La plate-forme expérimentale PLINIUS du CEA Cadarache est dédiée à l'étude expérimentale des accidents graves de réacteurs nucléaires en réalisant des essais entre 2000 et 3500 K avec du corium prototypique. Le corium est le mélange issu d'une hypothétique fusion du cœur et de son mélange avec les matériaux de structure. Le corium prototypique a la même composition chimique que le corium envisagé pour un scénario d'accident grave mais une composition isotopique différente(utilisation d'uranium appauvri,...). Des programmes de recherches et des campagnes d'essais ont eu pour thème les propriétés physiques du corium, le comportement des produits de fission, l'étalement du corium, sa solidification et son interaction avec le béton, ainsi que sa refroidissabilité. Ils ont servi de cadre a la formation par la recherche de nombreux étudiants. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre de collaborations nationales, européennes et internationales.

À l'extrémité du spectre électromagnétique observé, l'astrophysique gamma étudie les traces des phénomènes les plus violents de notre univers. Grâce aux instruments toujours plus perfectionnés, la recherche dans cette branche de l'astronomie est entrée dans un âge d'or, où les résultats quantitatifs et prédictifs ont succédé aux découvertes pionnières. Néanmoins, les techniques actuellement utilisées semblent avoir atteint leur limites avec la dernière génération de satellites d'observation. De nouveaux instruments gamma doivent donc être développés afin d'atteindre les résolutions angulaires et les sensibilités nécessaires à la confrontation des observations avec les prédictions théoriques. <br />Afin de franchir cette nouvelle étape, la focalisation des rayonnements gamma offre une voie aujourd'hui prometteuse. Dans cette optique, le projet CLAIRE a pour objectif de démontrer la faisabilité d'une lentille gamma pour l'astrophysique nucléaire, ainsi que de quantifier les performances d'un tel instrument et les comparer aux principes théoriques.<br />À partir des lois de la diffraction des rayons dans les cristaux, une lentille a donc été développée et mise au point au CESR. Cette intrument, focalisant une bande énergétique de quelques keV centrée sur 170 keV, est constituée d'environ 560 cristaux de germanium disposés sur 8 anneaux concentriques, dont le réglage en laboratoire a nécessité la mise en place de procédures et systèmes spécifiques. D'autre part, les mesures récoltées lors de ce réglage ont permis de déterminer différents paramètres cristallins, servant ensuite d'initialisation aux simulations numériques.<br />La validité du principe de lentille gamma a alors été testée par des mesures au sol ainsi que par une observation effectuée sur la nébuleuse du Crabe sous ballon stratosphérique. Les mesures sol ont permis de déterminer l'efficacité de diffraction de la lentille ainsi que sa réponse hors axe. Ces résultats valident les principes à la base de la lentille gamma. <br />D'autre part, le 14 juin 2001, la lentille gamma a été embarquée sous ballon stratosphérique, à 41 km d'altitude. Suite au traitement des données, le signal diffracté a pu être mis en évidence avec un niveau de confiance de 3 sigmas, correspondant à une détection d'environ 33 photons pendant une observation effective d'1h12.<br />Les différentes expériences, tant au sol que pendant le vol stratosphérique, s'accordent sur une efficacité de 10% à 170 keV. Conformes aux prédictions, ces résultats valident le concept de lentille pour l'astrophysique et ouvrent la voie au développement d'un instrument spatial.

