nous utilisons un spectromètre au germanium. Pour affiner l'étalonnage de celui-ci, nous l'avons modélisé en utilisant un code de calcul Monte-Carlo : Geant4. Nous avons développé un modèle géométrique qui prend en compte la présence de zones inactives et de défauts de collection de charges dans le cristal de germanium. Les paramètres du modèle ont été ajustés par comparaison avec des résultats expérimentaux obtenus avec une source de 137^Cs. Il apparaît que la forme des zones inactives est moins simple que présenté dans la littérature spécialisée. Ce modèle a été élargit au cas d'une source plus complexe, avec effet de cascade et corrélations angulaires entre photons : le 60^Co. Enfin, appliqué à des sources étendues, il a donné des résultats corrects et nous a permis de valider la simulation de l'effet de matrice.

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l'IPN d'Orsay s'articulent autour de la production, en vue d'une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l'accélérateur Tandem d'Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l'année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés individuellement, ainsi que le dispositif annexe de réjection Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d'alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L'ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l'accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l'accélérateur.La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d'identifier les fragments de ces collisions. Il n'a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d'identifier directement ces fragments. L'étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence de nombreuses cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par les réactions d'intérêt.Les données recueillies au cours d'une autre expérience, réalisée auprès du tandem d'Orsay en 2005, ont été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d'établir une partie du spectre en énergie d'excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d'excitation supérieure à 3 MeV.Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l'aide d'un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle a permis une description satisfaisante du 53Cr. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l'interaction entre nucléons de valence, se sont avérées beaucoup moins satisfaisante pour les noyaux de 55Cr et 57Cr.

La spectrométrie gamma et neutronique forme un puissant outil de caractérisation géologique et géochimique des surfaces planétaires. Cette méthode permet d'aborder des questions capitales en planétologie: composition de la croûte, du manteau; glaces; volcanisme; processus d'altération... La majorité des neutrons et des photons gamma résultent de l'interaction du rayonnement cosmique avec la matière. Le premier chapitre présente la physique de ces interactions nucléaires dans les sols planétaires et dans les détecteurs. Nos travaux visent à optimiser les observations en précisant les performances instrumentales, et en isolant les relations entre la composition du sol et les flux de neutrons. Des simulations numériques utilisant le code GEANT du CERN supportent notre analyse. Le deuxième chapitre évalue les performances du spectromètre gamma à base de germanium pour MARS SURVEYOR 2001. Le résultat des simulations est confronté aux mesures de calibration; puis les performances sont calculées en configuration de vol. Le bruit de fond près de Mars est évalué à ~160 c/s. L'instrument offre une bonne sensibilité à: Fe, Mg, K, Si, Th, Cl et O. Il sera possible aussi de mesurer U, Ti, H, C, S, Ca et Al. Les lobes d'émission à la surface sont aussi calculés. Ces mesures permettront une meilleure compréhension de la surface martienne. Le dernier chapitre traite de l'émission des neutrons rapides lunaires [500 keV; 10 MeV]. La forte influence de l'oxygène est mise en évidence. Comme l'a observé LUNAR PROSPECTOR, le flux intégré montre une dépendance marquée avec la teneur du régolite en fer et en titane, permettant la cartographie. L'influence des autres éléments chimiques est quantifiée. Une formule mathématique simple est proposée pour estimer le flux intégré de neutrons suivant la composition du sol. Enfin, une étude des effets de l'hydrogène sur le flux de neutrons rapides est menée; nous examinons les possibilités de quantifier son abondance dans le sol par cette méthode.

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l’IPN d’Orsay s’articulent autour de la production, en vue d’une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l’accélérateur Tandem d’Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l’année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés individuellement, ainsi que le dispositif annexe de réjection Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d’alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L’ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l’accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l’accélérateur.La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d’identifier les fragments de ces collisions. Il n’a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d’identifier directement ces fragments. L’étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence de nombreuses cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par les réactions d’intérêt.Les données recueillies au cours d’une autre expérience, réalisée auprès du tandem d’Orsay en 2005, ont été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d’établir une partie du spectre en énergie d’excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d’excitation supérieure à 3 MeV.Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l’aide d’un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle a permis une description satisfaisante du 53Cr. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l’interaction entre nucléons de valence, se sont avérées beaucoup moins satisfaisante pour les noyaux de 55Cr et 57Cr. / This PhD thesis was prepared within the nuclear structure group of IPN Orsay. The work presented aimed to produce neutron rich fp shell nuclei through heavy ion collisions at the tandem accelerator of IPN, and to study them using gamma spectroscopy. For this purpose, a germanium gamma array called ORGAM, and dedicated to high resolution gamma spectroscopy, was set up at the tandem accelerator. During the year 2008/2009, the individual germanium detectors were tested and repaired, as well as their ancillary anti-Compton shielding. At the same time, the liquid nitrogen auto-fill system was improved for better reliability. The array was finally set up on a beam line of the accelerator.The first experiment using the ORGAM array was performed in July 2009. This experiment aimed to study fully damped deep-inelastic collisions between a 36S beam accelerated to 154 MeV, and a 70Zn target. An additional charged particle detection system was used to detect interesting fragments emitted at backward angles. It was not possible to separate these fragments from the background induced by backscattered ions from the beam. Nevertheless, the study of gamma-gamma coincidences detected with the ORGAM array allowed to identify gamma cascades de-exciting nuclei potentially produced through the mechanism of interest. Data accumulated during another experiment performed at the tandem accelerator in 2005 were analyzed. Fusion-evaporation reaction between a 25 MeV, 14C beam focused on a 48Ca target produced the 57Cr and 59Mn nuclei, whose energy spectra were established up to 3 MeV.We attempted to study theoretically odd Chromium isotopes with a simple model based on the intermediate coupling scheme. This model, which doesn’t take into account correlation between valence nucleons, described in satisfactory way the semi-magic + 1 neutron, 53Cr, but failed to do so for mid-shell nuclei 55Cr and 57Cr.

L’apparition de la segmentation électrique des détecteurs au GeHP et de l’électronique numérique a ouvert la voie à des applications prometteuses, telles que le tracking γ, l’imagerie γ ou la mesure bas bruit de fond, pour lesquelles une connaissance fine de la réponse du détecteur est un atout. L’IPHC a développé une table de scan utilisant un faisceau collimaté, qui sonde la réponse d’un détecteur dans tout son volume en fonction de la localisation de l’interaction. Elle est conçue pour utiliser une technique innovante de scan 3D, le Pulse Shape Comparison Scan, qui a été d’abord simulée afin de démontrer son efficacité. Un détecteur AGATA a été scanné de manière approfondie. Des scan 2D classiques ont permis, entre autres, de mettre en évidence des effets locaux de modification de la collection des charges, liés à la segmentation. Pour la première fois, une base de données 3D, complète, de formes d’impulsions fonction de la position d’interaction a été établie. Elle permettra notamment d’améliorer les performances du spectromètre AGATA. / Recent developments of electrical segmentation of HPGe detectors, coupled with digital electronics have led to promising applications such as γ-ray tracking, γ-ray imaging or low-background measurements which will benefit from a fine knowledge of the detector response. The IPHC has developed a new scanning table which uses a collimated γ-ray beam to investigate the detector response as a function of the location of the γ-ray interaction. It is designed to use the Pulse Shape Comparison Scan technique, which has been simulated in order to prove its efficiency. An AGATA detector has been thoroughly scanned. 2D classical scans brought out, for example, local charge collection modification effects such as charge sharing, due to the segmentation. For the first time, a 3D, complete pulse-shape database has been established. It will especially allow to improve the overall AGATA array performances.