La cassure nucléaire en tant qu'outil pour sonder les corrélations entre les nucléons du noyau a été étudiée d'un point de vue théorique et expérimental.<br />Une théorie, appelée Time Dependant Density Matrix (TDDMP), basée sur une approche de champ moyen et prenant en compte les corrélations à deux corps a été développée. Elle permet de décrire l'évolution dynamique d'un noyau corrélé, notamment pour le mécanisme de cassure nucléaire. Cette étude montre que les distributions en angle relatif des nucléons émis sont très différentes pour des corrélations initiales différentes : deux nucléons dans une configuration spatiale proche donnent lieu à une émission de neutrons avec un petit angle relatif, alors qu'une configuration où les nucléons sont éloignés conduit à de grands angles relatifs.<br />L'6He, noyau borroméen, présente de fortes corrélations entre les deux neutrons de son halo. Deux configurations dominantes sont prédites pour l'état fondamental de ce noyau : la configuration di-neutron (où les deux neutrons sont proches) et la configuration cigare (où les deux neutrons sont de part et d'autre du coeur).<br />La cassure nucléaire de l'6He sur cible de 208Pb a été réalisée au GANIL avec un faisceau SPIRAL : les noyaux d'4He issus de la cassure étaient détectés à l'aide d'un Silicium à pistes couplé à un Silicium-Lithium, et les neutrons à l'aide des détecteurs EDEN et du mur à Neutrons (Neutron Wall) afin d'avoir une large couverture angulaire.<br />Les fonctions de corrélation extraites des données montrent la présence de fortes corrélations à petit angle relatif mais aussi à grand relatif, qui peuvent être attribuées respectivement à la configuration di-neutron et à la configuration cigare. L'état fondamental de l'6He serait donc constitué par une superposition de ces deux configurations.

Un concept innovant de réacteurs nucléaires à sels fondus, le Thorium Molten Salt Reactor (TMSR), a été défini au LPSC Grenoble. Le présent mémoire porte sur les études, optimisations et caractérisations réalisées sur les configurations en spectre rapide de ce concept, appelées ‘TMSR non modérés' ou TMSR-NM, très prometteuses. Le cœur est un simple cylindre dans lequel circule un sel fluore contenant du LiF et le combustible. Nos études portent sur les caractéristiques de ces réacteurs en termes de sûreté, inventaire fissile, retraitement chimique, production de déchets et capacité de régénération et de déploiement. Un tel réacteur présente maints avantages intrinsèques permettant un fonctionnement simple et sûr en cycle du combustible Thorium, ainsi que l'utilisation de divers éléments fissiles au démarrage tels l'233U, 235U ou les transuraniens issus des réacteurs actuels. Ceci permettrait une transition optimisée vers le cycle Thorium tout en fermant le cycle actuel.

Cette thèse se propose d'étudier la thermodynamique de la matière nucléaire qui constitue l'écorce des proto-étoiles et étoiles à neutrons. Une connaissance détaillée des propriétés thermodynamiques de la matière d'étoile est nécessaire afin d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques impliqués dans le refroidissement des proto-étoiles, et dans la formation de supernovae de type II. L'un des objectifs fondamentaux est d'extraire le diagramme des phase de la matière d'étoile afin de déterminer si celui-ci présente des instabilités et/ou des points critiques. Le travail présenté ici se divise en deux parties, une première portant sur des approches classiques, et une seconde sur une approche quantique. Les approches classiques sont basées sur le modèle d'Ising et le groupe de renormalisation. Elles vont nous permettre d'obtenir des informations qualitatives sur la phénoménologie des transitions de phase de la matière d'étoile, et de discuter l'influence de la frustration Coulombienne sur le diagramme des phases. L'approche quantique est basée sur un modèle de dynamique moléculaire fermionique que nous avons dérivé à partir du formalisme de la fonctionnelle de la densité, et implémenté numériquement avec des forces de Skyrme optimisée pour la matière riche en neutrons. Le travail de cette thèse montre des premières applications à l'étude thermodynamique de systèmes finis, et à des calculs de structure nucléaire pour des noyaux légers. Nous proposerons également une ébauche du formalisme qui permettra à terme de traiter numériquement le problème quantique de la matière infinie d'étoile à l'aide du modèle de dynamique moléculaire.

