Durant cette thèse, nous avons étudié les décroissances β des noyaux de gallium autour de N=50 et préparé une source d'ionisation laser à ALTO. Le besoin d'accéder à des régions de plus en plus exotiques pour la production de faisceaux radioactifs requiert l'élimination des contaminants polluant le faisceau d'intérêt. Afin de résoudre ce problème, une source d'ionisation laser a été développée à ALTO. Le cuivre a été choisi comme premier élément à ioniser pour ses intérêts physiques et pour comparer le fonctionnement de la source laser avec celles des autres installations de recherche. Des lasers ont été ainsi installés et optimisés pour ioniser sélectivement ce type d'atome produits pour les expériences. Ce montage laser nous a permis de tester l'ionisation du cuivre stable avec succès.L'étude de la région des noyaux riches en neutrons autour de N=50 est encore à approfondir. Les connaissances des noyaux de cette région sont clairsemées ce qui ne permet pas de clore les différents débats dont ils sont le sujet. Nous avons donc étudié les noyaux 79,80,82,83,84,85Ga produits à ALTO. Pour cela, un faisceau d'électrons (50MeV et 10µA) délivré par l'accélérateur linéaire est envoyé sur une cible de carbure d'uranium portée à 2000°C. Les électrons y émettent un rayonnement de freinage qui entraine la fission des noyaux d'uranium. Les produits de fission diffusent jusqu'à une source d'ionisation de surface qui est installée en sortie de cible pour ioniser les atomes de gallium et produire le faisceaux d'ions. Ce système nous permet d'étudier les décroissance β- et β--n des isotopes 79,80,82,83,84,85Ga.L'analyse de cette expérience a produit de nouveaux résultats sur les décroissances de 80Ga, 84Ga et 84Ge. Pour 80Ga, l'étude des données a confirmé l'existence d'un état isomérique et a permis de mesurer les durées de vie de l'état fondamental et de l'isomère. De plus, l'analyse de la décroissance de 84Ge a permis de confirmer deux états et de proposer un troisième pour 84As. Enfin la comparaison des résultats expérimentaux avec des calculs théoriques a confirmé l'assignation de spin-parité des premiers états 2+ et 4+ mais aussi du caractère triaxial de 84Ge proposés antérieurement à cette thèse. Le deuxième état 2+ de cet isotope a aussi été identifié. Pour les états de 84As, l'assignation des spins et des parités de quatre états a été proposée et interprétée en terme de mélange de configurations.

L'étude expérimentale de noyaux de plus en plus riche (ou pauvres) en neutrons met à rude épreuve les modèles de structure nucléaire. Ainsi, la découverte de nouveaux nombres magiques pose le problème de la définition de l'espace-modèle dans les calculs de modèle en couches. L'approche suivie consiste à utiliser les propriétés d'appariement des nucléons pour diminuer les dimensions de l'espace des configurations utilisé dans le modèle en couches. Cette approche, dite de séniorité généralisée, nous permet d'agrandir les espaces de valence tout en gardant les dimensions des matrices accessibles à une digonalisation numérique. Elle n'est toutefois valable qu'aux alentours de noyaux semi-magiques. Un ensemble de comparaisons de nos résultats à des calculs analytiques puis à des calculs de type modèle en couche complet, dans des espaces où ils étaient réalisables, nous a permis d'apprécier la qualité de notre approximation. Une explication de notre approche à des problèmes théoriques d'actualité a ensuite été réalisée. Deux séries de noyaux se prêtaient particulièrement bien à cette application : les isotopes du nickel. Afin de tenir compte des excitations décrites dans d'autres études comme extérieures à l'espace-modèle, nous avons considéré l'espace 0f1p0g9/2. Nous avons validé ce choix sur les isotope les plus stables avant d'étudier la fermeture de la sous-couche N = 40. Les isotones de 82 neutrons.

