Les nombres magiques ou fermetures de couche sont une des caractéristiques importantes de la structure nucléaire, mais qui sont modifiés loin de la vallée de stabilité. La détermination de l'énergie de liaison, via des mesures de masse sur les noyaux exotiques, représente un des plus grands challenge dans l'étude de la structure nucléaire à cause de la précision importante qui est nécessaire, et du faible taux de production, ainsi que les courtes durées de vie. Afin de résoudre le problème, deux spectromètres de masse ISOLTRAP et MISTRAL peuvent être utilisés, tous les deux situés à ISOLDE/CERN (Genève). MISTRAL est un spectromètre de masse à transmission pour les noyaux de courtes durées de vie, et ISOLTRAP est un spectromètre de masse basé sur l'utilisation de pièges de Penning, qui effectue des mesures de masses de haute précision. Cette thèse décrit les techniques pour repousser les limites de ces deux instruments complémentaires: un système de refroidissement de faisceau pour améliorer la sensibilité de MISTRAL et une procédure d'optimisation pour améliorer la définition des champs de piégeage d'ISOLTRAP. Des mesures très précises ont été effectuées avec ISOLTRAP afin d'augmenter le nombre de noyaux très bien connus dans la table de masse, et afin d'examiner le cas de deux nouveaux nombres magiques N = 32 et N = 40. Les résultats montrent un surplus d'énergie de liaison pour le 56Cr32 dû à la présence d'une probable déformation. Un faible effet<br />apparait pour le 68Ni40, peut-être dû à une compétition avec la demi-couche à N = 39, la présence d'une fermeture de couche à N = 40 est exclue par nos résultats.

Les corrélations jouent un rôle crucial dans la compréhension des noyaux légers à et au-delà de la dripline neutron. Dans cette optique, le noyau à halo de 2 neutrons 6He et les systèmes 5H, 7,9He et 10Li ont été étudiés via la mesure de la cassure des faisceaux d'6He et de 11,12Be. Les détecteurs CHARISSA et DEMON ont été utilisés. L'interprétation a été facilitée grâce au code de simulation SILLAGE modélisant le dispositif expérimental. Dans le cas de l'7He, l'existence d'un état excité avec Er ~ 1 MeV et gamma ~ 0.75 MeV a été confirmé. Le caractère virtuel de l'onde s de l'état fondamental du 10Li a été confirmée et une longueur de diffusion as ~ -16 fm déduite. Les résultats pour l'9He suggèrent qu'un état s virtuel existerait juste au dessus du seuil. L'étude de la cassure à trois corps de l'6He a permis de mettre en évidence que l'état 2+ décroissait de façon essentiellement directe, alors que le processus réactionnel du continuum est séquentiel, via un passage par l'5He. La distance rms entre les 2 neutrons de valence obtenue par l'interférométrie d'intensité est de 7,7 +- 0,8 fm. Cette valeur a été confirmée par une méthode utilisant les représentations de Dalitz. Une structure large a été mise en évidence dans l'5H avec Er ~ 1,8 MeV et gamma ~ 2,1 MeV. Une comparaison avec un modèle récent à trois corps suggère qu'il s'agit d'un état 1/2+. Une distance rms entre les deux neutrons de valence d'environ 5,4 fm a été extraite. Enfin, l'existence du tétraneutron a été recherchée via une nouvelle voie : 12Be* se fragmentant en 2 alpha + Xn. Aucun signal n'a été observé au delà de ce qui était attendu en provenance du bruit de fond.

Cette étude porte sur l'importance des configurations a-2n et triton-triton de l'6He. Nous avons mesuré la distribution angulaire de la réaction de transfert 6He(p,t)a à 25 A.MeV au GANIL avec le spectromètre SPEG couplé au détecteur MUST. Les angles avant et arrière c.m. sont obtenus avec SPEG. Les coïncidences des modules MUST fournissent les angles intermédiaires. La diffusion élastique 6He(p,p)6He, également mesurée avec le spectromètre SPEG, fixe le potentiel optique 6He+p pour la voie d'entrée de la réaction de transfert. Des calculs DWBA et en voies couplées de la section efficace différentielle de 6He(p,t)a ont permis d'étudier la sensibilité aux voies de réactions possibles du système 6He+p et notamment la cassure de l'6He en discrétisant le continuum. La comparaison entre les sections efficaces différentielles de 6He(p,t)a calculée et expérimentale donne un facteur spectroscopique proche de 1 pour la configuration a-2n et compris entre 0.06 et 0.09 pour la configuration t-t.

