L’étude des noyaux à la drip-line proton est un outil récent et puissant pour sonder la structure nucléaire loin de la vallée de stabilité. En particulier, le phénomène de radioactivité deux protons prédit théoriquement en 1960 a été découvert expérimentalement en 2002. Ce travail de thèse concerne une expérience réalisée au GANIL dans le but d’étudier la radioactivité 2pde 54Zn avec une chambre à projection temporelle, développée pour la détection individuelle de chaque proton et la reconstruction de leur trajectoire en trois dimensions. L’analyse des données a permis de déterminer les corrélations en énergie et en angle entre les deux protons.Celles-ci ont été comparées à un modèle théorique qui prend en compte la dynamique de la décroissance, permettant d’obtenir des informations sur la structure de l’émetteur. La statistique obtenue étant très faible, l’interprétation des résultats reste encore limitée mais ces résultats ouvrent de très belles perspectives sur les études futures des noyaux aux limites d’existence. / The study of nuclei at the proton drip-line is a recent and efficient tool to prove the nuclearstructure far from stability. In particular, the two proton radioactivity phenomenonpredicted in 1960 has been discovered in 2002. This PhD thesis concerns an experiment realisedat GANIL, in order to study the 2p radioactivity of 54Zn with a time projection chamber,developed for the individual detection of each proton and the reconstruction of their tracksin three dimensions. The data analysis allowed to determine the correlations in energy andangle between the two protons. They have been compared to a theoretical model, which takesinto account the dynamics of the emission, giving information about the structure of theemitter. However, due to the very low statistics, the interpretation of the results is limitedbut these results open very interesting prospects for further studies of nuclei at the limits ofthe existence.

Dans le cadre du Traité d'Interdiction Complète des Essais Nucléaires (TICE), le Système de Surveillance International (SSI) a été développé. Ce réseau consiste en plusieurs centaines de stations de mesures dont le rôle est de détecter la signature d'un essai nucléaire clandestin. Quatre types de mesures sont effectués: sismique, hydro-acoustique, infrason et radionucléide. Dans le cas particulier d'un essai nucléaire souterrain, seule la mesure des radionucléides est adéquate pour mettre en évidence le caractère nucléaire de l'explosion. Quatre radionucléides du xénon sont produits en masse lors d'un essai nucléaire: le 131m-Xe, le 133m-Xe, le 133-Xe, et le 135-Xe. Une faible proportion de ces gaz parvient à diffuser à travers les fissures de la cavité et se retrouver dans l'atmosphère. A cause de la dilution atmosphérique, les concentrations de ces quatre radionucléides sont extrêmement faibles et par conséquent difficiles à détecter. De plus, le bruit de fond atmosphérique ne cesse d'augmenter car ces gaz radioactifs sont également produits et relâchés par les usines de production de radio-isotopes médicaux et les centrales nucléaires. Afin de renforcer le réseau de surveillance, le CEA-DAM a proposé de développer un système de détection des radionucléides du xénon ultra-compact et mobile, afin de pouvoir effectuer des mesures de vérification directement sur site suspect, et ainsi contourner la contrainte de dilution atmosphérique. Ces travaux présentent le développement et l'optimisation de ce système. Le système a d'abord été modélisé sur ordinateur et ses performances en terme d'efficacité de détection ont été simulées par méthode de Monte-Carlo avec le logiciel Geant4. Les mesures se font en utilisant la technique de mesure en coïncidences électron/photon. En parallèle, une chaîne d'acquisition ultra-compacte a été développée, ainsi qu'un réseau de communication permettant de synchroniser en temps les différents spectromètres numériques utilisés pour le traitement du signal (protocole IEEE 1588 PTP). Les concentrations minimales détectables de ce système sont inférieures à 5 mBq/m³ pour une acquisition de 12 h, et ce pour les quatre radionucléides du xénon d'intérêt. / As part of the Comprehensive nuclear Test Ban Treaty (CTBT), an International Monitoring System (IMS) has been developed. This network consists of several hundred measuring stations whose role is to detect the signatures of a clandestine nuclear test. Four types of measurements are carried out: seismic, hydroacoustic, infrasound and radionuclide. In the particular case of an underground nuclear test, only the radionuclide