Le sujet de cette thèse est l'analyse des données de l'expérience LPCTrap d'octobre 2008. L'objectif était de mesurer le coefficient de corrélation angulaire b-v, abv, de la désintégration de l'6He avec une précision de 0.5%. La mise en évidence d'une déviation de la valeur de abv par rapport à la prédiction du Modèle Standard (MS) serait la signature indirecte d'un couplage de type tenseur dans la désintégration faible du noyau 6He qui mettrait en cause la structure V−A adoptée pour décrire l'interaction faible au sein du MS. Un piège de Paul est employé pour confiner les ions 6He+ dans un volume très restreint et pratiquement au repos afin de disposer d'une source de décroissances la mieux définie. La particule et l'ion de recul 6Li++ émis lors de la désintégration sont détectés en coïncidence par des détecteurs placés autour du piège. a bv est déterminé en comparant la distribution expérimentale du temps de vol de l'ion de recul à celle générée par une simulation Monte-Carlo. Durant cette thèse, une simulation basée sur GEANT4 a été développée, qui prend en compte la totalité des effets expérimentaux susceptibles de contribuer à l'erreur systématique de l'estimation de a bv, notamment la diffusion des électrons de basse énergie. Malgré une statistique expérimentale suffisante et une simulation aboutie, une estimation fiable de a bv s'est finalement révélée impossible à obtenir en raison d'un dysfonctionnement du détecteur d'ions. Une étude statistique exploratoire a été entreprise pour préciser le niveau de sensibilité de la technique de mesure aux tests des hypothèses du MS. Les outils développés dans cette thèse seront utilisés pour analyser les expériences futures.

La région des noyaux transfermium (Z = 100 à 104) est la dernière région de la charte nucléaire accessible en spectroscopie. Elle donne ainsi les ultimes points dʼancrage pour les modèles. Elle se situe en outre sur les chaînes de décroissance a des noyaux superlourds. Cette région se situe à la limite des capacité de mesures spectroscopiques actuelles. Elle demande donc des développements technologiques pour passer ces limites. Ma thèse porte sur différents aspects de la spectroscopie des noyaux de la région transfermium. Jʼai participé au développement des cartes dʼacquisition numériques TNT2D pour détecteurs germanium. Jʼai validé leur utilisation sur le spectromètre gamma JUROGAM et quantifié le gain apporté par rapport à un système dʼacquisition analogique. Ces tests entraient dans la préparation de lʼexpérience visant lʼétude spectroscopique prompte du noyau 256Rf. Cela mʼa également amené à travailler au développement dʼun faisceau de 50Ti isotopique. Dans cette optique, jʼai étudié et testé lʼutilisation de composés organométalliques du titane compatible avec la technique MIVOC. Jʼai en parallèle étudié lʼutilisation de pastilles de titane métallique ou de dioxyde de titane au moyen dʼun four à induction nouvellement développé à lʼUniversité de Jyväskylä. Ces développements nous permettront prochainement dʼeffectuer lʼétude en spectroscopie prompte du 256Rf. En parallèle à ces développement, jʼai eu la chance dʼétudier en spectroscopie prompte le noyau 246Fm à lʼUniversité de Jyväskylä. Les mesures ont permis de mettre en évidence la bande rotationelle basée sur le niveau fondamental du 246Fm. Cette bande a été observée jusquʼau niveau 16+ et présente un comportement assez similaire aux isotopes pair-pairs voisins hormis le haut de la bande pour lequel une statistique plus forte serait nécessaire pour conclure.

Une technique d'imagerie innovante reposant sur la localisation tridimensionnelle d'un radioisotope émetteur (bêta, gamma) à l'aide d'un télescope Compton au xénon liquide a été proposée au laboratoire SUBATECH en 2003. Cette technique, appelée imagerie 3 gammas, repose sur l'association d'une caméra à tomographie d'émission de positons pour la reconstruction des deux photons d'annihilation et d'une chambre à projection temporelle au xénon liquide pour la reconstruction du troisième photon. L'interaction de ce dernier avec le xénon liquide induit un signal de scintillation, lu avec un tube photomultiplicateur, qui permet de déclencher l'acquisition du signal d'ionisation, lu avec un MICROMEGAS (MICRO MEsh Gaseous Structure), donnant accès à la mesure de l'énergie et de la position de chaque interaction. Dans le cadre de ce développement, nous proposons une alternative à la lecture du signal de scintillation avec des tubes photomultiplicateurs classiques : un photomultiplicateur gazeux cryogénique de large surface. Ce photodétecteur est doté d'une photocathode réflective solide d'iodure de césium pour la photoconversion des photons UV et de microstructures amplificatrices telles que le THGEM (THick Gaseous Electron Multiplier), le MICROMEGAS et le PIM (Parallel Ionization Multiplier). Il devrait permettre une segmentation virtuelle du volume de xénon liquide afin de réduire l'occupation du télescope. Les premiers résultats obtenus à l'aide d'un premier prototype de petite surface à la température du xénon liquide (173 K) sont présentés.