Ce travail de thèse porte sur les développements techniques effectués sur le multidétecteur TONNERRE et sur l'étude par spectroscopie complète bêta-neutron-gamma de la structure du 34Si. <br> La première partie du document présente les différents tests effectués sur les modules du détecteur aussi bien au Centre d'Etude de Bruyères le Châtel (CEA/DAM) qu'au LPC Caen. Il y est montré que le changement des embases des photomultiplicateurs a permis de gagner plus de 50% d'efficacité de détection des neutrons en permettant d'abaisser le seuil de détection en dessous de 300 keV neutron. Une simulation, en C++, de la propagation des neutrons dans l'ensemble de détection a été menée montrant que l'unique façon de reproduire les spectres en temps de vol est de considérer une composante lente dans la distribution en temps d'émission de la lumière du scintillateur plastique. <br> La seconde partie de ce mémoire présente l'expérience réalisée au GANIL sur l'étude de la structure du 34Si à partir de la décroissance bêta du 34Al en utilisant le multidétecteur TONNERRE ainsi que des détecteurs germaniums provenant d'EXOGAM. L'isotope 34Al était produit par fragmentation du projectile d'un faisceau de 36S sur une cible de 9Be. Un schéma de la décroissance du 34Al est proposé, huit raies neutrons suivant cette décroissance ont été observée pour la première fois. Nous présentons enfin quelques indications montrant qu'une transition monopolaire électrique aurait peut être lieu dans le 34Si signant un possible 0+2 à 2133 keV dans ce noyau.

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des noyaux lourds soumis à des conditions extrêmes de spin et d'isospin. Les expériences présentées ont été menées à l'IReS de Strasbourg et au GANIL de Caen avec les multidétecteurs gamma EUROBALL IV et EXOGAM auprès, respectivement, des accélérateurs VIVITRON et SPIRAL. Les noyaux étudiés ont été peuplés via des réactions de fusion-évaporation. Pour exploiter les données, nous avons développé de nouvelles méthodes d'analyse reposant sur la logique floue. <br> Deux expériences ont été réalisées auprès d'EUROBALL IV et portaient sur les noyaux superdéformés de masse A~190-200 à savoir les isotopes superdéformés de plomb 197,l98Pb et l'isotope superdéformé de bismuth 196Bi. Dans le premier cas, nous avons découvert six nouvelles bandes superdéformées ce qui nous a permis de mettre en évidence un couplage entre vibrations octupolaires et excitations intrinsèques. Dans le second, nous avons observé la transition superdéformée gamma de plus basse énergie si on exclut les isomères de fission. Ces résultats ont été interprétés à partir de calculs théoriques microscopiques auto-cohérents statiques et dynamiques effectués en collaboration avec des physiciens des groupes de Physique Théorique de l'IPN Lyon et du SPTh/Saclay. <br> La dernière partie de ce travail a concerné la recherche de grandes déformations dans les noyaux de terres-rares de la zone de masse A~120-130 très déficients en neutrons situés près de la ligne d'émission spontanée de proton. Cette étude a été mise en oeuvre avec le multidétecteur gamma EXOGAM en couplage avec le détecteur de particules chargées légères DIAMANT et le faisceau radioactif de 76Kr délivré par SPIRAL.

Cette thèse entre dans le cadre de l'étude des noyaux loin de la vallée de stabilité produits au GANIL par fragmentation du projectile aux énergies intermédiaires. Elle comprend deux parties. La première concerne l'étude des noyaux exotiques très légers ayant des nombres de neutrons proches de 14. C'est la première fois que la méthode spectroscopie gamma en-ligne par fragmentation du projectile est utilisée avec des faisceaux incidents radioactifs au GANIL. Ainsi les performances et les limitations de cette méthode ont pu être établies. 40 noyaux différents ont été produits et étudiés en même temps. Une forte dépendance dans les peuplements des états excités en fonction du type de projectile a été observée. Des informations nouvelles sur la structure ont pu être obtenues pour les isotopes de 14,15B, 17,18,19,20C, 18,19,20,21,22N, 22,23,24O, 24,25,26F, 29Ne. Les schémas de niveaux établis ont été comparés aux prédictions du modèle en couches. En particulier l'énergie de 1588(20) keV trouvée pour le premier état excité 2+ dans 20C ainsi que l'inexistence d'un état lié dans 24O a montré que l'interaction proton-neutron joue un rôle très important dans la structure de ces noyaux.<br> Dans la deuxième partie, une expérience concernant les noyaux isomères riches en neutrons autour de 68Ni produits par le spectromètre LISE est présentée. C'est la première fois que la méthode "fast timing" est appliquée à l'étude des noyaux produits par la fragmentation du projectile. Des temps de vie entre quelques dizaines de picosecondes et quelques nanosecondes ont été mesurés avec une grande précision pour plusieurs niveaux dans les noyaux 67,69,90Ni et 71,72Cu. Ces résultats ont permis de vérifier les prédictions du modèle en couches pour plusieurs transitions de type E2 et leurs probabilités de transitions B(E2) associées.

