Dans le cadre de la chromodynamique quantique, le nucléon est décrit comme constitué de trois quarks de valence plongés dans une mer virtuelle de paires de quark-antiquark et de gluons. L'étrangeté est la plus légère des saveurs n'ayant pas de contribution de valence. Elle est de ce fait un excellent candidat pour étudier cette mer, dont le rôle bien qu'important reste peu compris. La contribution du quark étrange aux distributions de charge et de magnétisation du nucléon est accessible par des mesures d'asymétries de violation de parité en diffusion élastique d'électrons polarisés sur cible de nucléon. Un programme expérimental mondial, dans lequel se place l'expérience G0, est engagé dans ce but. Cette expérience et l'analyse des résultats de sa première phase aux angles avant constituent l'objet de cette thèse.<br /><br />Ce document présente les motivations physiques et les différentes signatures de l'étrangeté aux propriétés du nucléon (masse, spin, impulsion). Nous développons le formalisme de la sonde électro-faible et de ses facteurs de forme, puis le principe de la mesure d'asymétrie de violation de parité. Suit une description du dispositif expérimental, mis en place dans le Hall C du Jefferson Laboratory (Newport-News, USA) ; celui-ci étant conçu pour mesurer sur un large domaine en quadri-moment transféré de 0.1 à 1 (GeV/c)2 des asymétries de l'ordre de 10-6 avec une précision relative de 5 à 10 %. Nous détaillons ensuite toutes les étapes d'analyse permettant de passer des taux de comptage mesurés à une asymétrie physique de violation de parité, en soulignant le travail mené pour estimer les erreurs systématiques. Les résultats de la première phase aux angles avant, puis leur mise en contexte avec les autres expériences et le cadre théorique sont finalement présentés. Nous montrons alors qu'une contribution non nulle des paires de quark-antiquark étranges est favorisée.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes permettent d'atteindre des conditions expérimentales extrêmes afin de mettre en évidence un nouvel état de la matière. Cet état, qui aurait prévalu au premier instant de notre univers d'après la théorie du Big Bang, est appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). L'expérience PHENIX, un des points d'interaction du collisionneur RHIC au Laboratoire National Brookhaven (USA), a pour objectif d'étudier les traces laissées par le PQG. Les photons insensibles à l'interaction forte représentent alors pour les physiciens un des outils privilégiés de prospection. Les photons gardent donc intacte toute information provenant de la collision. En outre ils sont émis durant toutes les phases de la réaction, phase de formation, phase d'équilibre, phase mixte PQG/hadrons, phase de gaz hadronique jusqu'à l'hadronisation complète du système (freeze-out). La difficulté réside dans la séparation de toutes ces sources. Dans ce mémoire, ce sont les photons directs à valeurs élevées en impulsion transverse émis par processus partoniques durs qui nous intéresse. Dans ce domaine en impulsion, le bruit dû à d'autres sources photoniques (notamment la décroissance électromagnétique du pion neutre) est diminué. Le travail de cette thèse se focalise sur des systèmes légers p+p qui permettrons une comparaison à des systèmes plus lourds Au+Au où la formation du PQG est supposée. Également une nouvelle méthode (SICA, Spectroscopic Isolation Cut Analysis) de différentiation des diverses sources photoniques est présentée. Le résultat principal, en plus d'autres spectres en impulsion transverse, est une nouvelle référence pour le taux de production de photons directs dans les collisions p+p à 200 GeV. Le spectre extrait par SICA est comparé aux résultats d'autres analyses de la sonde photonique ainsi qu'aux calculs pQCD.