Afin d'étudier l'influence des fluctuations sur différents phénomènes physiques liés aux collisions entre ions lourds, une équation de Langevin a été obtenue à partir d'un modèle microscopique. Les paramètres entrant dans cette équation sont entièrement déterminés à partir de grandeurs microscopiques caractérisant la matière nucléaire. Cette équation a été appliquée à des phénomènes physiques aux énergies intermédiaires. Une première partie concerne les mouvements collectifs de faible amplitude, à savoir les résonnances géantes. Les effets de mémoire dans le terme decollisions de l'équation de Boltzmann ont été étudiés. Une approche formelle à l'influencedes fluctuations sur plusieurs modes couplés est aussi proposée. Une deuxième partie concerne les mouvements collectifs de grande amplitude où une étude détaillée de la fission thermique est faite . Le taux de fission est calculé et confronté aux résultats expérimentaux. Enfin, un travail préliminaire sur la multifragmentation est proposé.

L'industrie électronucléaire, pour faire face aux besoins énergétiques croissant, à besoin de développer une nouvelle génération de réacteur : la quatrième génération. Parmi les six candidats, on trouve les réacteurs à sels fondus, qui, en configuration rapide, semble avoir de très bonnes propriétés : la régénération est facilement accessible tout en gardant des coefficients de contre-réaction négatifs. Le procédé de retraitement du sel combustible n'est toutefois toujours pas établi de manière définitive. Beaucoup d'incertitude sur les paramètres physicochimiques des sels combustibles empêchent de définir de manière précise chaque étape du procédé. Grâce à la simulation numérique nous avons pu étudier le comportement du cœur du réacteur couplé à une unité de retraitement de référence. De cette manière nous avons pu quantifier les flux de chaleurs et les radiations pour identifier les étapes qui nécessiteront une attention particulière lors du dimensionnement. Nous avons aussi pu identifier les éléments pour lesquels une mauvaise extraction mettrait en péril le bon fonctionnement du réacteur. Enfin, toujours grâce à la simulation numérique, ce travail présente une analyse des sensibilités du procédé de retraitement sur un certain nombre de grandeurs physique représentative du cœur du MSFR.

L'étude de la fission des actinides répond à un double enjeu. Les mesures de distributions de fragments de fission et des probabilités de fission permettent une meilleure compréhension du phénomène en lui même et une discrimination des modèles de structure et de dynamique nucléaires. De plus, dans le contexte de la conception de réacteurs nucléaires de nouvelle génération et d'incinérateurs de déchets radiotoxiques, de nouvelles mesures sont indispensables pour améliorer les bases de données nucléaires. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de programmes expérimentaux français et américains, utilisant la méthode de substitution, c'est-à-dire des réactions de transfert menant aux mêmes noyaux composés que par irradiation de neutron mais inaccessibles par les méthodes conventionnelles. L'expérience sur laquelle se base ce travail utilise les réactions de transfert multinucléon entre un faisceau de 238U et une cible de 12C en cinématique inverse, afin d'établir, grâce au spectromètre VAMOS, les distributions isotopiques complétés des fragments de fission associée à chaque voie de transfert. Le travail présenté dans ce mémoire se concentre sur l'identification des voies de transfert et leurs propriétés, comme les distributions angulaires et celles en énergie d'excitation, grâce au télescope SPIDER qui identifie les noyaux de recul de la cible. Ce travail de thèse exploratoire vise à généraliser la méthode de substitution à des transferts lourds et à mesurer des probabilités de fission pour la première fois en cinématique inverse. Les résultats obtenus sont comparés aux mesures en cinématique directe et aux mesures par irradiation de neutron disponibles.

