La physique à la drip-line offre l'opportunité d'étudier les noyaux à la limite du paysage couvert par la physique nucléaire, où l'addition de nouveaux protons et neutrons ne peut plus être supportée. A l'approche de la drip-line, la structure même des noyaux se trouve modifiée par rapport aux plus stables. Les fermetures de couches classiques disparaissent et de nouveaux phénomènes surgissent, tels que la clusterisation et les halos. Dans ce travail, nous avons revisité la spectroscopie du noyau non-lié 10He par l'intermédiaire d'une réaction de transfert d'un proton 11Li(d,3He) à 50 AMeV étudiée par la méthode de masse manquante. Pour ce faire, nous avons utilisé le détecteur MUST2 sur la ligne RIPS du RIKEN Nishina center. La partie expérimentale de ce travail repose sur un dispositif novateur utilisant des détecteurs de silicium très fins. Pour la première fois, la mise en oeuvre de ces derniers en conjonction avec des détecteurs sensibles en position de haute granularité a été démontrée. L'approche par réaction de transfert conduit à des résultats très clairs sur la position du premier état résonant du 10He, trouvé dans ce travail à 1.4(3) MeV, en accord avec la plupart des précédents travaux expérimentaux. L'obtention pour la première fois d'un facteur spectroscopique permet de nous renseigner sur la nature du recouvrement <10He|11Li>, trouvé égale à 0.13(6). / Physics at the drip-line offer the opportunity to study nuclei at the limits of the nuclear landscape, where additional protons or neutrons can no longer be kept in the nucleus. In the vicinity of the drip-lines, the structural features of the nuclei change with respect to the more stable nuclei, the normal shell closure of particles disappear and new phenomena appear, such as clusterization and halo. In this work we have revisited the spectroscopy of the unbound 10He by means of the 11 Li(d,3 He) reaction at 50 AMeV studied in missing mass method with the MUST2 array at the RIPS beam line of RIKEN. The experimental part of this study rely on new detection set-up using very thin silicon detectors. For the first time, the effective operability of these detectors, in conjunction with high granularity position sensitive detectors, was proved. The transfer reaction approach led to clear results on the 10He first resonant state position, found in this work at 1.4(3) MeV, in agreement with most of the previous experimental works. The extraction of a spectroscopic factor for the first time shed light on the <10He|11Li> overlap, found to be 0.13(6).

Les facteurs spectroscopiques nous renseignent sur l'occupation des couches nucléaires et peuvent être extraits par des réactions directes comme le transfert à basse énergie et le knockout aux énergies intermédiaires. L’étude récente de noyaux radioactifs de la couche sd ayant une large différence d'énergie de séparation, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, montre que les sections efficaces d’arrachage d’un nucléon très lié sont considérablement réduites par rapport aux prédictions théoriques. Cette tendance n’est pas observée pour des noyaux moins exotiques, jusqu’à DeltaS~12 MeV, par réaction de transfert (d,p).Pour comprendre l'origine de cette réduction, nous avons réalisé deux expériences complémentaires sur un noyau présentant une large différence d’énergie de séparation l’14O : (i) le knockout d'un nucléon au NSCL, 14O (53 MeV/n) et 16C (75 MeV/n), sur une cible de 9Be; (ii) le transfert d'un nucléon avec le faisceau d’14O à 18 MeV/n de SPIRAL, 14O(d,t)13O et 14O(d,3He)13N, étudié avec le dispositif MUST2. L'analyse des données présentée en détails dans ce manuscrit conduit à des facteurs spectroscopiques incompatibles entre ces deux expériences lorsqu'un neutron fortement lié est enlevé ou transféré de l'14O. Dans le cas du knockout, la section efficace mesurée est fortement réduite par rapport aux prédictions basées sur un modèle eikonal et le modèle en couches. La distribution en moment parallèle de l’13O mesurée après l’arrachage d’un neutron présente par ailleurs une forme qui n’est pas reproduite par le modèle eikonal. Dans le cas du transfert, une telle réduction n'est pas observée et le rapport entre expérience et théorie est compatible avec ce qui est obtenu pour les noyaux stables. Ces résultats suscitent de nouveaux développements théoriques pour la modélisation du mécanisme de réaction dans ces cas extrêmes où le nucléon enlevé est fortement lié. / The distribution of spectroscopic strength in nuclei can be extracted from direct-reaction cross section measurements, as one-nucleon knockout at intermediate energy or transfer at low energy. The study of deeply-bound nucleon removal from several sd-shell nuclei having a large difference of proton-neutron separation energies, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, exhibits experimental cross sections about four times smaller than theoretical predictions from state-of-the-art calculations. This trend is not observed from (d,p) transfer reactions with nuclei having smaller separation energy asymmetry, DeltaS~12 MeV.To investigate the origin of this reduction, we have performed two complementary experiments for the 14O case having a large energy asymmetry: (i) one-nucleon knockout from 14O (53 MeV/n) and 16C (75 MeV/n) on a 9Be target at the NSCL; (ii) one-nucleon transfer reaction using SPIRAL beam, 14O(d,t)13O and 14O(d,3He)13N at 18 MeV/n, and the MUST2 array. The analysis of the data presented in this document leads to a discrepancy between the spectroscopic factors extracted from these two experiment when a deeply-bound neutron is removed from 14O. In the neutron knockout from 14O, the cross section is strongly reduced compared to predictions based on an eikonal model and shell model spectroscopic factors. Moreover, several deviations from the eikonal prediction are observed on the shape of the parallel momentum distribution of the ejectile 13O. For the transfer 14O(d,t)13O, such a reduction is not observed and results are in agreement with stable nuclei values. These results call for new theoretical developments concerning the description of the reaction mechanism when a deeply-bound nucleon is removed from a nucleus.