measurement is adequate to detect the explosion and quantify its yield. Four xenon radionuclides with long half-lives are produced during a nuclear test: the 131m-Xe, the 133m-Xe, the 133-Xe and the 135-Xe. A small proportion of these gases may diffuse through the cracks in the cavity and end up in the atmosphere. Due to atmospheric dilution, the concentrations of these four radionuclides are extremely low and therefore difficult to detect. In addition, atmospheric background continues to increase as these radioactive gases are also produced by medical radioisotope facilities and nuclear power plants. In order to strengthen the IMS, the CEA-DAM has proposed to develop an ultra-compact and mobile system for detecting xenon radionuclides, in order to be able to carry out verification measurements directly on site, and thus to avoid the problem of atmospheric dilution. This work presents the development and optimization of this system. The system was first modelled on a computer and its performances in terms of detection efficiency were simulated by the Monte-Carlo method using Geant4 software. Measurements are made in electron-photon coincidence mode. In parallel, an ultra-compact acquisition chain has been developed, as well as a communication network to synchronize in time the various digital spectrometers used for signal processing (IEEE 1588 PTP protocol). The minimum detectable concentrations of this system are less than 5 mBq/m³ for a 12 h acquisition, for the four xenon radionuclides of interest.

L'étude des noyaux exotiques est un outil important pour sonder la structure nucléaire des noyaux éloignés de la stabilité. Pour des noyaux situés à la drip-line proton, l'émission directe de protons a été prédite depuis le début des années 1960. Ce travail de thèse est focalisé sur l'étude de la radioactivité 2-protons du noyau 45Fe. Un modèle théorique récent, dit modèle à trois corps, prévoit les corrélations énergétiques et angulaires qui doivent exister entre les protons émis. Afin d'étudier le processus d'émission, une Chambre à Projection Temporelle a spécialement été conçue pour reconstruire en trois dimensions la trajectoire des protons. Elle a été utilisée pendant une expérience sur le séparateur LISE3 du GANIL pour l'étude de 45Fe. Pour la première fois, les deux protons émis ont pu être détectés individuellement. Des outils d'analyse spécifiques ont permis de calculer les corrélations énergétiques entre les protons, montrant qu'ils partagent équitablement l'énergie disponible, tel que le prévoient les différents modèles théoriques. Les corrélations angulaires ont été étudiées, mais le manque de statistique ne permet pas de trancher définitivement sur le processus d'émission mis en jeu même si les données sont en accord avec les prévisions du modèle à trois corps. L'expérience a également permis d'étudier l'émission retardée de protons de 43Cr. L'émission beta-2p a été identifiée ; les corrélations énergétiques et angulaires sont en faveur d'une émission séquentielle des deux protons. Enfin, et pour la première fois, l'émission retardée de trois protons a été observée pour ce noyau. / The study of exotic nuclei is a powerful tool to probe the nuclear structure far from stability. For nuclei at the proton drip-line, the direct emission of protons has been predicted since the beginning of 1960s. This PhD thesis is focused on the study of the 2-proton radioactivity of 45Fe. A recent theoretical model, called three-body model, predicts the energetic and angular correlations which have to exist between the two protons emitted. In order to study the emission process, a Time Projection Chamber was especially developped to reconstruct the proton tracks in the three-dimension space. It was used during an experiment performed at the LISE3 separator of GANIL for the study of 45Fe. For the first time the two protons emitted were individually observed. A specific analysis allows us to calculate the energetic correlations between protons, showing they share equally the decay energy, as predicted by the whole theoretical models. The angular correlations were studied, but the lack of statistics does not allow us to determine definitively the emission process which occurs even though the data agree with the three-body model predictions. Moreover, the experiment allowed to study the proton delayed emission of 43Cr. The beta-2p emission was identified; the energetic and angular correlations favour a sequential emission of the two protons. Finally, the delayed emission of three protons was observed for the first time for this nucleus.