L'expérience de physique nucléaire GRAAL installée à Grenoble auprès du synchrotron européen (ESRF) produit, par rétrodiffusion Compton, un faisceau de gammas polarisés linéairement ou circulairement. <br /><br />Les caractéristiques d'un tel faisceau rendent possible l'étude des réactions de photoproduction de mésons pseudoscalaires (pion, eta, kaon) dont certains aspects théoriques sont explicités dans le cadre de cette thèse. <br /><br />Une description précise des programmes d'analyse permet de comprendre le traitement complet des informations depuis l'acquisition des données jusqu'à la présentation des premiers résultats expérimentaux sur l'asymétrie Sigma du faisceau pour les réactions gamma + p -> p + X (X = pi, eta) dans le domaine d'énergie situé entre 700 et 1100 MeV. <br /><br />Des méthodes d'extraction des observables de polarisation de la réaction gamma + p -> K+ + Lambda ont été mises au point à partir de la simulation Monte Carlo. La reproduction précise des trois observables de simple polarisation (P, Sigma, T) et des quatre observables de double polarisation faisceau-recul (Ox, Oz, Cx, Cz), pour un ensemble de données correspondant à 100000 réactions gamma + p -> K+ + Lambda, montre que ces quantités peuvent être mesurées dans l'expérience GRAAL.

L'imagerie médicale fonctionnelle permet de localiser en trois dimensions la position d'un traceur radioactif injecté au préalable à un patient. Les deux principales modalités employées en routine clinique pour détecter les tumeurs, la TEMP et la TEP, utilisent la technologie des scintillateurs solides comme milieu de détection des photons gamma.<br />Le but de cette thèse a été d'étudier la possibilité d'utiliser du xénon liquide, les propriétés intrinsèques de ce scintillateur en faisant un candidat intéressant pour une application en imagerie fonctionnelle. L'étude de faisabilité a été réalisée en tenant compte des difficultés techniques inhérentes à l'utilisation du xénon liquide. <br />Tout d'abord, des simulations d'une TEP au xénon liquide ont été menées à l'aide de méthodes Monte-Carlo. Les résultats obtenus avec un grand volume de détection laissent envisager une réduction de l'activité de radioélément injectée au patient ainsi qu'une amélioration de la résolution spatiale de l'image et une suppression de l'effet de parallaxe.<br />La seconde partie de cette thèse s'est portée sur un nouveau concept d'imagerie médicale à trois photons, basée sur l'utilisation de scandium 44. Associé à une camera TEP classique, le télescope Compton est chargé de mesurer la direction d'arrivée du troisième gamma par triangulation. Il est alors possible de reconstruire directement la position de l'émetteur dans les trois dimensions. <br />Ces travaux ont convaincu la communauté scientifique d'accompagner la construction et la caractérisation d'un télescope Compton au xénon liquide. La première caméra dédiée a l'imagerie du petit animal devrait ainsi voir le jour a l'horizon 2009.

La forme du noyau est une caractéristique fondamentale de la matière nucléaire. Les isotopes légers pairs-pairs du krypton possèdent la surprenante propriété de présenter deux minimas pour leur énergie potentielle correspondants à deux déformations opposées. Alors que l'état fondamental 0+ peut avoir une déformation allongée ou aplatie, un second minimum aplati ou allongé respectivement, se dessine à une énergie inférieure à 1 MeV. Un tel phénomène est appelé coexistence de formes. Une première indication expérimentale est l'observation du second minimum correspondant à un état 0+ excité. Celui-ci a été observé tout au long de la chaîne du krypton. Un calcul de mélange des configurations allongée et aplatie met en évidence un changement de forme important de l'état fondamental en fonction du nombre de neutrons. Celui-ci serait de déformation allongée pour les 76,74Kr et deviendrait aplati pour le 72Kr. Une mesure directe de la déformation de ces noyaux est l'étape indispensable pour confirmer ces hypothèses. Une série d'expériences d'excitation Coulombienne auprès du dispositif SPIRAL associé au multi-détecteur EXOGAM au GANIL a été réalisée. Lors de ces expériences, la statistique était suffisante pour extraire les moments quadripolaires intrinsèques de ces noyaux grâce au code GOSIA. Ils établissent le caractère allongé de l'état fondamental et un état excité aplati conformément au scénario de coexistence de formes. Une mesure par « plunger » des temps de vie des états excités complète cette étude. Une expérience a été réalisée à haute énergie auprès du spectromètre LISE au GANIL permettant une première estimation de la collectivité du noyau de 68Se qui présenterait les mêmes propriétés. L'ensemble des résultats obtenus est comparé à des calculs théoriques de type HFB+Sly6+GCM.

