L'interaction effective entre les nucléons est un ingrédient essentiel des<br />calculs microscopiques de structure nucléaire. L'une des formes utilisée<br />depuis les années 1970 est la force effective phénoménologique proposée par<br />D. Gogny. Cette force donne d'excellents résultats dans les noyaux à<br />l'approximation du champ moyen. La présence de composantes de contact ne<br />permet pas cependant de l'employer en toute généralité pour décrire les<br />corrélations au-delà du champ moyen qui se manifestent fréquemment dans les <br />noyaux.<br /><br />Dans ce travail, nous étudions des extensions de la force de Gogny, notamment<br />une généralisation où le terme dépendant de la densité de portée nulle est<br />remplacé par un terme de portée finie. Les paramètres intervenant dans la forme<br />analytique de la force sont ajustés sur les propriétés de la matière nucléaire<br />infinie symétrique et de la matière neutronique, et sur les observables globales<br />de quelques noyaux stables, en particulier celles associées aux corrélations<br />d'appariement. Nous présentons la méthode permettant d'inclure ce type de<br />force dans les codes de calcul Hartree-Fock-Bogoliubov et nous analysons les<br />résultats obtenus dans de nombreux noyaux. Les nouvelles versions de la force<br />de Gogny apparaissent reproduire la structure nucléaire avec une qualité égale<br />ou supérieure à la version traditionnelle.

Les réacteurs hybrides, bases sur le couplage entre un accélérateur de particules et un coeur sous-critique via une cible<br />de spallation, présentent des possibilités de réduction de la radiotoxicité des déchets de haute activité et a vie<br />longue promis au stockage. Les différents concepts proposes ces dernières années dans la communauté scientifique montrent<br />la nécessite de réaliser un démonstrateur.<br />Ce travail de thèse a porte sur l'optimisation par simulation Monte Carlo a l'aide du code MCNPX, de la neutronique d'un tel<br />système dans le but de réaliser un réacteur pilote.<br />Tout d'abord, nous avons indique les principales caractéristiques neutroniques d'un réacteur hybride avant de présenter le<br />concept de démonstrateur refroidi au gaz base sur le remontage effectue par la société Framatome ANP. Nous avons<br />caractérise puis optimise la neutronique a travers la géométrie et les matériaux utilises pour ce démonstrateur.<br />Dans le cadre de l'incinération des actinides mineurs, nous avons calcule l'évolution des combustibles envisageables suivant<br />les phases de démonstration prévues. Les grandeurs liées a l'incinération des actinides mineurs sont rapportées. En vue<br />de la transmutation du 99Tc et de l'129I, nous avons calcule les temps caractéristiques et les taux de transmutation<br />a l'équilibre.<br />D'autre part, nous avons analyse le passage du démonstrateur vers un réacteur incinérateur de puissance a partir de<br />critères physiques tels que les facteurs de forme et les niveaux de flux. A partir de cette analyse, des solutions innovantes sont<br />proposées pour améliorer les facteurs de forme d'un incinérateur de puissance.<br />Enfin, dans des perspectives a plus long terme, l'utilisation des réacteurs hybrides dans le cadre de la génération<br />d'233U pour accélérer le démarrage d'une filière de réacteurs a sels fondus basée sur le cycle<br />232Th/233U a été explorée et s'avère particulièrement efficace.