Aujourd'hui, les progrès expérimentaux en physique nucléaire nécessitent le développement d'accélérateurs susceptibles de produire des faisceaux d'ions radioactif. Dans cette optique, la méthode « Isotopic Separation On-Line » combinée à l'utilisation du mécanisme de fission permet de produire des ions radioactif riches en neutrons. L'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay participe à ce développement avec la construction du projet ALTO (Accélérateur Linéaire et Tandem d'Orsay). Cette installation de type ISOL utilise un faisceau d'électron pour induire la photofission de l'uranium. En juillet 2006, dans le cadre de mesure des taux de production, la viabilité de cette méthode a été démontrée. De plus, les résultats ont mis en évidence un ensemble de modifications capables d'améliorer la méthode de production. <br />L'installation ALTO ne se limite pas à la fabrication de fragments de fission riches en neutrons. Au cours d'un test de radioprotection, un système de détection a été installé pour permettre l'étude de la décroissance radioactive de l'isotope 84Ga. L'analyse des données acquises au cours de cette mesure nous a permis d'apporter des indications sur la structure des noyaux de 84Ga, 84Ge, 84As et 83Ge. Pour 84Ga, nous avons identifié un état isomérique et proposé une configuration pour cet état et l'état fondamental du noyau. Pour 84Ge, nous avons observé les premiers états 2+ et 4+ dont le rapport des énergies nous a permis de conclure sur l'apparition de la collectivité attendue au-delà de N=50. L'étude de cette collectivité semble indiquer un affaiblissement du gap Z=28 à l'approche de 78Ni. Nous avons proposé le premier schéma de niveau de 84As. Nous avons aussi proposé une configuration pour les états observés de ce noyau. Enfin, pour interpréter le schéma de niveau de 83Ge, un modèle permettant de caractériser le couplage en un neutron et un cœur a été employé. Ce dernier a été appliqué à l'ensemble de la chaîne isotonique N=51 pour tester sa validité. Puis, son application au noyau de 83Ge a confirmé l'existence de ce type de structure dans ce noyau. Les résultats obtenus avec ce modèle ont été extrapolés afin de proposer une prédiction du schéma de niveau de 81Zn.

Les implants utilises comme biomateriaux sont fonctionnels, biocompatibles et certains bio-actifs. Il existe quatre familles de biomateriaux : les metaux et alliages, les ceramiques, les polymeres et les materiaux naturels. Des phenomenes d'usures (corrosion, frottement) generent des debris dans l'organisme. Ces debris engendrent differents problemes: toxicite, reactions inflammatoires, descellements prothetiques par lyse osseuse. Nature, taille, morphologie, quantite des debris sont des parametres qui influencent les reactions biologiques susceptibles de se produire. Nous avons caracterise la contamination metallique (migration, comportement in vivo, quantite, taille et nature des debris) provenant des protheses de genou au niveau du tissu capsulaire voisin. Les methodes PIXE-RBS et STEM-EDXS, principalement employees, sont des outils complementaires. Les debris sont repartis de facon heterogene dans l'articulation du genou. Ils migrent sur plusieurs milliers de micro m en profondeur. Pour les echantillons fortement pollues, les debris sont des grains d'alliages de dimension de l'ordre du micro m (PIXE). Les rapports massiques in vivo confirment la stabilite chimique des grains de TA6V et l'evolution des grains de CrCoMo. Une etude a l'echelle nanometrique (STEM-EDXS) montre une dissolution de grains de TA6V (micro m) en de plus petits (nm). Localement la presence de grains de phase αlpha indiquerait une dissolution preferentielle de la phase beta (joint de grain) avec largage de Al et de V elements carcinogenes et toxiques. Le developpement d'un protocole PIXE-histologie en cible mince, correle une analyse PIXE et histologique sur une meme zone. Ce protocole informe sur les pathologies liees aux contaminations metalliques, meme si leur teneur est de l'ordre du micro g/g, grace a la sensibilite de la methode PIXE. De plus l'innocuite vis a vis de la radioactivite de plusieurs biomateriaux naturels ou synthetiques est etablie, a l'aide de systeme de detection gamma ultra bas bruit de fond.

