Il est maintenant établi qu'il existe un ïlot d'inversion autour du noyau riche en neutrons $^{32}$Mg (12 protons, 20 neutrons) en contradiction avec l'image de la fermeture de couche N=20. Cette inversion implique une coexistence de forme entre les configurations sphériques et déformée. Le travail présent étudie la spectroscopie $\gamma$ des noyaux de cette région grâce à une expérience réalisée au GANIL avec un faisceau secondaire composite produit par fragmentation. L'originalité de cette méthode utilisée réside dans la possibilité d'étudier simultanément plusieurs noyaux, et pour chaque noyau d'explorer plusieurs voies de réaction. Le spectromètre VAMOS a été utilisé pour l'identification des éjectiles. Les rayonnements $\gamma$ étaient détectés par EXOGAM, un ensemble de détecteurs germanium. Les détecteurs utilisés avant et après la cible de C$D_2$permettaient une identification unique des noyaux et une sélection de la voie réaction : diffusion inélastique, réactions de transferts et de fragmentation.<br />Les noyaux suivants ont été étudiés: $^{28}$Ne, $^{30-32}$Mg, $^{31-34}$Al, $^{33-35}$Si, $^{35}$P. De nouvelles transitions ont été observées. Les distributions angulaires de rayonnements $\gamma$ ainsi que les les corrélations angulaires $\gamma$-$\gamma$ ont pu être mesurées pour certaines transitions. Une attribution des spins et parités de certains états a ainsi été proposée. En particulier, l'assignation de l'état $3^-$ dans le $^{34}$Si est confirmée et un candidat est proposé pour le second état $0^+$, correspondant à la configuration déformée. Dans le $^{32}$Mg, l'état à 2.321 MeV, pour lequel des attributions contradictioires existent, est vraisemblablement un $4^+$, et nous proposons un candidat pour un état $6^+$.

Le sujet de ce travail est double. L'objectif principal est de mesurer le paramètre de corrélation angulaire (aβν) dans la décroissance bêta de l'6He1+ avec une précision relative de l'ordre de 0.5% ainsi que la probabilité de shakeoff associée. Une déviation entre les valeurs expérimentale et théorique de aβν mettrait en évidence l'existence de courant tensoriel dans l'interaction faible. Par conséquent, la structure en V-A du Modèle Standard utilisée pour décrire l'interaction faible serait remise en question. Un piège de Paul est utilisé pour confiner les ions d'6He1+ dans un volume très petit presque au repos afin d'avoir une source aussi bien définie que possible. Les particules bêta et les ions de recul issus de la décroissance sont détectés en coïncidence par un dispositif placés autour du piège. Ce dispositif est également sensible aux différents états de charge de l'ion de recul et permet aussi de mesurer les pro- babilités de shakeoff. Ces dernières et aβν sont déduites à partir d'une comparaison entre les données expérimentales et des simulations Monte-Carlo réalistes du spectre en temps de vol des ions de recul effectuées avec les codes Simion et Geant4. L'ensemble des distributions experimentales mesurées permet de contrôler les effets systématiques principaux. La seconde partie de cette thèse est dédiée au développement d'un nouvel Ensemble Cible Source (ECS) utilisant une source d'ions : FEBIAD (Forced Electron Beam Induced By Arc Discharge). Plusieurs expériences ont été réalisées afin de tester la fiabilité de cet ECS et mesurer les taux de production des nouveaux faisceaux attendus. Elles ont conduit à une version améliorée de celui-ci qui sera testée en décembre 2013. Dans le cadre de cette mise à niveau, les nouveaux faisceaux devraient être disponibles en 2016.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Ce mémoire présente l'étude expérimentale de la courbe d'excitation de la réaction d+d -> ^4He pour des énergies des deutérons incidents variant entre 4 et 12,5 MeV, ainsi que la détermination des distributions angulaires des photons émis pour trois énergies des deutérons incidents. Les expériences ont été réalisées à l'aide du faisceau de deutérons de l'accélérateur Tandem de l'Université de Montréal, et le dispositif expérimental a été conçu par l'auteur lors d'un travail précédent. Nous avons pu définir la courbe d'excitation dans un domaine où aucun résultat expérimental n'existait au moment de sa publication (De09), et établir que les distributions angulaires étaient bien caractéristiques d'une transition quadrupolaire pratiquement pure. Nous avons étudié le comportement de certaines fonctions d'onde de ^4He obtenues à partir du modèle en couches et des techniques de Hartree-Fock, lorsqu'on les utilise dans le calcul (dans le cadre de la théorie des perturbations) de la section efficace de photodésintégration de l'hélium en deux deutérons. Nous avons adapté le calcul développé par Flowers et Mandl (FM51) et montré que ces fonctions d'onde, qui donnent de bonnes valeurs du rayon et de l'énergie de liaison sans ajustement de paramètre, ne permettent pas de reproduire la courbe d'excitation mesurée. Il ne faut pas rejeter ce défaut sur la seule fonction d'onde de ^4He mais plutôt remettre en cause l'approximation de Born (PWBA). Nous avons ébauché une tentative macroscopique (DWBA) pour tenir compte de cet effet.