Dans le contexte d'un déploiement massif du nucléaire civil au niveau mondial, le problème de l'approvisionnement en U-235 se posera à des échéances humaines. L'industrie nucléaire d'aujourd'hui, sous-génératrice, serait, dans un tel cas de figure, inapte à satisfaire les besoins énergétiques du monde de façon durable. La transition vers des filières iso ou surgénératrices, qui optimisent l'utilisation de la matière fissile, est alors pertinente. Parmi les technologies qui permettent une telle optimisation, le cycle du thorium, Th/U-233 utilisé en spectre de neutrons thermique, est doublement intéressant; il permettrait, dans des concepts de type réacteur à sels fondus thermique, l'isogénération de la matière fissile tout en nécessitant de faibles inventaires initiaux en U-233. La production de cette quantité d'U-233, nécessaire au démarrage de la filière, peut être produite en amont, dans des réacteurs d'aujourd'hui (à eau sous pression), utilisant un combustible de type mixte oxyde thorium-plutonium. <br /><br />Ce travail concerne d'une part le développement d'outils de calcul nécessaires à l'étude neutronique, par simulation Monte Carlo (M.C), des réacteurs nucléaires et de leur combustible. Qu'ils soient de génération future ou de technologie actuelle utilisant un combustible innovant, la simulation des réacteurs par les méthodes M.C. est particulièrement bien adaptée car elle ne repose que sur la connaissance des données nucléaires, et peut traiter des géométries complexes et exactes en effectuant le transport des neutrons à énergie continue. <br /><br /><br />Le code MURE, qui encapsule le code de transport validé et reconnu MCNP, a été écrit pour simuler l'évolution du combustible sous irradiation. C'est un code modulaire, écrit en C++, qui permet, entre autres, de simuler des évolutions à puissance et à réactivité constantes. <br /><br /><br />Dans un deuxième temps, nous avons entrepris l'étude du combustible MOX ThPu en REP en vue de détérminer des teneurs en plutonium satisfaisant les critères de sûreté et avons quantifié la production d'uranium-233 en fin de combustion. Ceci nous permet de considèrer et de valider différents scénarios de transition du parc français vers un parc de réacteurs isogénérateurs utilisant le cycle du thorium, où l'U-233, aura été produit dans des réacteurs à eau sous pression utilisant du MOX thorié.

La chromodynamique quantique décrit le proton comme étant trois quarks de valence qui baignent dans une mer de paires quarks-antiquarks et de gluons. Un programme expérimental international, dans lequel se place l'expérience PVA4, a pour but de quantifier la contribution des quarks étranges aux distributions de charge et de courant du nucléon. Pour déterminer expérimentalement cette contribution, des expériences de diffusion élastique d'électrons polarisés longitudinalement sur une cible d'hydrogène liquide sont réalisées. Deux types d'interaction interviennent dans ces expériences : l'interaction électromagnétique (échange de photon virtuel), qui domine, et l'interaction faible (échange de boson Z0). La non-conservation de la parité dans l'interaction faible au cours de ces expériences induit une asymétrie du taux de comptage en fonction de l'hélicité des électrons incidents. Une difficulté de ces expériences est qu'elles nécessitent de maîtriser les erreurs systématiques et d'enregistrer de fortes statistiques du fait de la faible asymétrie escomptée (de l'ordre de 10-5 à 10-6 selon l'impulsion transférée). Ce document présente la première séparation de Rosenbluth propre à PVA4 à Q² = 0.23 (GeV/c)². Nous développons le formalisme lié à la violation de parité pour séparer les facteurs de forme étranges. Nous décrivons le dispositif expérimental de PVA4 dédié à la mesure et nous détaillons la technique basée sur la méthode de Monte Carlo pour extraire la contribution étrange. Nous présentons les résultats de l'analyse. Nous montrons alors que la partie électrique étrange est compatible avec la valeur nulle et qu'une contribution non nulle de la partie magnétique étrange est possible.