Lors de l'interprétation des diagraphies de radioactivité des carbonates, les pics de gamma-ray sont très souvent assimilés à des pics d'argilosité. Les faibles radioactivités sont, quant à elles, attribuées à des niveaux calcaires très peu marneux et pauvres en matière organique. Toutefois, l'enregistrement de la radioactivité gamma totale à l'aide d'un scintillomètre portable dans les carbonates de la plate-forme urgonienne des environs de Grenoble a révélé l'existence d'anomalies de la radioactivité dans ces roches, notamment la présence de pics importants de la radioactivité dans des niveaux calcaires purs ou très pauvres en minéraux argileux et détritiques. Le but de ce travail a été d'arriver à identifier les éléments radioactifs associés aux différents types de carbonates, leurs localisations, leurs abondances et leurs contributions respectives au signal gamma total enregistré pour mieux comprendre l'origine de la radioactivité dans ces roches, d'une part, et proposer une méthode pour mieux utiliser l'outil gamma-ray pour des interprétations séquentielles et environnementales dans les séries de carbonates de plate-forme, d'autre part. Pour mener à bien ce travail nous avons choisi plusieurs sites d'études, mais nous nous sommes intéressés à deux intervalles bien particuliers : ~ le premier correspond à la séquence de dépôt BA3 (troisième séquence de dépôt du Barrémien supérieur) formée principalement de faciès calcaires. Nous avons étudié cette séquence dans les massifs subalpins septentrionaux des environs de Grenoble et dans le Jura suisse de la région de Neuchâtel, ~ le deuxième correspond à l'intervalle des couches inférieures à orbitolines. Nous avons étudié cet intervalle dans les massifs subalpins septentrionaux aux environs de Grenoble, en Espagne dans le bassin d'Organya et au Jebel Jediri dans la région de Kairouan en Tunisie. Nous avons réalisé une étude sédimentologique et séquentielle très détaillée de l'ensemble des coupes étudiées. L'analyse des isotopes stables du carbone et de l'oxygène nous a permis d'avoir une meilleure idée sur l'histoire et l'évolution diagénétique de ces carbonates, mais aussi de proposer une corrélation à grande échelle entre les différentes zones d'études. La corrélation des courbes isotopiques (& l3 C et &18 O) de l'intervalle des couches inférieures à orbitolines des massifs subalpins septentrionaux et de ses équivalents en Tunisie et en Espagne avec la coupe stratotypique du Bédoulien nous a permis d'apporter un argument de plus pour dater du Bédoulien inférieur cet intervalle des couches inférieures à orbitolines (CIO). Les analyses en spectrométrie gamma d'échantillons prélevés dans les différents faciès carbonatés étudiés, montrent clairement que c'est l'uranium qui est la principale source des émissions gamma dans ces roches et que les variations de la courbe gamma-ray totale est très étroitement liée aux variations des teneurs et de l'activité de cet élément. Des analyses complémentaires en lCP-MS nous ont permis de préciser qu'il existe au moins trois sources de l'uranium dans les carbonates de plate-forme: -l'uranium fixé dans les tests d'échinodermes qui abondent lors des phases d'approfondissement relatif des milieux de dépôt (aux environs des mfs et mfs relatives de paraséquences), -l'uranium qui provient de la circulation des fluides météoriques lors des phases d'émersion et qui se concentre dans les environs des limites de séquences de dépôt et de certaines paraséquences émersives. Nous avons réussi à montrer avec l'ensemble de ces analyses et observations que le gamma-ray ne peut pas être utilisé sans discussion critique comme outil de corrélation lithologique et que son utilisation indépendamment des autres outils diagraphiques peut conduire à corréler des ensembles sédimentaires très différents. *

