L'expérience ALICE auprès du LHC se propose d'étudier le passage de la matière du gaz de hadrons vers l'état de Plasma de Quarks et de Gluons où les partons sont déconfinés. Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes présentent en effet la possibilité de créer des conditions de température et de pression extrêmes, nécessaires au déconfinement de la matière. Dans le cadre de cette étude, les collisions élémentaires proton-proton sont d'une importance certaine puisqu'elles constituent une référence hadronique. L'objectif de cette thèse a été de préparer l'étude des mécanismes de production des baryons et mésons étranges dans les collisions proton-proton aux énergies du LHC par la mesure des lambda et K0s avec ALICE. Les particules étranges constituent un outil majeur pour sonder la matière créée. Le comportement du rapport lambda/K0s aux impulsions transverses intermédiaires dans les collisions proton-proton à haute énergie, étudié au travers de différents modèles théoriques, pourrait également signer la présence de phénomènes collectifs, phénomènes jusqu'alors uniquement observés dans les collisions d'ions lourds.

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.

Ce travail porte sur l'étude d'isotopes de cesium (118,146Cs) et de francium (207-213Fr et 220-228Fr) par spectroscopie atomique hyperfine et sur l'interprétation de ces résultats du point de vue nucléaire. Les grandeurs nucléaires mesurées sont : le spin, le moment magnétique, le moment quadrupolaire électrique et le rayon carré moyen de charge. La technique employée, basée sur le pompage optique hyperfin à l'aide d'un laser accordable, puis la sélection magnétique des atomes est décrite dans la première partie. Les résultats de ces mesures atomiques y sont également présentés. Dans la seconde partie, ces résultats sont interprétés dans le cadre de modèles nucléaires. Les déformations des isomères des césiums légers sont comparées aux valeurs obtenues par un calcul théorique auto-consistant. Les isotopes de francium lourds se trouvent dans une région où est prédite l'existence de déformations octupolaires statiques. L'effet pair-impair mesuré sur le rayon carré moyen est anormal dans cette région. Mais les résultats expérimentaux ne permettent pas de conclure définitivement quant à la nature de ces déformations.

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.

Ce travail de thèse répond à un besoin de qualification des outils permettant decalculer les échauffements photoniques dans les réacteurs nucléaires. En effet, laproblématique des échauffements g dans les matériaux de structure a pris de l'importanceces dernières années, notamment pour la sûreté des réacteurs de 3ème génération danslesquels un réflecteur lourd en acier est introduit.Les photons présents dans le coeur sont tous directement ou indirectement issus desinteractions des neutrons avec la matière. Ils sont créés au moment de l'interaction ou endifféré par l'intermédiaire de noyaux créés au moment de l'interaction. Par conséquent, lepremier axe de travail a été d'effectuer une analyse critique des données de productionphotonique dans les bibliothèques de données nucléaires standards. La découverted'omissions dans la bibliothèque JEFF-3.1.1 nous a amené à proposer une méthode deproduction de nouvelles évaluations contenant de nouveaux spectres d'émission de photong. Ces nouvelles évaluations ont ensuite été proposées et en partie acceptées pour lanouvelle version de la bibliothèque JEFF.Il existe deux codes de transport de particules développés au CEA : TRIPOLI4 etAPOLLO2. Le deuxième axe de travail a été de qualifier ces deux codes. Pour cela, nousavons interprété les mesures d'échauffement g effectuées dans le cadre du programmeexpérimental PERLE. Des détecteurs thermoluminescents (TLD) ont été introduits dans unréflecteur lourd en acier entourant un réseau de crayons combustibles. Nous avons dûproposer un schéma de calcul spécifique aux deux codes afin de calculer la réponse desTLD.Les comparaisons calcul-mesure ont montré que TRIPOLI4 permettait decorrectement estimer l'échauffement dans le réflecteur relativement à l'échauffement dans lazone fissile. En effet, les écarts calcul-mesure sont inférieurs à l'incertitude expérimentale à1s. Pour le calcul APOLLO2, nous avons tout d'abord commencé par une phase devalidation par rapport à TRIPOLI4 afin d'estimer les biais liés aux approximations imposéespar le traitement déterministe du transport des particules. Après cette phase de validation,nous avons pu montrer qu'APOLLO2, comme TRIPOLI4, permettait d'estimer correctementl'échauffement dans le réflecteur avec des écarts calcul-mesure comparables à l'incertitudeexpérimentale.

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.

Les systèmes non liés 10;12Li et 13Be ont été étudiés par des réactions de perte d'un ou plusieurs nucléons à partir d'un faisceau de 14B à 35 MeV/nucléon. L'énergie de décroissance a été reconstruite à travers la mesure des coïncidences 9;11Li-n et 12Be-n. Une simulation prenant en compte les effets du dispositif expérimental et de la réaction a été développée. Les spectres en masse invariante ont été interprétés en utilisant les distributions théoriques calculées pour les différents états et convoluées à la réponse du dispositif, ainsi que les distributions des événements non corrélés déterminées à partir des données par un mélange d'événements. Concernant le système 10Li, les données ont été reproduites par les distributions d'un état s virtuel avec une longueur de diffusion ([formule]) confirmant l'inversion des niveaux v1p1=2 et v2s1=2. Pour le 12Li, la présence d'états excités d'énergie entre 0; 2 et 0; 8 MeV au-dessus du seuil a été mise en évidence. Pour le 13Be, l'énergie de décroissance ainsi que les autres observables ont été reproduites par l'hypothèse d'une résonance ([formule]). Cette hypothèse est soutenue par la sélectivité du processus de knockout d'un proton, pour lequel la configuration du neutron des états peuplés dans le 13Be reflète celle du 14B.

Les noyaux au rapport neutron/proton exotique font l'objet d'une grande part des recherches actuelles de la physique nucléaire, aussi bien pour les moyens de les synthétiser -car ils sont difficilement accessibles- que pour leur interprétation. Dans cette thèse les noyaux riches neutrons de la masse A=100 ont été créés, à haut spin, par une réaction d'ions lourds particulière, la fission induite par ions lourds. Les noyaux produits ont été identifiés, un à un, au travers de leur rayonnements gamma mesurés par le multi-détecteur EUROBALL III. Quelques caractéristiques de ce mode de production, extraites de nos données, sont discutées. La spectroscopie gamma précise d'isotopes riches en neutrons de Technétium (A = 103) et d'Argent (A = 111, 113, 115) est présentée. Les orbitales de protons sous-jacentes sont identifiées par le rôle qu'elles jouent dans la structure des bandes d'excitation de noyaux de masse impaire de cette region de masse (Technétium, A de 97 à 107; Rhodium, A de 105 à 111; Argent A de 107 à 115). Une interprétation de ces noyaux impairs en protons est proposée, utilisant également les résultats d'un code rotor plus une quasi-particule et de calculs microscopiques self­consistants. Ces noyaux sont en effet un bon test pour ces modèles théoriques dont la plupart des ingrédients est issue de résultats sur quelques noyaux seulement de la vallée de stabilité.