L'évolution de la structure nucléaire loin de la stabilité est un sujet d'actualité de la physique nucléaire expérimentale et théorique.<br> Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la structure des noyaux riches en neutrons autour de N=40. L'évolution en énergie de l'orbitale νg9/2 avec le nombre de neutrons est un des points clés pour définir la structure à basse énergie de ces noyaux.<br> Comme outils d'investigation, nous avons utilisé la mesure des moments magnétiques dipolaires et la décroissance β. Pour la mesure du facteur gyromagnétique de l'état 9/2+ du 61mFe nous avons appliqué la méthode TDPAD. Cette méthode (comme la majorité des méthodes de mesure de moments nucléaires statiques) nécessite que le spin du noyau mesuré soit orienté. L'orientation du 61mFe a été obtenue lors de la réaction de fragmentation du 64Ni à 55 MeV/u et par sélection en moment des fragments avec le spectromètre LISE au GANIL. Le dispositif expérimental utilisé nous a permis de garder cette orientation jusqu'au point d'implantation. La valeur mesurée du facteur g a été comparée avec les prédictions des calculs de modèle en couches à grande échelle et Hartree-Fock-Bogoliubov.<br> Pour l'étude de la décroissance β nous avons produit les noyaux riches en neutrons autour de N=40 par la fragmentation du 86Kr à 58 MeV/u. La sélection des produits de réaction a été faite en utilisant pour la première fois le spectromètre LISE2000. Les rayonnements γ ont été détectés avec quatre détecteurs segmentés EXOGAM. Nous avons ainsi déterminé pour la première fois les valeurs de 5 périodes radioactives et amélioré la précision sur 4 autres valeurs. Le peuplement des états excités dans les noyaux fils nous a permis d'identifier de nouvelles transitions et de déterminer pour la première fois la position en énergie du premier état 2+ de 68Fe et de 72Ni. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec des prédictions de modèle en couches. D'autres transitions ont été observées pour la première fois dans la décroissance βγ du 60Ti, 70Fe, 71,73Co.

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Ce travail présente les avancées en instrumentation nucléaire pour les domaines liées à l'industrie du cycle du combustible, à l'industrie des systèmes électrogènes nucléaires et aux domaines de la sécurité du travailleur (dosimétrie) mais aussi de la sécurité dans le cadre du "homeland security act"1. Dans une première partie, les aspects r'eacteurs sont abord'es, plus particuli'erement l'instrumentation dite in-core, à base de chambre à fission. Le mode de fonctionnement dit "fluctuation" ou Campbell est largement abordé. Les progrès concernant la maintenance prédictive des systèmes de mesure neutronique, sont également présentés. Dans une seconde partie, l'instrumentation pour le contrˆole nucl'eaire procédé, la radioprotection et la sécurité est introduite. Les aspects capteurs sont exposés au travers des compteurs proportionnels Hélium-3 et des scintillateurs plastiques notamment pour la discrimination neutron/gamma à bas coût. Les nouvelles plateformes électroniques multi-capteurs adaptées à ces technologies sont également pr'esent'ees. Elles sont con¸cues dans le cadre du développement des systèmes de mesures pérennes pour l'industrie de l'aval du cycle du combustible. La thématique capteur dosimétrique pour le travailleur est abordée. Enfin, la conclusion dressera les grandes tendances qui se dessinent dans ces secteurs d'activités en termes de recherche et d'eveloppement à conduire dans les prochaines années.

Le détecteur Nemo3 a été conçu pour étudier la double désintégration bêta, et notamment, le processus sans émission de neutrino ( bb0v). Toutefois, la quantité de 100Mo présente dans le détecteur (7 kg) permet aussi une mesure compétitive de la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos ( bb2v) du 100Mo vers l'état excité 0+1 du 100Ru (canal eeNy). Ledit processus et les sources de bruit de fond attendues ont d'abord fait l'objet 'études par simulations Monte-Carlo, a n d'estimer ensuite leurs contributions respectives à l'ensemble des données expérimentales de Nemo3 (2003-2011). Celles-ci ont été analysées : la demi-vie du processus bb2v a pu être mesurée et une limite inférieure sur la demi-vie du processus bb0v établie. Par ailleurs, l'expérience SuperNEMO, successeur de Nemo3, vise à atteindre une sensibilité de 1026 années sur la demi-vie du processus bb0v. Aussi, la radiopureté des feuilles sources de SuperNEMO est soumise à des contraintes que ne permettent pas de mesurer les méthodes usuelles de spectrométrie y : 2 µBq.kg-1 en 208Tl et 10 µBq.kg-1 en 214Bi. C'est pourquoi un détecteur dédié, BiPo, a été développé pour mesurer les contaminations en 208Tl et en 214Bi des feuilles sources de SuperNEMO, par détection de la chaîne b-alpha de décroissance Bi->Po->Pb. Après avoir validé le principe de mesure, la contamination intrinsèque au détecteur a été mesurée. Extrapolée à un détecteur BiPo final de 3:6m2, ce dernier permettra de mesurer les contaminations des feuilles sources de SuperNEMO en 208Tl et en 214Bi, en six mois de mesure, avec la sensibilité requise.