Grâce aux progrès de la production de faisceaux radioactifs au cours de deux dernières décennies, nous sommes à présent capables d'étudier les systèmes nucléaires très loin de la vallée de stabilité. La région de 78Ni reste encore inexplorée. Cette région, avec de très riches en neutrons 78Ni, noyau encore inconnu supposé doublement magique, est très intéressante en termes de structure nucléaire. En effet, les informations expérimentales obtenues sur l'espace de valence ouvert au dessus de 78Ni, nous permettront de construire des interactions effectives pour cette région. Nous avons étudié la désintégration de l'isotope 84Ga riche neutrons auprès de l'installation ALTO à l'IPN d'Orsay. Les fragments de fission ont été produites par photo-fission induite par l'interaction d'un faisceau d'électron de 50 MeV avec une cible épaisse de carbure d'uranium. Pour la première fois, ALTO a été utilisé dans ses conditions optimales, tant du point de vue de l'intensité du faisceau primaire (10 µA d'électrons à 50 MeV) que de la méthode d'ionisation. En effet, les atomes de gallium ont été sélectivement ionisés à l'aide d'une source d'ions laser. Grâce à cette nouvelle source l'ionisation du gallium était plus de dix fois supérieure à celui de la source à ionisation de surface utilisée précédemment par notre groupe. Les ions séparés par le séparateur de masse PARRNe ont été implantés sur une bande de mylar mobile, entourée de deux détecteurs germanium placés en géométrie rapprochés d' un détecteur plastique pour le marquage des désintégrations bêta. Je présenterai les résultats de notre expérience obtenus pour les noyaux riches en neutrons 83,84Ge et 84As. Nous discuterons de leur structure et les comparerons aux résultats obtenus avec des calculs " modèle en couches " effectués avec la nouvelle interaction ni78 - jj4b construite dans le cadre de cette thèse.

La spectrométrie gamma à haute résolution offre un outil d'analyse performant pour effectuer des mesurages environnementaux. Dans le cadre de la caractérisation radiologique d'un site (naturelle ou artificielle) ainsi que pour le démantèlement d'installations nucléaires, la cartographie des radionucléides est un atout important. Le principe consiste à déplacer un spectromètre HPGe sur le site à étudier et, à partir des données nucléaires et de positionnements, d'identifier, de localiser et de quantifier les radionucléides présents dans le sol. Le développement de cet outil fait suite à une intercomparaison où un exercice orienté intervention a montré les limites des outils actuels. Une partie de ce travail s'est portée sur la représentation cartographique des données nucléaires. La connaissance des paramètres d'un spectre in situ a permis la création d'un simulateur modélisant la réponse d'un spectromètre se déplaçant au-dessus d'un sol contaminé. Ce simulateur a lui-même permis de développer les algorithmes de cartographie et de les tester dans des situations extrêmes et non réalisables. Ainsi, ce travail ouvre sur la réalisation d'un prototype viable donnant en temps réel les informations nécessaires sur l'identité et la position possible des radionucléides. La recherche réalisée sur la déconvolution des données permet de rendre en post traitement une carte de l'activité du sol par radionucléide mais également une indication sur la profondeur de la source. Le prototype nommé OSCAR (Outil Spectrométrique de Cartographie de Radionucléides) a ainsi été testé sur des sites contaminés (Suisse et Japon) et les résultats obtenus sont en accord avec des mesures de référence.

