Les systèmes de planification dosimétrique utilisent pour calculer le dépôt de dose dans l'être humain d'une part une description des tissus basée sur l'imagerie scanographique et d'autre part une description de l'interaction du faisceau reposant sur une équivalence eau des tissus, à laquelle peut s'ajouter un facteur de diffusion. Du fait du type de rayonnement et de l'énergie utilisés en scanographie, les nombres CT doivent être convertis en facteurs d'équivalence eau avant d'être utilisés par le système de planification.<br />Une détermination par simulation GEANT4 du facteur d'équivalence eau en fonction des nombres CT est proposée. Les facteurs de 77 tissus humains ont été déterminés pour un faisceau de protons de 135 MeV et de 12C de 290 MeV/A et comparés à ceux rapportés dans la littérature. Aux erreurs de détermination (<1.5%) s'ajoutent les incertitudes liées à l'acquisition des nombres CT, ces dernières pouvant atteindre 2%.<br />Les facteurs d'équivalence eau ont ensuite été utilisés pour convertir les courbes d'énergie déposée obtenues dans un tissu à celles obtenues dans l'eau et inversement. Ces courbes d'énergie déposée recalées ont été comparées aux courbes d'énergie déposée issues de la simulation. Pour les deux faisceaux, un accord en position inférieur à 0.5 mm est atteint. Des différences selon les tissus apparaissent au niveau de l'énergie maximale déposée. Elles peuvent atteindre 3% pour les tissus osseux et le faisceau de protons et varient entre 1.5% et 3.5% pour le faisceau de 12C, quel que soit le tissu. Une amélioration significative des recalages de l'énergie déposée en deux dimensions est obtenue en introduisant un facteur supplémentaire permettant de corriger de la diffusion.

Au cours de cette thèse, un moniteur de faisceaux balayés d'ions a été développé pour mesurer en ligne des distributions spatiales de fluence. Ce moniteur contient une chambre d'ionisation, des capteurs à effet Hall et un scintillateur. La chambre d'ionisation placée entre la sortie du faisceau et l'expérience mesure le débit d'ions. Les capteurs à effet Hall placés près des aimants de balayage du faisceau permettent de localiser le spot. Le scintillateur est couplé à un tube photomultiplicateur pour réaliser l'étalonnage de la chambre d'ionisation et à un système d'imagerie pour étalonner les capteurs à effet Hall.<br />Ce moniteur a été développé pour contrôler les faisceaux d'une salle du GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) accueillant des expériences de radiobiologie dans le cadre de la recherche en hadronthérapie. En effet, cette nouvelle technique de traitement du cancer par irradiation d'ions nécessite la connaissance précise de la relation entre la dose administrée à des échantillons biologiques et les effets induits. Pour mener à bien ces études, il est impératif de contrôler en ligne la fluence.<br />Le moniteur a été testé avec différents faisceaux au GANIL. Il permet de mesurer la fluence avec une précision relative de ±4% sur une gamme de débit de dose allant de 1mGy/s à 2Gy/s. Installé à demeure sur les lignes dédiées à la radiobiologie au GANIL, ce moniteur permettra de contrôler les distributions spatiales de fluence pour chaque irradiation.<br />Le scintillateur et le dispositif d'imagerie sont également utilisés pour contrôler la position, la forme du spot et l'énergie de différents faisceaux tels que ceux utilisés en hadronthérapie.

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La décennie passée a vu une forte évolution de l'étude de la structure des hadrons par les processus exclusifs, permettant d'accéder à une description plus complète de cette structure. Les processus exclusifs incluent la diffusion Compton profondément virtuelle, ainsi que la production exclusive de mesons à haute énergie. Ce document s'attache particulièrement à ce dernier, et plus particulièrement à la production exclusive de pions neutres. Cette thèse décrit l'analyse des événements en triple coïncidence H(e,e'gamma gamma)X, qui fut un sous produit abondant de l'expérience DVCS qui a eu lieu durant l'automne 2004 dans le Hall A au Jefferson Laboratory, afin d'extraire la section efficace de ep → epπ0 . Cette section efficace a été mesurée à deux valeurs de quadrimoment de tranfert Q2 =1.9 GeV2 et Q2 =2.3 GeV2 . La précision statistique accomplie pour ces mesures est meilleure que 5 %. Le domaine cinématique permet d'étudier l'évolution en Q2 et en W de la section efficace. Ces résultats ont été comparés avec des calculs inspirés de la phénoménologie de Regge, ainsi qu'avec les prédictions du formalisme des distributions de partons généralisées. Une interprétation dans le cadre de la diffusion profondément inélastique semi-inclusive est également discutée.