Au cours du traitement d'une tumeur avec des ions légers, la position du pic de Bragg doit être connue avec précision. Une fraction importante des ions incidents subissent des collisions nucléaires avec les noyaux cibles conduisant à l'émission de particules promptes qui peuvent être porteuses d'informations sur le parcours des ions. Ce travail, qui se concentre sur les gamma prompts, montre que le rendement en profondeur de ces émissions est fortement corrélé au parcours des ions et que les taux de comptage mesurés permettent d'envisager un système d'imagerie réaliste, fonctionnant en temps réel. Dans ce but, nous avons réalisé des expériences au GANIL et au GSI avec un détecteur collimaté placé perpendiculairement à l'axe du faisceau et la technique du temps de vol a été utilisée pour réduire le bruit de fond induit par les neutrons et les particules chargées. Des simulations Geant4 ont été réalisées pour concevoir le dispositif expérimental et interpréter les données. Un accord qualitatif entre les simulations et l'expérience est observé pour la quantité d'énergie déposée dans le détecteur et pour la forme du spectre de temps de vol. Cependant, des divergences apparaissent pour le rendement de gamma prompts et la distribution en profondeur des gamma détectés. Ces divergences sont discutées, principalement en termes de modèles de physique nucléaire qui doivent être améliorés. Après avoir sélectionné les modèles physiques offrant les simulations les plus en accord avec les mesures, des études concernant les lieux d'émissions des gamma prompts et l'influence de la diffusion dans la cible ont été réalisés afin de déterminer l'impact sur la corrélation avec le parcours des ions.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse consiste au développement d'un modèle Hartree-Fock-Bogoliubov relativiste en symétrie axiale. Pour la première fois, un modèle de type champ moyen autocohérent relativiste incorporant explicitement les contributions d'échange est à même de décrire les noyaux atomiques déformés et superfluides. Le choix d'une formulation covariante n'est en aucun cas lié au besoin d'une cinématique nucléaire relativiste mais à l'exploitation des symétries de Lorentz. En particulier, le maintien d'une distinction entre scalaire de Lorentz et composante temporelle des 4-vecteurs est source d'efficacité et de simplification en ce qui concerne la description des systèmes nucléaires. Dans ce cadre, les nucléons sont considérés comme des particules ponctuelles représentées par un spineur de Dirac. Leur interaction dans le milieu nucléaire est decrit en terme d'échange de mésons effectifs. La dynamique de ces degrés de liberté est spécifiée par une densité lagrangienne phénoménologique, caractérisée par huit paramètres libres contraints par l'ajustement sur la masse de noyaux sphériques ainsi que par la reproduction de propriétés de la matière nucléaire. Une fonctionnelle de la densité pour l'énergie s'obtient à partir de la densité lagrangienne traitée dans l'approximation Hartree-Fock-Bogoliubov. En particulier, la prise en compte explicite des termes d'échange permet l'introduction du pion, qui ne contribue que par son terme de Fock à l'échelle du champ moyen. La minimisation de la fonctionnelle de la densité pour l'énergie conduit aux équations Hartree-Fock-Bogoliubov relativistes considérées en symétrie axiale. Ces dernières sont résolues dans une base d'oscillateur harmonique déformé. Le modèle ainsi développé est utilisé pour décrire l'état fondamental des isotopes de carbone, néon et magnésium.

Les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium sont en développement en vue d'assurer une quatrième génération de réacteurs répondant à la demande énergétique, tout en assurant la préservation des ressources d'uranium par un fonctionnement en surgénérateur. L'objectif de la filière est également d'améliorer la gestion de la radiotoxicité des déchets produits par transmutation des actinides mineurs et de contrôler la non-prolifération par un fonctionnement en cycle fermé. Une instrumentation de surveillance et de contrôle de ce type de réacteur a été étudiée dans cette thèse. La spectrométrie gamma de nouvelle génération permet, par les hauts taux de traitement aujourd'hui accessibles, d'envisager de nouvelles approches pour suivre avec une précision accrue la puissance neutronique et de détecter plus précocement des ruptures de gaine combustible. Des simulations numériques ont été réalisées et une campagne d'essai a été menée à bien sur le réacteur Phénix de Marcoule. Des perspectives prometteuses ont été mises en exergue pour ces deux problématiques.