Les études de la radioactivité bêta dans les milieux nucléaires permettent en partie de participer à la détermination d’un des paramètres qui décrit l'interaction faible (la constante de couplage vectoriel). Pour cela, de nombreuses mesures permettent déjà d’atteindre de grandes précisions sur ce paramètre pour un grand nombre de noyaux des transitions bêta super-permise. Cependant, pour le carbone 10, l'incertitude relative du rapport d'embranchement reste encore élevée par rapport aux autres noyaux pères avec une valeur de l’ordre de 0,13 %. Ceci est dû à l’énergie du photon émis par l’état 0+ du noyau fils qui est de 1021,6 keV, c’est-à-dire proche de l’énergie d’empilement de deux signaux de photons de 511 keV. En mai 2015, notre groupe a réalisé, à ISOLDE au CERN, une expérience afin de mesurer très précisément cette transition. Pour produire le carbone 10,nous avons réalisé des réactions nucléaires qui produisaient en grandes parties les noyaux d’intérêts mais aussi des contaminants de mêmes masses émetteurs de bêta+. Afin de réduire l’empilement, il aurait été nécessaire de mieux séparer les éléments ou d’estimer celui-ci à partir de données équivalentes avec le néon 19. Ainsi, nous avons calculé une constante d’empilement qui dépend du temps de mise en forme est qui est de l’ordre de 0,1μs. Par la suite, l’analyse de nos données carbone 10 a permis d’obtenir un rapport d’embranchement de 1,500(4) % alors que la moyenne des valeurs de la littérature donne1,4645(19) %. Dans le but de produire plus d’espèces de noyaux et d'augmenter l'intensité des faisceaux, le GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) développe actuellement un nouvel accélérateur ainsi qu'un ensemble de cibles basées sur la méthode ISOL. Pour réduire le dépôt de contaminants aux points de mesures, tel que c'était le cas pour la mesure du carbone 10 à ISOLDE, la communauté de physiciens souhaite aussi développer un ensemble d'outils de séparations. Dans ce cadre, notre groupe participe depuis 2011 au développement de deux de ces outils : un séparateur de haute-résolution (HRS) pour séparer des noyaux dont le pouvoir de résolution en masse nécessaire (m/Δm) souhaité est de 20000et un double piège de Penning (PIPERADE) pour séparer les noyaux qui nécessite au maximum d’un pouvoir de résolution en masse de 100000. Ainsi, au CENBG, une ligne faisceau de test qui comprend une source d'ions FEBIAD, le quadrupôle radiofréquence regroupeur-refroidisseur GPIB, un aiguillage électrostatique et le double piège de Penning (PIPERADE) est en cours de développement. Lors des tests de ces dispositifs, nous avons observé une efficacité de transmission de l’ordre de 80 % du faisceau qui traverse le GPIB.Également, nous avons mesuré une émittance transverse de 3 pi.mm.mrad en comparaison de celle de 26 pi.mm.mrad observées en aval du GPIB. Par la suite, les simulations de laligne d’injection dans le piège de Penning ont permis de définir une décélération qui permet d’injecter 98 % des ions extraits du GPIB.Cette thèse se compose donc de deux parties : la détermination du rapport d'embranchement du carbone 10 et le développement et l'intégration au CENBG de la ligne de faisceau PIPERADE. / The beta radioactivity studies in nuclear medium allow to participate in thedetermination of one of the parameters that describes the weak interaction (the vectorcoupling constant). For this purpose, numerous measurements have already been made todetermine this parameter with great precision for superallowed transition nuclei. However,for carbon 10, the relative uncertainty of the branching ratio is still high compared to otherparent nuclei with a value of the order of 0.13%. This high uncertainty is due to photonenergy emitted of 1021.6 keV which is really closed to the energy due to pile-up of twophotons of 511 keV. In May 2015, our group conducted an experiment at ISOLDE at CERN tomeasure the branching ratio very precisely. The nuclear reactions needed to produce thenuclei gave a large amount of nuclei of interest but also contaminants of the same massewhich also emit beta+ particles. A pile-up ratio of around 0.1 μs was calculated. Then, wefound a branching ratio of 1.500(4) % whereas the average from litterature is 1.4645(19) %.To study more species of nuclei and increase the intensity of the beams, GANIL(Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) is currently developing a new accelerator as wellas a set of targets based on ISOL method. In order to reduce the contaminants deposit atthe measurement points, as we saw for the measurement of carbon 10 at ISOLDE, thecommunity of physicists also wants to develop separation apparati. In this context, since2011, our group has been involved in the development of two of these tools: a highresolutionseparator (HRS) to separate nuclei which need a mass resolving power (m / Δm)around 20,000 and a double Penning trap (PIPERADE) to separate the nuclei which require amaximum resolution of 100,000. Thus, at CENBG, a test beam line that includes a FEBIAD ionsource, a RFQ cooler-buncher (GPIB), an electrostatic switch, and a double Penning trap(PIPERADE) is under development. During apparati tests, we observe a transmissionefficiency around 80 %. Also, we measure a transverse emittance about 3 pi.mm.mrad whichis lower than 26 pi.mm.mrad observed before the GPIB. By the way, simulations of the beamline permitted to decelerate the beam and inject 98 % of ions.This thesis consists of two parts: the determination of the carbon 10 branching ratioand the development and integration of the PIPERADE beam line at CENBG.