Le 60Fe présente un intérêt particulier en astrophysique nucléaire. En effet, la récente observation de ses raies gamma caractéristiques par les satellites RHESSI et INTEGRAL permet d'accéder au flux total de 60Fe intégré sur toute la Galaxie. De plus, l'observation d'un excès de 60Ni (noyau-fils du 60Fe) dans les grains pré-solaires fournit des contraintes sur les conditions de formation du système solaire primitif.Cependant, les sections efficaces de certaines réactions intervenant dans la nucléosynthèse du 60Fe et incluses dans les modèles stellaires présentent encore des incertitudes. C'est le cas notamment de la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe qui est responsable de la destruction du 60Fe. La section efficace totale de cette réaction peut être divisée en deux parties : la composante directe, impliquant les états situés sous le seuil de séparation neutron du 61Fe, et la composante résonante.Nous avons amélioré les connaissances spectroscopiques du 61Fe afin d'évaluer la contribution de la capture directe au taux de la réaction 60Fe(n, gamma)61Fe. Pour cela, nous avons étudié la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe par la réaction de transfert d(60Fe, p gamma)61Fe à l'aide du dispositif expérimental CATS/MUST2/EXOGAM sur la ligne LISE au GANIL. L'analyse en DWBA des distributions angulaires expérimentales des protons a permis d'extraire les moments angulaires et les facteurs spectroscopiques de différents états du 61Fe identifiés et peuplés sous le seuil de séparation neutron. Une comparaison des résultats expérimentaux obtenus pour le 61Fe avec ceux de noyaux similaires et avec des calculs modèle en couches a également été effectuée. / 60Fe is of special interest in nuclear astrophysics. Indeed the recent observations of 60Fe caracteristic gamma-ray lines by the RHESSI and INTEGRAL spacecrafts allowed to measure the total flux of 60Fe over the Galaxy. Moreover the observation in presolar grains of an excess of the daughter-nuclei of 60Fe, 60Ni, gives constraints on the conditions of formation of the early solar system. However, the cross-sections of some reactions involved in 60Fe nucleosynthesis and included to stellar models are still uncertain. The destruction reaction of 60Fe, 60Fe(n, gamma)61Fe, is one of them. The total cross-section can be separate into two contributions : the direct one, involving states below the neutron separation threshold of 61Fe, and the resonant one.We improved 61Fe spectroscopy in order to evaluate the direct capture part of the 60Fe(n, gamma)61Fe reaction cross-section. 60Fe(n, gamma)61Fe was thus studied via d(60Fe, p gamma)61Fe transfer reaction with the CATS/MUST2/EXOGAM setup at LISE-GANIL. DWBA analysis of experimental proton differential cross-sections allowed to extract orbital angular momentum and spectroscopic factors of different populated states identified below the neutron threshold. A comparison of experimental results for 61Fe with experimental results for similar nuclei and with shell-model calculations was also performed.