A partir des années 1990, la spectroscopie d'impulsion d'ions de recul s'est imposée comme l'outil idéal pour l'étude des collisions ion-atome et ion -molécule. Le développement de cette technique expérimentale au cours des vingt dernières années est ici détaillé et illustré par des résultats marquants obtenus dans ce domaine au GANIL (CAEN) et au J.R. MacDonald Laboratory (Kansas State University). La spectroscopie d'impulsion d'ions de recul se trouve être également particulièrement bien adaptée à la mesure du paramètre de corrélation angulaire b-v en décroissance b L'expérience LPCTrap, installée au GANIL, est basée sur l'utilisation de cette technique et d'un piège de Paul pour le confinement des noyaux radioactifs. Les mesures précises qui ont été réalisées permettent à la fois de tester certaines hypothèses essentielles du Modèle Standard des particules élémentaires et d'étudier le processus d'ionisation par " shakeoff " de l'électron.

Ce travail de thèse a été consacré à l'étude des noyaux avec quelques trous dans la fermeture de couche N = 82, qui présente une très riche variété d'excitations à hauts spins. La particularité de ces noyaux est la présence de coexistence de forme (sphérique et/ou triaxiale) à des spins très élevés. Durant ma thèse, j’ai analysé une expérience effectuée avec le multidétecteur Euroball à l’IPHC (Strasbourg) pour l'étude des états de haut spin dans le noyau ¹⁴¹Nd, peuplé en utilisant la réaction de fusion-évaporation : ⁹⁶Zr (⁴⁸Ca, 3n). Nous avons identifié plusieurs bandes à spin élevé et développé le schéma de niveaux jusqu'à une énergie d'excitation et spin de l’ordre de 19 MeV et 81/2⁻ respectivement, qui sont bien plus élevés par rapport à celui publié précédemment (9.4 MeV et 49/2h). Trois nouvelles bandes dipôlaires et trois nouvelles bandes rotationnelles quadrupolaires ont été identifiées. La séquence principale yrast a aussi été étendue jusqu’au spin 61/2⁻.Nous avons réalisé des calculs théoriques détaillés des bandes observées, en intégrant, pour la première fois, les résultats qu’on a obtenus par les modèles Cranked Nilsson-Strutinsky (CNS) et Tilted Axis Cranking (TAC). Une interprétation cohérente de la plupart des bandes observées a été réalisée, qui semblent être basées sur des minimas d’énergies presque sphérique pour les séquences principales, légèrement déformée pour les bandes dipoalires et triaxiale déformée pour les bandes quadrupolaires. La structure de niveau observée dans le noyau ¹⁴¹Nd révèle la capacité des noyaux avec quelques trous dans la fermeture de couche N = 82 à acquérir des formes différentes de tourner autour d'un axe principal ou d'un axe incliné par rapport au système de référence intrinsèque, comme dans le cas des noyaux ¹³⁸Nd et ¹⁴⁰Nd récemment étudiés par notre groupe. Tous ces résultats représentent donc un fort soutien à l'existence de la forme nucléaire triaxiale stable à hauts spins dans cette région de masse. / This PhD work was devoted to the study of exotic nuclear rotation and stable triaxiality at very high spin. In, nuclei with a few holes in the N = 82 shell closure, which exhibit a large variety of excitations at medium and high spins. The peculiar feature of these nuclei is the existence of coexisting shapes, spherical and triaxial, up to very high spins.During my PhD I analyzed an experiment performed with the Euroball multidetector at IPHC (Strasbourg) for the study of high-spin states in ¹⁴¹Nd populated using the ⁹⁶Zr (⁴⁸Ca, 3n) fusion-evaporation reaction. We have identified several high-spin bands and developed the level scheme up to an excitation energy and spin of 19 MeV and 81/2⁻ , respectively, which are much higher than previously published (9.4 MeV and 49⁄2 ℏ). Three new dipole bands and three new ΔI = 2 rotational bands have been identified. The main yrast sequence was extended up to spin 61/2⁻.A detailed interpretation of the observed bands was performed, for the first time, using theoretical calculations with Cranked Nilsson-Strutinsky (CNS) and the Tilted Axis Cranking (TAC) models. A consistent interpretation of most of the observed bands was realized. They appear to be based on nearly spherical for the main sequence, slightly deformed for the dipole bands and triaxially deformed minima for the ΔI = 2 bands. The observed level structure of ¹⁴¹Nd reveals the capability of the nuclei with a few holes in the N = 82 shell closure to acquire different shapes and to rotate around a principal or a tilted axis relative to the intrinsic reference system, as in the case of the ¹³⁸Nd and ¹⁴⁰Nd nuclei recently studied by our group.