La mesure des masses des noyaux permet d'obtenir l'énergie de liaison qui reflète toutes les interactions régnant au sein du noyau atomique. Pour les noyaux N=Z, l'énergie de liaison présente une singularité qui peut être reproduite par l'ajout d'un terme de Wigner dans les formules de masses. Cet effet est étudié par l'intermédiaire de l'interaction neutron-proton qui présente un excédent pour les noyaux N=Z qui tend à disparaître pour les noyaux pair-pair lorsque le nombre de masse A augmente. Cependant, pour les noyaux N=Z impair-impair, l'interaction neutron-proton tend à se stabiliser au delà de A=40 avec un excédent d'environ 2 MeV. Une mesure de la masse atomique du noyau N=Z=37 74Rb a été réalisée avec le spectromètre à radiofréquence MISTRAL qui est installé au CERN. La fréquence cyclotron du 74Rb à l'intérieur d'un champ magnétique est mesurée en la synchronisant avec la fréquence d'un champ électrique, qui module l'énergie cinétique des ions. Cette fréquence cyclotron est comparée à celle d'un noyau de référence, de masse bien connue, à l'intérieur du même champ magnétique et le rapport des deux fréquences donne le rapport des deux masses atomiques. Cette mesure dont la précision obtenue est de 116 keV, a confirmé la stabilisation de l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z impair-impair. Différentes formules de masses ont été étudiées et l'interaction neutronproton a été calculée à partir des masses prédites par ces formules puis comparée aux valeurs expérimentales. En particulier, le modèle IBM-4, basé sur la symétrie SU(4) a été utilisé pour calculer les masses des noyaux N=Z et des noyaux pair-pair et ainsi en déduire l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z pair-pair. Un autre point intéressant du 74Rb est sa décroissance super-permise vers le 74Kr dont l'énergie et la demi-vie permettent de calculer la constante de couplage vecteur de la théorie électrofaible, qui est supposée indépendante du noyau par l'hypothèse CVC.

L'exploration de la vallée de stabilité dans la direction des isospins est actuellement un enjeu très important en physique nucléaire. Dans ce cadre, les mesures de masses sont de très bonnes indications des changements de structures nucléaires et permettent la contrainte, loin de la stabilité, des modèles existants. Ce travail est consacré à l'étude de la région riche en neutrons autour de ^32_12Mg_20, nucléide radioactif de très courte durée de vie (95 ms). MISTRAL est un spectromètre à radiofréquence et à transmission en ligne installé au CERN à ISOLDE au cours de l'été 1997. La mesure de masse s'effectue par la mesure de la fréquence cyclotron de l'ion tournant dans un champ magnétique homogène comparée à celle d'un ion de référence. Cette méthode permet des mesures de masse très rapides et très précises (quelques 10−7). Des mesures de la masse de 25,26Ne et 32Mg ont été effectuées en 1999. L'analyse a été rendue complexe par la présence de nombreux isobares dans le faisceau radioactif. La masse de 32Mg a été trouvée plus liée de 280 keV par rapport aux tables. Les valeurs de MISTRAL pour les trois nucléides sont plus précises et ont donc le plus grand poids dans la nouvelle évaluation. La zone de déformation de la région étudiée est renforcée. La fermeture de couche à N = 20 semble disparaître pour ces nucléides. Une nouvelle méthode de mesure de masse avec le spectromètre MISTRAL ainsi que des comparaisons à des modèles classiques en physique nucléaire (modèle en couche, modèle de champ moyen, etc.) ont également été étudiées.