L'interaction spin-orbite dépend de l'orientation relative du spin et du moment angulaire ainsi que sur la dérivée de la densité du noyau. Dans le but de tester cette dépendance en densité, nous proposons une méthode originale basée sur la comparaison du noyau "bulle" de 34Si et le noyau "normal" de 36S. Le 34Si présente un appauvrissement de sa densité centrale qui créé une dérivée centrale non nulle et impliquerait un changement de l'intensité de l'interaction spin-orbite pour les orbites intérieures comme les orbites p (L = 1). Effectuer des réactions de transfert (d,p) permet de déduire l'écart en énergie entre les partenaires spin-orbite p3/2 et p1/2. Selon les modèles, l'écart spin-orbite varie de 7% (interaction VlowK) à 70% (modèle champ moyen relativiste) entre le 36S et le 34Si. Les faisceaux de 36S et 34Si, produit avec le spectromètre LISE à 20A.MeV, ont été envoyé sur une cible de CD2. Les particules incidentes sont suivies avec 2 détecteurs gazeux CATS. Les protons émis durant la réaction sont identifiés par 4 détecteurs Silicium segmentés (MUST2) placés aux angles arrières. Les 4 détecteurs EXOGAM (détecteur Germanium segmenté) ont détectés les photons émis en coïncidence. Les noyaux produits sont identifiés avec une chambre à ionisation et un détecteur plastique. Les spectres d'énergie d'excitation du 35Si et du 37S ont été déterminés jusqu'à environ 7 MeV. Les facteurs spectroscopiques et les énergies des états p et f ont été mesurés pour la première fois dans le 35Si. Ces deux noyaux montrent de fortes similarités pour les états f7/2 et f5/2, alors que l'écart en énergie des états p3/2 et p1/2 est réduit de 55% ce qui prouve manifestement la dépendance en densité de l'interaction spin-orbite.

La physique à la drip-line offre l'opportunité d'étudier les noyaux à la limite du paysage couvert par la physique nucléaire, où l'addition de nouveaux protons et neutrons ne peut plus être supportée. A l'approche de la drip-line, la structure même des noyaux se trouve modifiée par rapport aux plus stables. Les fermetures de couches classiques disparaissent et de nouveaux phénomènes surgissent, tels que la clusterisation et les halos. Dans ce travail, nous avons revisité la spectroscopie du noyau non-lié 10He par l'intermédiaire d'une réaction de transfert d'un proton 11Li(d,3He) à 50 AMeV étudiée par la méthode de masse manquante. Pour ce faire, nous avons utilisé le détecteur MUST2 sur la ligne RIPS du RIKEN Nishina center. La partie expérimentale de ce travail repose sur un dispositif novateur utilisant des détecteurs de silicium très fins. Pour la première fois, la mise en oeuvre de ces derniers en conjonction avec des détecteurs sensibles en position de haute granularité a été démontrée. L'approche par réaction de transfert conduit à des résultats très clairs sur la position du premier état résonant du 10He, trouvé dans ce travail à 1.4(3) MeV, en accord avec la plupart des précédents travaux expérimentaux. L'obtention pour la première fois d'un facteur spectroscopique permet de nous renseigner sur la nature du recouvrement <10He|11Li>, trouvé égale à 0.13(6).

L'étude des noyaux légers riches en neutrons à la limite de la stabilité et au-delà suscite un intérêt marqué depuis quelques années car elle offre des tests approfondis de notre compréhension de la structure nucléaire. Expérimentalement, la disponibilité récente de faisceaux radioactifs avec des intensités suffisantes et le développement de nouveaux systèmes de détection de grande acceptance ont permis de sonder la structure de ces noyaux. Cette thèse porte sur l'étude de la structure de l'9He, système N = 7 non lié, via la réaction de transfert d'un neutron d(8He, p)9He avec l'aide d'un faisceau SPIRAL1. L'objectif principal de l'expérience était de clarifier la structure des états à basse énergie d'excitation de l'9He, en particulier l'inversion de parité possible de l'état fondamental. L'expérience a été une des premières à utiliser le nouvel ensemble de détection MUST2. Les statistiques relativement faibles dans la région du seuil d'émission de neutron et les divers fonds physiques, ne permettent pas de conclusion définitive concernant la nature de l'état de plus basse énergie. Des états à des énergies d'excitation plus élevées ont été identifiés. Une comparaison entre les distributions angulaires pour chacune des résonances avec des calculs DWBA et CRC a été effectuée. Les facteurs spectroscopiques ont été estimées pour chaque spin possible.