Dans le cadre de la spectrométrie Gamma, on s'intéresse à la caractérisation des éléments radioactifs d'une source à partir des photons gamma émis par cette dernière. A des taux de comptage élevés, des perturbations liées à l'aspect stochastique du signal étudié sont susceptibles de gêner l'identification des éléments radioactifs. En particulier, les arrivées aléatoires des photons sont susceptibles de produire des empilements. Ce phénomène introduit une distortion du spectre en énergie, notamment l'apparition de faux pics multiples et une distortion du continuum Compton qui peut masquer des pics de faible intensité.<br /><br />L'objectif de cette étude est de corriger les distortions des spectres en énergie causées par les empilements d'impulsions photoniques. Nous nous plaçons pour cela dans un cadre non-paramétrique ; nous établissons une relation non-linéaire entre la loi des observations et la densité de probabilité que l'on cherche à estimer. Elle permet de considérer ce problème dans le cadre de la déconvolution non-linéaire de densités et de l'estimation non-paramétrique à partir de mesures indirectes.<br /><br />A partir de cette relation, nous proposons un estimateur obtenu par inversion directe. Nous montrons que cet estimateur est consistant et que sa vitesse de convergence au sens de la norme L2 est proche des vitesses non-paramétriques usuelles.<br /><br />Nous illustrons ces aspects par des résultats numériques obtenus sur des simulations et des spectres en énergie obtenus à partir du système ADONIS développé par le CEA Saclay. Nous montrons que les distortions dues aux empilements d'impulsions photoniques sont bien corrigées par les algorithmes dérivant de nos estimateurs.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes offrent la possibilité de créer des conditions de température et de densité suffisantes pour conduire la matière nucléaire à un état de partons déconfinés appelé le plasma de quarks et de gluons. <br />La production des baryons étranges est l'une des observables essentielles pour la compréhension des mécanismes opérant dans le milieu. <br />De plus, certaines prédictions théoriques envisagent la possibilité de production de dibaryons étranges, particules encore hypothétiques, dont la preuve de l'existence aurait des conséquences importantes en physique nucléaire et en astrophysique. <br />Les expériences STAR et, bientôt, ALICE, installées respectivement auprès des collisionneurs RHIC et LHC, rendent accessible la recherche des baryons et des dibaryons étranges.<br /><br />Une simulation consacrée au dibaryon métastable $\rm {H^0}$ dans son mode de désintégration $\Lambda p \pi^-$ a permis de calculer la sensibilité de STAR à une telle particule. La recherche de ce $\rm {H^0}$ ainsi que celle de la résonance $\Xi^-p$ ont été menées dans les données Au+Au de STAR aux énergies de $\sqrt{s_{NN}}=62.4$ et $200~GeV$.<br /><br />Dans le cadre de la préparation aux premières données Pb+Pb de l'expé-rience ALICE, plusieurs simulations ont permis d'estimer les performances du détecteur quant à l'identification des baryons étranges $\Lambda$, $\Xi$ et $\Omega$. Afin de favoriser leur efficacité de reconstruction dans une large gamme d'impulsion transverse tout en gardant un rapport S/B raisonnable, l'influence des sélections géométriques et de la taille de la zone de reconstruction a été soulignée. Par ailleurs, la sensibilité d'ALICE à l'identification des dibaryons étranges métastables ${\rm H^0}$ et $(\Xi^0p)_b$, ainsi que celle de la résonance $\Lambda\Lambda$, a été calculée.

Les excitations dans les systemes superfluides sont decrites a l'aide du<br />formalisme QRPA, qui repose sur la theorie de la fonctionnelle de la<br />densite. Les effets du continuum dans les noyaux proches de la drip-line<br />sont etudies. Experimentalement, l'etude de la magicite a l'aide de la<br />diffusion de protons est rendue possible grace a une methode utilisant le<br />dectecteur MUST. Les densites de transition calculees, permettent de<br />reproduire les distributions angulaires sur une chaine isotopique.<br />Finalement, l'etude des etats collectifs est applique au processus r, a la<br />croute des etoiles a neutrons, aux pieges d'atomes fermioniques et aux<br />rayons cosmiques de ultra-haute energie.

L'étude concerne l'analyse de deux réactions en cinématique inverse $^{93}$Nb+$^{24}$Mg et $^{93}$Nb+$^{27}$Al à 30 A.MeV.<br />Les différentes voies de désexcitation du système composite sont étudiées en fonction de la violence des collisions et les sources expérimentales sont reconstituées. Leur décoissance est étudiée à l'aide de deux modèles statistiques : Gemini, basé sur des décroissances binaires séquentielles et SMM basé sur la cassure soudaine du système.