Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement d’un combustible nucléaire faiblement enrichi pour les réacteurs de recherche, constitué de particules d’uranium-molybdène mélangées à une matrice d’aluminium. Dans certaines conditions sous irradiations, les particules d’U(Mo) interagissent avec la matrice d’aluminium, provoquant un gonflement rédhibitoire de la plaque combustible. Pour inhiber ce phénomène, une solution consiste à déposer, à la surface des particules d’U(Mo), une fine couche de silicium, pour créer un effet barrière. Cette thèse a concerné l’étude du procédé de dépôt chimique à partir d’une phase vapeur (CVD) en lit fluidisé à partir de silane pour déposer le silicium sur la poudre d’U(Mo), qui a une densité exceptionnelle de 17,5. Pour atteindre cet objectif, deux axes d’études ont été traités au cours de la thèse : l’étude et l’optimisation de la mise en fluidisation d’une poudre aussi dense, puis celles du procédé de dépôt de silicium. Pour le premier axe, une campagne d’essais a été réalisée sur poudre simulante de tungstène dans différentes colonnes de fluidisation en verre et en acier avec des diamètres internes compris entre 2 et 5 cm, à température ambiante et à haute température (650°C), proche de celle des dépôts. Cette campagne a permis d’identifier des phénomènes d’effets de bord au sein du lit fluidisé, pouvant conduire à des dépôts hétérogènes ou à des prises en masse. Des dimensions de colonnes de fluidisation et des conditions opératoires permettant une fluidisation satisfaisante de la poudre ont pu être identifiées, ouvrant la voie à l’étude du dépôt de silicium. Plusieurs campagnes d’essais de dépôt sur poudre simulante, puis sur poudre U(Mo), ont ensuite été menées dans le cadre du second axe d’étude. L’influence de la température du lit, de la fraction molaire d’entrée en silane dilué dans l’argon, et du débit total de fluidisation, a été étudiée pour différents diamètres de réacteur et pour diverses masses de poudre. Des analyses de caractérisation morphologique et structurale (MEB, DRX...) ont révélé un dépôt de silicium uniforme sur toute la poudre et autour de chaque grain, majoritairement cristallisé et dont l’épaisseur atteint les objectifs visés. Des recommandations précises ont ainsi pu être émises pour optimiser les caractéristiques du dépôt de silicium sur la poudre combustible U(Mo) par le procédé de CVD en lit fluidisé.

Cette thèse porte sur le développement du DosiMap, un nouvel instrument de dosimétrie pour le contrôle des faisceaux de radiothérapie. Ce dispositif est basé sur l'utilisation d'un scintillateur plastique plan placé au sein d'un fantôme de polystyrène. La distribution lumineuse produite par le DosiMap sous irradiation, composée de scintillation et de rayonnement Čerenkov, est mesurée par une caméra CCD, puis analysée afin d'en déduire la distribution de dose déposée dans le scintillateur.<br />Ce dispositif possède un certain nombre d'avantages. Il est équivalent tissus, présente une bonne résolution spatiale et une réponse linéaire en énergie. Il permet également d'effectuer des mesures de dose immédiates, ce qui rend son utilisation adaptée à une utilisation clinique.<br />Après une introduction des notions de base de la radiothérapie, les différentes étapes du développement de cet instrument sont exposées dans ce mémoire. Différents scintillateurs plastiques ont, dans un premier temps, été testés afin de déterminer le mieux adapté à cette application. Seule la scintillation étant proportionnelle à la dose, la déconvolution de la scintillation et du rayonnement Čerenkov a ensuite été réalisée. Enfin, la caméra se trouvant en salle d'irradiation, il a été nécessaire de mettre au point un blindage afin de la protéger. La calibration en dose du dispositif ainsi que sa réponse dosimétrique sont alors exposées.<br />Ce travail a permis de mesurer des distributions de dose avec une incertitude inférieure à 2 % pour des faisceaux de photons homogènes. D'excellents résultats ont également été obtenus dans le cas de faisceaux modulés en intensité.

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.

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.

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.

Mean-field approaches successfully reproduce nuclear bulk properties like masses and radii within the Energy Density Functional (EDF) framework. However, complex correlations are missing in mean-field models and several observables related to single-particle and collective nuclear properties cannot be predicted accurately. The necessity to provide a precise description of the available data as well as reliable predictions in the exotic regions of the nuclear chart motivates the use of more sophisticated beyond-mean-field models. Correlations and higher-order corrections (beyond the leading mean-field order) are introduced. A crucial aspect in these calculations is the choice of the effective interaction to be used when one goes beyond the leading order (available effective interactions are commonly adjusted at the mean-field level). In the first part, we deal with the equation of state of nuclear matter evaluated up to the second order with the phenomenological Skyrme force. We analyze the ultraviolet divergence that is related to the zero range of the interaction and we introduce Skyrme-type regularized interactions that can be used at second order for matter. Cutoff regularization and dimen- sional regularization techniques are explored and applied. In the latter case, connections are naturally established between the EDF framework and some techniques employed in Effective Field Theories. In the second part, we check whether the regularized interactions introduced for nuclear matter can be employed also for finite nuclei. As an illustration, this analysis is performed within the particle- vibration model that represents an example of beyond mean-field models where an ultraviolet divergence appears if zero-range forces are used. These first applications suggest several directions to be explored to finally provide regularized interactions that are specially tailored for beyond- mean-field calculations for finite nuclei. Conclusions and perspectives are finally illustrated.

Les phénomènes nucléaires de transition d'un système à un corps à un système à deux corps (fusion, fission et fragmentation) sont étudiés dans le cadre d'un modèle macroscopique prenant en compte, à la fois, les forces Coulombiennes répulsives, les forces de tension superficielle attractives, les forces de proximité nucléaire et les forces de friction. Une séquence de forme à deux paramètres (distance entre les centres de masse et asymétrie) est définie pour étudier le chemin de fusion et le chemin de fission à travers des formes compactes et crevassées. Les barrières de potentiel ont alors un maximum externe correspondant à deux sphères séparées. Pour les systèmes lourds, les barrières ont deux bosses séparées par un profond minimum dû aux forces de proximité. Dans toute la gamme des masses nucléaires, les sections efficaces de fusion sont bien reproduites. Pour les systèmes de masses très élevées, les forces de friction s'opposent fortement à la fusion et une énergie cinétique supplémentaire est nécessaire pour franchir la barrière. Le chemin de fission à travers des formes compactes est compatible avec la plupart des résultats expérimentaux : hauteurs des barrières, fission des actinides, barrière de scission, événements de quasi-fission et de fission froide, moment angulaire critique, énergie cinétique de translation et absence de noyaux superlourds. La fragmentation d'un projectile dans le champ d'une cible donne lieu à l'émission de deux particules dans les collisions périphériques : un quasi-projectile et un fragment très ralenti de vitesse environ 0.6 Vproj. Dans les collisions plus centrales, le fragment ralenti colle à la cible et seul le quasi-projectile peut être détecté.