Les étoiles à neutrons sont le résidu d'étoiles massives et sont formées lors de la supernova qui marque de la fin de leur vie. Avec un rayon d'une dizaine de kilomètres pour une masse de une à deux fois celle du Soleil, elles sont des corps très denses et relativistes, supportés par l'interaction forte. Cette thèse traite de la modélisation théorique de trois aspects de la dynamique et de l'évolution des étoiles à neutrons : l'évolution thermique des étoiles à neutrons isolées et de celles accrétant de la matière d'une étoile compagnon, l'influence des propriétés élastiques de leurs parties solides sur la rotation des étoiles à neutrons isolées et l'évolution de la rotation des étoiles à neutrons accrétantes. La confrontation avec les observations permet de sonder les propriétés de la matière à haute densité.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et DO dans les collisions proton-antipronton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie tranverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées entre juillet 2006 et août 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1, qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse fut consacrée au système de déclenchement du détecteur D0 et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements basés sur la présence de jets et d'énergie tranverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est 7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)+-0,45(lumi)pb. Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta,mH+-) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

Cette thèse consiste en une étude préparatoire de la mesure du rapport alpha de l'233U entre 1eV et 10keV, facteur nécessaire pour calculer le pouvoir de régénération de réacteurs basés sur le cycle 232Th/233U. Cette mesure peut être effectuée au LPSC, sur la plateforme PEREN qui est composée d'un spectromètre à temps de ralentissement au plomb couplé à un GEnérateur de NEutrons Pulsé Intense (GENEPI). Les taux de capture et de fission sont mesurés grâce à 8 scintillateurs YAP utilisés en coïncidence et entourant une chambre à fission. Des mesures préliminaires sur l'235U ont présenté un rapport signal sur bruit très faible malgré les améliorations successives apportées. Les contributions du bruit de fond ont été comprises et quantifiées expérimentalement et via des simulations (MCNP et GEANT4). Il est cependant indispensable d'améliorer le rapport signal sur bruit d'au moins un ordre de grandeur pour obtenir la capture d'un élément fissile sur un tel dispositif expérimental.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit porte sur l'étude de la fragmentation du 12C à 95 MeV par nucléon par collision nucléaire avec des cibles épaisses de PMMA. Cette étude est motivée par le développement d'une nouvelle technique d'irradiation des tumeurs cancéreuses : la thérapie par ions carbone ou hadronthérapie. L'objectif est de comparer des mesures expérimentales de fragmentation avec des simulations GEANT4 afin de tester différents modèles nucléaires. Le but recherché est de déterminer si les modèles sont suffisamment prédictifs au regard des critères exigés en hadronthérapie : 3% d'incertitude sur le dépôt de dose en fin de parcours. Pour atteindre cet objectif, une première expérience a été réalisée au GANIL avec un faisceau de 12C à 95 MeV par nucléon et des cibles épaisses de PMMA. Cette expérience a permis d'obtenir les taux de production, les distributions angulaires et énergétiques des différents fragments produits lors des collisions nucléaires. Des comparaisons entre ces données expérimentales et les résultats simulés obtenus par le modèle de cascade binaire intra-nucléaire (BIC) et le modèle de dynamique moléculaire quantique (QMD) disponibles dans GEANT4 ont été effectuées. Ces comparaisons font ressortir l'inaptitude des modèles testés à reproduire la fragmentation du carbone à 95 MeV par nucléon avec la précision requise en hadronthérapie.

La structure nucléaire connaît une véritable renaissance liée au développement des faisceaux d'ions radioactifs (tels les faisceaux SPIRAL 1 et 2 au GANIL). Les méthodes de champ moyen et/ou de fonctionnelle de la densité sont parmi les outils les plus généraux et les mieux adaptés pour étudier les noyaux qui sont produits auprès de tels instruments. Le but du travail présenté est de montrer comment les fonctionnelles existantes peuvent être améliorées afin d'avoir un meilleur pouvoir prédictif dans les régions encore peu explorées de la carte des noyaux. Il est en particulier proposé de mieux modéliser la dépendance en isospin de l'interaction effective, et l'intérêt d'y ajouter un couplage de type tensoriel est étudié. Nous mesurons également l'apport de calculs au-delà de l'approximation du champ moyen lors de la construction de la fonctionnelle. Finalement, nous tentons d'établir le lien avec l'interaction nue entre nucléons pour la description de l'appariement, participant ainsi au développement d'une fonctionnelle non-empirique.

Les cibles actives sont des outils parfaitement adaptés à l'étude des réactions induites par les faisceaux d'ions radioactifs de très basse intensité. Elles permettent en outre d'étudier simultanément les réactions directes et celles qui sont pour lesquelles un noyau composé est formé. La cible active MAYA, développée au GANIL, a été utilisée afin d'étudier les réactions induites par un faisceau de 11Li de 4.3A MeV, auprès de l'accélérateur ISAC2, à TRIUMF (Canada). Les distributions angulaires pour les réactions de diffusion élastique et de transfert d'un et deux neutrons ont ainsi été reconstruites. La distribution angulaire de la réaction de diffusion élastique montre une augmentation de l'absorption du flux par rapport aux noyaux voisins. Une analyse en canaux couplés pour la réaction de transfert de deux neutrons, pour différents modèles à trois corps, a permis d'extraire des informations sur la spectroscopie du halo du noyau borroméen 11Li. En parallèle, nous avons étudié la dépendance en énergie de la réaction de diffusion élastique en utilisant la cible active MAYA comme cible épaisse. Le spectre extrait montre une résonance vers 3 MeV centre de masse. Cette résonance pourrait être un état isobarique analogue du 12Li, observé dans le 12Be. Nous avons procédé à des calculs en matrice R afin d'extraire les paramètres (spin et parité) de cet état.