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.

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde, et un tiers de ces décès sont causés par la maladie coronaire et la rupture de plaques d'athérome vulnérables. L'altération hétérogène de la microcirculation coronaire est un phénomène précoce lié à de nombreux facteurs de risque cardiovasculaire qui peut fortement présager du développement ultérieur de la maladie coronaire, et conduire à l'apparition d'une hétérogénéité de la perfusion myocardique. La médecine nucléaire permet l'étude de la perfusion myocardique en routine clinique grâce à la réalisation de scintigraphies après injection d'un traceur radioactif du débit sanguin coronaire. L'analyse des images scintigraphiques de la perfusion permet actuellement le dépistage de l'ischémie myocardique, mais la capacité de la technique à mesurer l'hétérogénéité de la perfusion dans des zones apparemment normalement perfusées est inconnue. La première partie de cette thèse porte sur une étude clinique rétrospective visant à déterminer la faisabilité de la quantification de l'hétérogénéité de la perfusion du myocarde mesurée par tomographie d'émission monophotonique (TEMP) au Thallium-201 chez des patients diabétiques par rapport à des sujets sains. L'étude clinique a démontré la capacité du Thallium-201 en imagerie TEMP de routine à quantifier une hétérogénéité de la perfusion du myocarde plus importante chez des patients diabétiques par rapport à des individus normaux. La seconde partie de cette thèse teste l'hypothèse que l'hétérogénéité de la perfusion du myocarde pourrait être quantifiée en imagerie du petit animal TEMP au Thallium-201 et/ou au Technetium-99m-MIBI par une étude expérimentale chez deux modèles animaux de diabète, et serait en corrélation avec des altérations histologiques. L'absence de différence d'hétérogénéité de la perfusion myocardique entre les animaux diabétiques et contrôles suggère que les modèles animaux sont peu adaptés, ou que la technologie actuellement disponible ne semble pas satisfaisante pour obtenir des résultats similaires à l'étude clinique.

Les propriétés mécaniques du combustibles nucléaire sont un problème complexe qui fait intervenir de nombreux mécanismes différents à des échelles diverses. Afin de faire progresser notre connaissance de ce matériau, nous avons effectué des simulations utilisant des modèles de Dynamique Moléculaire. Ces simulations permettent l'étude de différents mécanismes de déformation du dioxyde d'uranium à l'échelle atomique. Nous avons mis en place une procédure permettant de calculer les chemins de transition entre différents polymorphes de l'UO2 de manière statique et dynamique. Ces calculs ont confirmé la stabilité des structures fluorine à pression ambiante et cotunnite en compression, vers laquelle une transition reconstructive a été observée. Ils ont aussi montré l'importance de la direction de sollicitation principale pour déterminer la transition activée en tension, soit vers une structure scrutinyite, soit vers une structure rutile. D'autre part, les propriétés élastiques de l'UO2 ont été déterminées en température à partir d'une approche multi-modèles. L'accord relatif entre les potentiels existants pour l'UO2 a été utilisé pour déterminer des paramètres pour des modèles mésoscopiques. La propagation d'une fissure dans un monocristal a ensuite été étudié. Lors de ces simulations nous avons mis en évidence l'apparition de phases secondaires en pointe de fissure. Ce mécanisme prédit par les modèles atomistiques pourrait jouer un rôle important lors de la propagation d'une fissure aux échelles supérieures. Finalement, certaines propriétés des dislocations coin stabilisées dans le cristal UO2 ont été étudiées. La structure de cœur de ces dislocations dans différents plans de glissements a été comparée. Leur contrainte critique de glissement en fonction de la température a été calculée. Ces derniers calculs suggèrent un lien direct entre le désordre chimique observé au cœur de dislocations et leur mobilité.