Les études de structure et de spectroscopie réalisées sur les noyaux radioactifs durant les trois dernières décennies ont montré que la structure en couches des noyaux évolue vers la drip-line et que de nouveaux nombres magiques peuvent apparaître. Les noyaux doublement magiques sont très rares mais ils représentent des tests très contraignants pour les théories et leur modélisation de l'interaction nucléaire.Dans ce contexte, nous avons étudié la structure et la spectroscopie du noyau doublement magique d'oxygène 24, situé à la drip-line neutron, via la diffusion élastique et inélastiques de protons (p,p'). L'expérience a été effectuée à RIKEN sur la ligne BigRIPS, avec le faisceau de noyaux d'oxygène 24 produit à 263 MeV/n par RIBF à une intensité inégalée (1780/s), et le détecteur de particules chargées de dernière génération MUST2. L'analyse des données de cette thèse a permis de reconstruire : le spectre en énergie d'excitation du noyau d'oxygène 24 jusqu'à 35 MeV à partir de la cinématique des protons diffusés en utilisant la méthode de la masse manquante, et la distribution angulaire entre 4 et 30 degrés c.m. de la section efficace élastique exclusive (p,p) via une triple coïncidence noyau-proton-noyau. Sous le seuil de séparation de deux neutrons (S2n) la statistique est trop faible pour obtenir les deux états excités mesurés par deux expériences menées à plus basse énergie incidente. Au dessus du S2n des structures sont observées pour la première fois grâce à la gamme étendue accessible en énergie d'excitation. La mesure des états excités situés à ces énergies permettrait de tester les études théoriques menées sur les excitations dipolaires de basse énergie des noyaux légers riches en neutrons. La statistique obtenue pour la diffusion élastique de protons est suffisante pour extraire la distribution angulaire exclusive (p,p) des isotopes d'oxygène 24,23,22,21. Ces résultats constituent une référence inédite pour étudier le potentiel d'interaction proton-noyau autour de 260 MeV/n. La comparaison entre les données élastiques et les calculs de réaction réalisés à partir d'un potentiel microscopique, dépendant de la densité du noyau et construit avec la matrice G, nous indique que ce potentiel est satisfaisant; mais que l'inclusion, dans un futur modèle en voies couplées à haute énergie, de l'élastique et du knockout de quelques neutrons apparaît nécessaire. Les rayons quadratiques moyens des derniers isotopes pair-pair liés d'oxygène ont pu être estimés : rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm. / The studies of structure and spectroscopy performed on radioactive nuclei during the last three decades have shown that the nuclear shell structure changes towards the drip-line and local magic numbers may appear. Doubly-magic nuclei are very rare but represent stringent tests for theories and their modelling of the nuclear interaction.In this context, we have investigated the structure and spectroscopy of the drip-line doubly-magic nucleus 24O via proton elastic and inelastic scattering (p,p'). The experiment was performed at RIKEN in the BigRIPS line, using the 24O beam produced at 263 MeV/n with RIBF with a high intensity (1780/s), and the state-of-the-art MUST2 charged particle detector. The analysis of the data gives the reconstruction of : the 24O excitation energy spectrum up to 35 MeV with the scattered proton kinematics using the missing mass method, and the angular distribution of exclusive (p,p) elastic cross section between 4 and 30 degrees c.m. via a triple coincidence nucleus-proton-nucleus. Below the two-neutron separation threshold (S2n) the statistics is too low to obtain the two excited states measured by previous experiments done at lower incident energies. Above the S2n structures are observed for the first time due to the large excitation energy range of the excitation spectra. The measurement of the excited states located at these energies would allow to test theoretical studies of low-energy dipole excitation in light neutron-rich nuclei. The statistics obtained for proton elastic scattering is sufficient to extract the exclusive (p,p) angular distributions of the 24,23,22,21O isotopes. These results constitute a new benchmark to explore proton-nucleus interaction potential features around 260 MeV/n. The comparison of elastic data set to the reaction calculations done with the microscopic reaction approach based on the G-matrix density-dependent potential indicates that this potential is suitable. However, it remains to include both the elastic and the knockout reactions in a future complete coupled channel reaction model at high energy. The root-mean-square radii of the two last bound even-even isotopes have been estimated: rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm.