L'évolution des nombres magiques en fonction du nombre de neutrons est aujourd'hui un axe de recherche majeur en physique nucléaire. Cette évolution qui se traduit par des modifications profondes de la structure de ces noyaux exotiques, se manifeste expérimentalement par des changements rapides de collectivité et de forme. Dans cette thèse nous avons étudié les noyaux situés autour du 68Ni produits par collisions dites profondément inélastiques au GANIL. Les noyaux d'intérêts ont été sélectionnés et identifiés grâce au spectromètre VAMOS. Les rayonnements gamma permettant d'étudier leur structure ont été détectés par EXOGAM autour du point cible ainsi que par un dispositif spécifique installé au plan focal de VAMOS afin d'identifier les isomères pour une des deux expériences. Dans la première, nous avons observé un nouvel état isomère dans le 68Ni dont la configuration basée sur un état intrus proton nous renseigne sur les effets de couches Z=28 et N=40. De nouvelles transitions ont également été identifiées dans les noyaux de Co, Fe et Mn de masse impaire. Dans la seconde expérience, nous avons mesuré la durée de vie des premiers états excités des noyaux 63,65Co en utilisant une méthode utilisant l'effet Doppler. La mesure de ces temps de vie nous permet d'accéder aux probabilités de transitions électromagnétiques, donc à la collectivité. Des comparaisons avec différents modèles théoriques (modèle en couches et champs moyen) nous permettent d'aller plus loin dans l'interprétation et d'avoir des informations supplémentaires sur l'interaction entre les protons et les neutrons ainsi que sur l'évolution de la collectivité dans cette région de masse.

Le travail réalisé dans ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre d'une expérience effectuée à l'institut Paul Scherrer (PSI) et dédiée à la mesure du moment dipolaire électrique du neutron (nEDM). Une sensibilité de 1027 e.cm est attendue à la fin 2013. La mesure est réalisée avec des neutrons ultra-froids (UCN) polarisés. Pour ce faire, de nouveaux systèmes de polarisation, de transport et d'inversion de spin ont été réalisés. Leur étude est présentée dans ce mémoire. Ils sont actuellement utilisés auprès de l'expérience. Grâce à des mesures de champs magnétiques effectuées sur le spectromètre, des simulations de champs réalisées avec les codes Radia et Maentouch, ainsi qu'à des simulations Monte-Carlo effectuées avec le code Geant4, l'efficacité du dispositif de polarisation a été calculée. L'efficacité mesurée en direct est de 88.5 0.3%, soit légèrement moins que la valeur attendue de 95%. Par ailleurs, la prise de données préliminaire effectuée en octobre 2011 a permis de déterminer certains des paramètres fondamentaux de l'expérience, tel les constantes de temps de remplissage, de stockage et de dépolarisation longitudinale du spectromètre. Ces paramètres sont encourageants pour la suite de l'expérience.