Mon travail de thèse, concernant les collisions centrales Au+Au entre 40 et 100 MeV/A, se place dans le cadre d'une analyse comprenant le dépouillement et l'interprétation des résultats de la 4ème campagne de mesure du multidétecteur INDRA. La première phase de cette étude, dite de "dépouillement", a permis de reconstruire, à partir des données brutes des deux premiers étages de détection d'INDRA (chambre d'ionisation, Silicium), les énergies cinétiques et la charge des fragments détectés. Pour la première fois, il a été possible de mettre en évidence et de corriger les effets de non-linéarité dans la chaîne d'acquisition <br />d'INDRA. A l'issue de ce travail, je me suis attaché à selectionner les collisions centrales. <br />Pour ce faire, et dans le souci de ne pas biaiser les interprétations physiques résultantes, j'ai mis en oeuvre deux méthodes distinctes: sélection en paramètre d'impact ainsi qu'une analyse en composante principale. Une étude comparative de ces deux outils mathématiques a été entreprise donnant lieu à des résultats très instructifs.<br /><br /><br />L'interprétation des résultats a fait appel à plusieurs types de modèles lesquels impliquant la validité de certaines hypothèses (équilibre thermodynamique, existence d'un volume de "freeze-out"). L'emploi de modèles statistiques (SMM, MMMC) a permis <br />d'extraire la taille du système émetteur, dit "source unique", ainsi que son énergie d'excitation. L'anisotropie des distributions en énergie cinétiques des fragments, a permis de <br />mettre en évidence, en fonction de l'énergie incidente de la collision, une déformation de la source, mais également de reconstruire les énergies thermique et collective entrant en jeu. Une nouvelle comparaison des données à l'aide de modèles dits "dynamique" (QMD,CMD) a été également entreprise. A l'issu de cette étude, des critiques portant sur la validité d'une approche telles SMM ou MMMC ont pu être émises remettant en jeu le fondement de l'interprétation physique du flot collectif couramment employé.

Dans ce travail, nous avons développé une méthode générale pour l'étude spectroscopique des niveaux non liés : la diffusion élastique résonante en cinématique inverse. Cette méthode permet l'utilisation de cibles minces comme épaisses, et l'angle de la mesure est choisi égal à 0° par rapport à la direction de propagation du faisceau. Nous avons utilisé une cible gazeuse mince pour la mesure de la réaction 4He(15O,α)15O, puis une cible épaisse pour 1H(15O,p)15O. La seconde mesure a permis d'obtenir les propriétés (énergie, spin, largeur) des premiers états du noyau non lié 16F, ceci avec une résolution en énergie remarquable. Nous avons exploité ces nouveaux résultats dans le calcul du taux de la réaction 15O(p,β+)16O, que nous avons comparé avec le taux estimé pour la réaction 15O(α,γ)19Ne. Nous avons également considéré pour la première fois l'importance de la queue aux basses énergies d'une résonance dans un noyau non lié. Dans cette partie de la résonance on devrait observer un effet de piégeage par le champ coulombien, favorisant ainsi la décroissance bêta du 16F. Nous avons également mis en évidence la possibilité de peupler favorablement cette partie de la résonance par une transition gamma. Les réactions séquentielles 15O(p,γ)(β+)16O et 15O(p,γ)(p,γ)17Ne sont étudiées pour la première fois, et leur taux est comparé avec le taux estimé de la réaction 15O(α,γ)19Ne. Plusieurs conséquences de ces processus proposé pour la nucléosynthèse dans les novae et les sursauts X sont discutées.

Le code Classical N-body Dynamics (CNBD) est dédié aux simulations de collisions entre systèmes classiques. L'interaction à deux corps employée a les propriétés du potentiel de Van der Waals et dépend de peu de paramètres. Ce travail de thèse suit deux lignes directrices.<br />D'une part certaines approches théoriques supposent que les phénomènes observés lors des collisions d'ions lourds sont d'origine thermique. Pour notre cas classique, nous montrons qu'au contraire la voie d'entrée y joue un rôle important. De plus, les noyaux en collisions sont censés présenter une transition de phase de type liquid-gaz du premier ordre.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la structure des noyaux radioactifs riches en protons. Il se compose de deux parties.<br /> La première partie est consacrée à l'étude de la décroissance Β- particules retardées de 22Al. L'expérience décrite dans cette partie a été réalisée au GANIL sur la ligne LISE3 et a permis de mesurer avec une meilleure précision par rapport aux expériences précédentes, l'énergie des transitions Β-p, Β-2p et Β-Α et leurs rapports d'embranchement ainsi que le temps de vie de 22Al. Pour la première fois les coïncidences entre les particules chargées et les rayonnements Γ ont été mesurées permettant de reconstituer le schéma de décroissance de ce noyau. La comparaison entre les résultats expérimentaux, les calculs de modèle en couches effectués avec le code OXBASH et le noyau miroir 22F a permis de déterminer le spin, la parité et la masse de l'état fondamental de 22Al ainsi que de nouveaux niveaux dans 22Mg. La force de Gamow-Teller déterminée expérimentalement et celle calculée par le modèle en couches en utilisant un opérateur effectif sont en parfait accord à basse énergie d'excitation.<br /> La deuxième partie est consacrée à l'étude de la méthode de la diffusion élastique en cinématique inverse comme outil pour la spectroscopie de noyaux exotiques. Plusieurs simulations ont été réalisées afin d'étudier la faisabilité d'une telle expérience et d'optimiser les paramètres expérimentaux pour obtenir la meilleure résolution en énergie. Des expériences réalisées au GANIL avec des faisceaux stables puis avec un faisceau radioactif ont montré que cette méthode est un outil puissant pour la spectroscopie des noyaux exotiques avec un faisceau radioactif dont les propriétés sont équivalentes à celles des faisceaux prochainement délivrés par SPIRAL.