Le travail présenté porte sur deux aspects des méthodes microscopiques variationnelles utilisées de manière extensive dans les calculs de structure nucléaire à basse énergie. La première étude se situe à l'approximation du champ moyen où la formalisation du lien entre la fonction d'onde d'un noyau pair-pair et celle du voisin pair-impair est revisitée. Afin d'en obtenir une description cohérente quelle que soit l'intensité de l'appariement dans le système, l'utilité de la formalisation de ce lien selon un processus en deux étapes est démontrée. La séparation des étapes autorise l'extraction d'effets associés à différents canaux de la force lors de l'ajout d'un nucléon dans la fonction d'onde du système. En particulier, des formules perturbatives évaluant la contribution des termes de la fonctionnelle impairs sous renversement du temps à l'énergie de séparation d'un nucléon en présence et en l'absence d'appariement sont dérivées. Des calculs auto-cohérents valident ensuite le schéma théorique ainsi que les formules d'approximation d'un point de vue quantitatif. Cette première étude se termine par une analyse approfondie de l'oscillation pair/impair des masses dans les noyaux. Le schéma développé permet à nouveau d'identifier la contribution de chacun des canaux de la force à cette observable. La nécessité d'une meilleure connaissance des termes impairs de la fonctionnelle de l'énergie pour conclure quant à la formule de différence de masses la plus apte à isoler le gap d'appariement au niveau de Fermi est identifiée. Ces termes n'étant pas sous contrôle aujourd'hui, c'est au prix d'un travail significatif sur ceux-ci qu'un ajustement précis de la force d'appariement sur l'oscillation pair/impair des masses expérimentales sera possible. La seconde étude porte sur les méthodes de calculs au-delà du champ moyen visant à inclure les corrélations associées aux mouvements de grande amplitude dans le noyaux. Leurs effets sont introduits au moyen de la GCM et de la méthode du champ moyen projeté qui se caractérisent par l'utilisation d'un mélange de fonctions de champ moyen non-orthogonales comme fonction d'essai dans le processus variationnel. Une théorie de perturbation permettant pour la première fois de fonder ces calculs sur une base diagrammatique est développée. Dans le même temps, la resommation des corrélations à deux corps autorise la définition de l'interaction effective minimale renormalisant les divergences associées au cur dur de l'interaction nucléon-nucléon libre dans ce contexte. Procédant à une approximation locale de cette interaction, la première prescription reposant sur des bases théoriques solides est proposée pour la dépendance en densité des forces effectives phénoménologiques à utiliser dans les calculs de mélange de configurations. Traitant d'une autre origine de la dépendance en densité de l'interaction, la possible renormalisation de l'effet des forces à plus de deux corps par une dépendance en la densité mixte est démontrée pour les calculs de mélange de configurations. La forme étendue de la force de Skyrme issue de ces développements formels est alors testée au moyen de calculs de mélange de configurations visant à reproduire le phénomène de coexistence de forme dans le 186Pb.

L'interaction spin-orbite dépend de l'orientation relative du spin et du moment angulaire ainsi que sur la dérivée de la densité du noyau. Dans le but de tester cette dépendance en densité, nous proposons une méthode originale basée sur la comparaison du noyau "bulle" de 34Si et le noyau "normal" de 36S. Le 34Si présente un appauvrissement de sa densité centrale qui créé une dérivée centrale non nulle et impliquerait un changement de l'intensité de l'interaction spin-orbite pour les orbites intérieures comme les orbites p (L = 1). Effectuer des réactions de transfert (d,p) permet de déduire l'écart en énergie entre les partenaires spin-orbite p3/2 et p1/2. Selon les modèles, l'écart spin-orbite varie de 7% (interaction VlowK) à 70% (modèle champ moyen relativiste) entre le 36S et le 34Si. Les faisceaux de 36S et 34Si, produit avec le spectromètre LISE à 20A.MeV, ont été envoyé sur une cible de CD2. Les particules incidentes sont suivies avec 2 détecteurs gazeux CATS. Les protons émis durant la réaction sont identifiés par 4 détecteurs Silicium segmentés (MUST2) placés aux angles arrières. Les 4 détecteurs EXOGAM (détecteur Germanium segmenté) ont détectés les photons émis en coïncidence. Les noyaux produits sont identifiés avec une chambre à ionisation et un détecteur plastique. Les spectres d'énergie d'excitation du 35Si et du 37S ont été déterminés jusqu'à environ 7 MeV. Les facteurs spectroscopiques et les énergies des états p et f ont été mesurés pour la première fois dans le 35Si. Ces deux noyaux montrent de fortes similarités pour les états f7/2 et f5/2, alors que l'écart en énergie des états p3/2 et p1/2 est réduit de 55% ce qui prouve manifestement la dépendance en densité de l'interaction spin-orbite.