La théorie prévoit, qu'aux premiers instants de l'univers, la matière a pu existersous la forme d'un plasma de quarks et de gluons (QGP). Les collisions d'ions lourds à des énergies ultra-relativistes sont utilisées pour recréer cet état déconfiné de la matière. L'expérience NA50 au CERN a mis en évidence, entre autres, l'existence d'une suppression anormale du J/psi dans sa désintégration dimuon pour les collisions les plus centrales du système Pb-Pb. La collaboration NA60 a permis, avec une précision accrue, d'améliorer et de compléter les résultats de NA50. Pour cela, le groupe NA60 a ajouté un spectromètre à ≪ pixels ≫ en amont de l'absorbeur de l'expérience NA50. L'un des résultats les plus remarquables de cette expérience a été de montrer que l'excès de dimuons observé aux masses intermédiaires était dû à des dimuons directs, ce qui pourrait être la première mise en évidence de dimuons thermiques. Le travail de ce manuscrit s'inscrit sur l'expérience NA60 pour les collisions In-In à 158 Gev/c par nucléon et porte sur la production de la résonance J/psi en fonction de la centralité. Après corrections des effets d'acceptance et d'efficacité, la centralité est déduite de la multiplicité des traces en utilisant le code de simulation VENUS. La production du J/psi est normalisée aux événements de biais minimum qui sontinsensibles à la production d'un QGP. Les résultats indiquent que la production du J/psi dans les collisions In-In est compatible avec l'absorption nucléaire de section efficace σ= 4.18 ± 0.35mb et qu'il n'y a donc pas de suppression anormale et ceci quelque soit la centralité de la collision. Cette étude n'a porté que sur une partie des données In-In, la statistique complète doit permettre d'affiner et de confirmer ce résultat.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet SPIRAL qui consiste à produire puis à accélérer un faisceau d'ions multichargés. Ce travail a porté essentiellement sur la partie production et ionisation du faisceau d'ions radioactifs. Un premier ensemble cible-source (NANOGAN II) a été étudié, réalisé puis testé. Il est destiné uniquement à la production de faisceau d'ions radioactifs multichargés de type gaz. Des tests "hors ligne" et "en ligne" ont montré que cet ensemble répond au cahier des charges du projet SPIRAL et qu'il est fin prêt à être mis en fonctionnement dans la casemate de production. A partir de ces tests, les intensités disponibles des futurs faisceaux de SPIRAL ont été calculées. Une étude détaillée de la diffusion d'un atome dans une cible de carbone a été faite. L'expression de l'efficacité de diffusion, à partir des équations de la diffusion (lois de Fick), a été déduite. Cette efficacité dépend des paramètres suivants : la température, la taille des grains composants la cible, les coefficients d'Arrhénius et la période radioactive. Le développement de trois méthodes expérimentales et la confrontation d'expérience/théorie ont permis de comprendre ce processus dans la cible de production et de déduire les coefficients d'Arrhénius pour les gaz rares. Une autre étude des cibles de production est présentée. Elle concerne la distribution de température permettant leur utilisation pendant plus d'un mois à une température de 2400 K. Deux développements ont été étudiés pour le futur de SPIRAL. Le premier (1+/n+) consiste en la transformation d'un faisceau monochargé en un faisceau multichargé grâce à une source R.C.E. Ceci permettra d'utiliser la source multichargé hors de la casemate de production et ainsi d'avoir des sources monochargées adaptées à de nombreux types d'éléments. L'autre développement (SPIRAL-II) est destiné à la production d'atomes radioactifs riches en neutrons crées par la fission de l'uranium induite par des neutrons rapides. Le faisceau de neutron est produit par le stripping/break-up d'un faisceau de deutons dans un convertisseur. Cette solution, très prometteuse, est en cours d'étude et fait partie d'un programme de Recherche Européen.