Le travail de cette thèse porte sur l'étude des systèmes non liés très riches en neutrons 10,12Li et 13Be obtenus par réaction de cassure d'un faisceau de 15B à 35 MeV/nucléon. Les noyaux non liés produits ainsi ne peuvent être détectés en tant que tels, leur décroissance en fragment chargé et neutron intervenant en quelques 10−21 s. Seule une détection en coïncidence permet de reconstruire l'énergie de décroissance des systèmes. L'interprétation des spectres en énergie de décroissance a demandé le développement et l'utilisation d'un code de simulation tenant compte de l'eet du dispositif sur nos mesures et capable de générer les distributions théoriques des états s virtuels et résonants, ainsi que la construction d'un fond non corrélé. La combinaison de ces deux contributions a ensuite été comparée aux données. Cette démarche a été testée et validée pour le système bien connu d'7Heg.s.. Elle nous a, par la suite, permis de révéler la présence d'un état s virtuel de longueur de diffusion as = −10+6 −22 fm et d'un état résonant (`=1) à Er=0,5±0,15 MeV et de largeur ¡=0,25 MeV pour le 10Li, conrmant la poursuite de l'inversion des niveaux º1p1/2 et º2s1/2 déjà observée dans l'isotone moins riche en neutrons 11Be. Pour le système 12Li, la présence d'un état s virtuel de longueur de diffusion as · −3 fm a été postulée. Enn, le pic très étroit et très près du seuil dans le spectre en énergie de décroissance du 12Be+n a été identi é comme étant une conséquence du processus séquentiel 15B!14Be¤(2+)!12Be+n+n, contredisant l'existence d'un état s virtuel dans le 13Be.

La théorie de la QCD (Quantum ChromoDynamics) prédit l'existence d'une nouvelle phase de la matière nucléaire à très haute température. Cette phase, caractérisée par un déconfinement des quarks au sein des hadrons, est appelée QGP (Quark Gluon Plasma). Le spectromètre à muons de l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) a pour but d'étudier les propriétés du QGP aux densités d'énergie extrêmes atteintes dans les collisions d'ions lourds au LHC (Large Hadron Collider). Le système de déclenchement du spectromètre à muons, appelé MUON TRG est, pour une large part, sous la responsabilité du groupe ALICE de Clermont-Ferrand. Il se compose de quatre plans de détecteurs RPC (Resistive Plate Chamber) d'une superficie totale de 140 m2, de 21k voies de lecture et d'une électronique de décision rapide. Il a été conçu afin de reconstruire "en ligne" des traces (muons), dans un environnement présentant un important bruit de fond. Une décision de trigger, pour les "single muons" et les "dimuons", est délivrée toutes les 25 ns (40 MHz) avec un temps de latence relatif à l'interaction proche de 800 ns. Les performances, en particulier celles liées à la décision de trigger, obtenues avec des outils de test dédiés, les évènements cosmiques, les premiers faisceaux d'injection dans le LHC ainsi que les premières collisions proton-proton à √s = 900 GeV seront présentés.