Ce travail de thèse se compose d'une partie théorique et d'une partie expérimentale. Nous combinons et utilisons les codes de transport de haute énergie LAHET, de basse énergie MCNP et le code d'activation CINDER. Nos calculs de validation des codes montrent que LAHET néglige la dissociation coulombienne du deutéron. En ajoutant cette contribution, nous obtenons un bon accord avec les données. Nous concluons également que LAHET reproduit bien la production d'isotopes si le modèle de fission ORNL est utilise pour des cibles avec z > 90. Le modèle de fission RAL donne des distributions isotopiques trop larges et ne reproduit pas les données en valeur absolue. Nous examinons différentes combinaisons de faisceaux (projectile, énergie), de cibles de spallation et de cœur de réacteur pour la production de neutrons, l'amplification d'énergie et la production de faisceau radioactif par fission. Nous montrons que les réactions (d, xn) pourraient apporter un certain nombre d'avantages importants, comparées aux réactions (p, xn). Nous concluons que l'utilisation de deutérons au lieu de protons devrait conduire a des intensités de faisceau primaire plus élevées, a un prix réduit du système et a moins de problèmes de radioprotection. Dans le projet SPIRAL Phase-II au GANIL, nous proposons la combinaison d(100 MeV)+Be→xn+U pour une production optimum de noyaux riches en neutron dans la région de masse 75≤A≤160. Cependant, la production de gaz de tritium dans la cible de conversion devrait être soigneusement étudiée. Nous prouvons également que l'utilisation des cibles de conversion de métal plus lourd peut poser des problèmes de radioprotection plus graves. Notre travail expérimental est directement relié aux investigations théoriques. Nous mesurons les distributions en énergie de protons produits par des deutérons de 100 et de 200 MeV sur 8 cibles minces (Be, C, Al, Ni, Nb, Ta, Pb et U) et dans la région angulaire 8° ≤ θp ≤ 120°. Les deux expériences ont été réalisées au LNS (Saclay, france) et au NAC (Faure, Afrique du Sud). Les données de bonne qualité (10% en valeur absolue et un seuil en énergie de 4-8 MeV) sont bien reproduites par le modèle LAHET amélioré pour les réactions (d, xp) et, par conséquent, pour les réaction (d, xn).

Les verres bioactifs permettent de combler les défauts osseux lors d'applications cliniques. Nous avons élaboré par sol-gel plusieurs verres bioactifs, parmi lesquels des verres dopés en Sr. La bioactivité des verres est avérée : au contact d'un milieu biologique, une couche Ca-P se forme rapidement en surface de nos matériaux. La caractérisation de l'interface verre/ milieu biologique par faisceau d'ions démontre que le verre binaire est le plus rapide en ce qui concerne la dissolution de la matrice et l'apparition de la couche Ca-P. Pour les verres contenant du P, ces phénomènes sont retardés, mais la couche Ca-P-Mg se développe vite en une couche apatitique. Pour les verres dopées en Sr, la couche Ca-P-Mg se forme sur une profondeur réduite. Néanmoins elle évolue plus vite en apatite. De plus la présence de Sr à l'interface verre/ liquide et dans le milieu biologique pourrait résulter, grâce aux effets bénéfiques du Sr sur l'activité cellulaire, en une bioactivité améliorée in vivo

L'étude des corrélations dans les noyaux légers riches en neutrons est importante pour comprendre leur structure. Dans cette optique, la réaction de dissociation de l'$^{8}$He à 15 MeV/nucléon sur cible de carbone a été étudiée pour la voie $^{6}$He+2n. Le dispositif expérimental était composé de deux détecteurs principaux : le télescope CHARISSA pour la détection des fragments chargés et DéMoN, permettant la détection de plusieurs neutrons en coïncidence. Un code de simulation a été développé pour faciliter l'interprétation des résultats en modélisant les corrélations, la réaction et le dispositif expérimental.<br />Deux techniques complémentaires ont été utilisées pour étudier les corrélations dans la dissociation de $^{8}$He. L'une, l'interférométrie d'intensité, permet de construire la fonction de corrélation neutron-neutron et de fournir une première estimation de la taille de la source d'émission, donc la distance moyenne les séparant. L'autre, basée sur les tracés de Dalitz, permet l'étude des corrélations neutron-neutron et coeur-n et a mis en évidence la décroissance séquentielle de l'$^{8}$He vers l'état fondamental résonant de l'$^{7}$He. Les caractéristiques spatio-temporelles de la dissociation de l'8He sur cible de carbone ont donc pu être déduites et la distance moyenne RMS entre deux neutrons de valence de l'$^{8}$He dans les états excités du continuum a été estimée à 7,3[=+]0,6 fm pour un temps d'émission entre ces neutrons de 1 000[=+]300 fm/c, de l'ordre de grandeur de la durée de vie de l'$^{7}$He.