Une campagne d'expériences a été réalisée à l'automne 2007 au GANIL dans le but d'étudier la structure des noyaux riches en neutrons des chaînes isotopiques de l'oxygène et du néon pour déceler l'évolution des fermetures de couches et des nombres magiques en fonction de l'isospin. La technique de séparation en ligne des isotopes a été employée pour produire par l'ensemble SPIRAL deux faisceaux exotiques d'20O et de 26Ne accélérés à 10 A.MeV. Les spectres des noyaux 21O, 19O, 27Ne et 25Ne produits par les réactions de transfert d'un neutron (d,p) et (d,t) des faisceaux radioactifs sur une cible de CD2 ont été étudiés. Le dispositif expérimental réunissant pour la première fois les détecteurs TIARA, MUST2, VAMOS, EXOGAM et un détecteur de faisceau permettait la détection en coïncidence des noyaux légers de recul, des fragments lourds et des gammas de décroissance. Les spectres en énergie d'excitation ont été reconstruits par la méthode de la masse manquante grâce aux détecteurs TIARA et MUST2. La grande couverture angulaire de ces détecteurs permettait l'étude simultanée des réactions de pickup (d,t) et de stripping (d,p). L'étude de la réaction (d,t) produisant l'19O et le 25Ne a permis de construire les schémas de niveaux de ces noyaux et de préciser les énergies, moments angulaires et facteurs spectroscopiques des états observés. Nous avons ainsi pu établir l'absence de fermeture de couche N=14 dans l'20O. Les résultats obtenus sur l'occupation des couches neutrons du 26Ne tendent à prouver l'existence d'une fermeture de couche N=16 dans ce noyau.

Les facteurs spectroscopiques nous renseignent sur l'occupation des couches nucléaires et peuvent être extraits par des réactions directes comme le transfert à basse énergie et le knockout aux énergies intermédiaires. L'étude récente de noyaux radioactifs de la couche sd ayant une large différence d'énergie de séparation, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, montre que les sections efficaces d'arrachage d'un nucléon très lié sont considérablement réduites par rapport aux prédictions théoriques. Cette tendance n'est pas observée pour des noyaux moins exotiques, jusqu'à DeltaS~12 MeV, par réaction de transfert (d,p).Pour comprendre l'origine de cette réduction, nous avons réalisé deux expériences complémentaires sur un noyau présentant une large différence d'énergie de séparation l'14O : (i) le knockout d'un nucléon au NSCL, 14O (53 MeV/n) et 16C (75 MeV/n), sur une cible de 9Be; (ii) le transfert d'un nucléon avec le faisceau d'14O à 18 MeV/n de SPIRAL, 14O(d,t)13O et 14O(d,3He)13N, étudié avec le dispositif MUST2. L'analyse des données présentée en détails dans ce manuscrit conduit à des facteurs spectroscopiques incompatibles entre ces deux expériences lorsqu'un neutron fortement lié est enlevé ou transféré de l'14O. Dans le cas du knockout, la section efficace mesurée est fortement réduite par rapport aux prédictions basées sur un modèle eikonal et le modèle en couches. La distribution en moment parallèle de l'13O mesurée après l'arrachage d'un neutron présente par ailleurs une forme qui n'est pas reproduite par le modèle eikonal. Dans le cas du transfert, une telle réduction n'est pas observée et le rapport entre expérience et théorie est compatible avec ce qui est obtenu pour les noyaux stables. Ces résultats suscitent de nouveaux développements théoriques pour la modélisation du mécanisme de réaction dans ces cas extrêmes où le nucléon enlevé est fortement lié.

Le 60Fe présente un intérêt particulier en astrophysique nucléaire. En effet, la récente observation de ses raies gamma caractéristiques par les satellites RHESSI et INTEGRAL permet d'accéder au flux total de 60Fe intégré sur toute la Galaxie. De plus, l'observation d'un excès de 60Ni (noyau-fils du 60Fe) dans les grains pré-solaires fournit des contraintes sur les conditions de formation du système solaire primitif.Cependant, les sections efficaces de certaines réactions intervenant dans la nucléosynthèse du 60Fe et incluses dans les modèles stellaires présentent encore des incertitudes. C'est le cas notamment de la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe qui est responsable de la destruction du 60Fe. La section efficace totale de cette réaction peut être divisée en deux parties : la composante directe, impliquant les états situés sous le seuil de séparation neutron du 61Fe, et la composante résonante.Nous avons amélioré les connaissances spectroscopiques du 61Fe afin d'évaluer la contribution de la capture directe au taux de la réaction 60Fe(n, gamma)61Fe. Pour cela, nous avons étudié la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe par la réaction de transfert d(60Fe, p gamma)61Fe à l'aide du dispositif expérimental CATS/MUST2/EXOGAM sur la ligne LISE au GANIL. L'analyse en DWBA des distributions angulaires expérimentales des protons a permis d'extraire les moments angulaires et les facteurs spectroscopiques de différents états du 61Fe identifiés et peuplés sous le seuil de séparation neutron. Une comparaison des résultats expérimentaux obtenus pour le 61Fe avec ceux de noyaux similaires et avec des calculs modèle en couches a également été effectuée.