Les méthodes paléodosimétriques permettent d’obtenir l’âge de certains matériaux de nature minérale qui se comportent comme des dosimètres naturels, l’âge étant alors donné par le rapport de la dose accumulée depuis l’événement à dater, au débit de dose naturel auquel l'échantillon a été soumis. La détermination du débit de dose repose le plus souvent sur des modèles simples, qui seuls permettent des calculs explicites, mais ces modèles ne reproduisent que très imparfaitement la diversité des situations rencontrées. La modélisation informatique permet d’envisager des modèles plus complexes et plus réalistes, qui conduisent à simuler numériquement le débit de dose. Dans ce travail, la boite à outils Geant4, qui permet de simuler les interactions particule-matière selon la méthode de Monte-Carlo, a été utilisée pour créer des modèles complexes, ainsi que des outils de modélisation accessibles et adaptables aux différents types d'échantillons et situations dosimétriques. Des simulations ont tout d'abord été faites à partir de modèles basiques afin d'étudier l’origine des variations du débit de dose dans des sédiments, mettant en évidence les limites des modèles simples utilisés couramment. Ces informations ont permis d'orienter le développement d'outils de modélisation basés sur les codes de Geant4, et aussi de préciser les protocoles d'analyse des échantillons permettant de réunir les données nécessaires aux simulations numériques. Le programme DosiVox permet de modéliser simplement une grande variété d'échantillons grâce à une représentation voxélisée de l’objet et de son environnement, et de simuler la radioactivité pour calculer la distribution spatiale du débit de dose. Il a été développé dans une optique d'accessibilité et d'usage courant. Des comparaisons avec des situations dosimétriques préalablement étudiées, ou mesurées, ont montré la pertinence des modélisations, et les possibilités de cet outil informatique sont exposées au travers d’une série d'exemples et d'applications. La caractérisation de la distribution des débits de dose bêta dans les sédiments hétérogènes constitue l'une des problématiques les plus complexes à traiter. En plus d'une étude destinée à évaluer le potentiel de DosiVox à considérer ces situations, le programme DosiSed a été développé pour modéliser spécifiquement des ensembles polyminéraux de grains. Cet outil a permis d'étudier l'hétérogénéité du débit de dose dans des échantillons réels, ainsi que d'inclure certains résultats dans une problématique de datation. / The paleodosimetric dating methods allow to obtain the age of some mineral materials which behave as natural dosimeters, the age being derived as the ratio of the dose accumulated from the dated event and the natural dose rate to which the sample was subjected.. The determination of the dose rate is usually based on simple models which only allow explicit calculations, but these models reproduce very imperfectly the diversity of situations encountered. Computer modeling allows to represent more complex and more realistic models, which lead to numerically simulate the dose rate. In this work, the toolbox Geant4, allowing to simulate particle-matter interactions by the Monte-Carlo method, was used to create complex models , as well as modeling tools accessible and adaptable to different types of samples and dosimetric situations. Simulations were first made with basic models in order to study the origin of dose rate variations in sediments, highlighting the limits of the simple models commonly used. This information was used to guide the development of modeling tools based on the Geant4 codes, and also to specify the protocols of samples analysis for gathering the data needed for numerical simulations. The DosiVox software allows to easily model a wide variety of samples through a voxelised representation of the object and its environment, and to simulate the radioactivity for calculating the spatial distribution of the dose rate. It was developed with a view of accessibility and current use. Comparisons with dosimetric situations previously studied or measured showed the relevance of the modelings, and the possibilities of this computer tool are exposed through a series of examples and applications. The characterization of the beta dose rate distribution in heterogeneous sediment is one of the most complex problems to be treated. In addition to a study aims at assessing the potential of DosiVox to consider these situations, the DosiSed software was developed specifically for modeling poly-mineral sets of grains. This tool was used to study the heterogeneity of the dose rate in real samples and allowed to include some of the results in a dating problematic.