Les modèles aux moments angulaires constituent des descriptions intermédiaires entre les modèles cinétiques et les modèles fluides. Dans ce manuscrit, les modèles aux moments angulaires basés sur un principe de minimisation d'entropie sont étudiés pour des applications en physique des plasmas. Ce mémoire se découpe en trois parties. La première est une contribution à la modélisation en physique des plasmas à travers le formalisme des modèles aux moments angulaires. Dans celle-ci, le domaine de validité de ces modèles est étudié en régimes non-collisionels. Il est également montré que les opérateurs de collisions proposés pour le modèle M1 permettent de retrouver des coefficients de transport plasma précis. La deuxième partie de ce document concerne la dérivation de méthodes numériques pour l'étude du transport de particules en temps long. Dans ce cadre, des schémas numériques appropriés pour le modèle M1, préservant l'asymptotique, sont construits et validés numériquement. La troisième partie représente un premier pas significatif vers la modélisation multi-espèces. Ici, le modèle aux moments angulaire M1, construit dans un référentiel mobile, est appliqué à la dynamique des gaz raréfiés. Les propriétés de ce modèle sont détaillées, un schéma numérique est proposé et une validation numérique est menée. / Angular moments models represent alternative descriptions situated in between the kinetic and the fluid models. In this work, angular moments models based on an entropy minimisation principle are considered for plasma physics applications. This manuscript is organised in three parts. The first one is a contribution to plasma physics modelling within the formalism of angular moments models. The validity domain of angular moments models in collisionless regimes is studied. It is also shown that the collisional operators proposed for the M1 angular moments model enable to recover accurate plasma transport coefficients. The second part of this document deals with the derivation of numerical methods for the long timescales particle transport. Appropriate asymptotic-preserving numerical schemes are designed for the M1 angular moments model and numerical validations are performed. The third part represents a first important step toward multi-species modelling. The M1 angular moments model in a moving frame is introduced and applied to rarefied gas dynamics. The model properties are highlighted, a numerical scheme is proposed and a numerical validation is carried out.

Contexte : La chromodynamique quantique (CDQ), théorie de l’interaction forte, prédit un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons (PQG) dont les degrés de liberté fondamentale, les quarks et les gluons, peuvent bouger quasi-librement. Les hautes températures et densités de particules, qui sont nécessaires, sont supposées être les conditions de l’univers dans ses premiers moments ou dans les étoiles à neutrons. Récemment elles ont été recrées par des collisions de noyaux d’ions lourdes à hautes énergies. Ces expériences étudient le PQG par la détection des particules de hautes énergies qui traversent le milieu, notamment, les quarks lourds. Les mécanismes de leur perte d’énergie dans le PQG ne sont pas compris complètement. Particulièrement, ils sont attribués aux processus soit de radiation induite par le milieu, soit de collisions de particules de type 2 vers 2, ou des combinaisons.Méthodes : Afin de trouver de nouvelles observables pour pouvoir distinguer les mécanismes de la perte d’énergie, on a implémenté un algorithme Monte-Carlo, qui simule la formation des cascades des particules à partir d’une particule initiale. Pour traiter le milieu, on a introduit des interactions PQG-jets, qui correspondent aux processus collisionnels et radiatifs. Les corrélations entre deux particules finales des cascades, dont une représente un quark trigger, ont été examinées comme moyen pour distinguer les modèles.Résultats : La dépendance de l’ouverture angulaire pour des corrélations entre deux particules en fonction des énergies des particules peut servir comme moyen pour séparer les mécanismes collisionnels et radiatifs de la perte d’énergie dans le milieu. / Context: Quantum chromodynamics (QCD), the theory of the strong interactions, predicts a new state of matter, the quark-gluon plasma (QGP), where its fundamental degrees of freedom, the quarks and gluons, behave quasi-freely. The required high temperatures and/orparticle densities can be expected for the early stages of the universe and in neutron stars, but have lately become accessible by highly energetic collisions of heavy ion cores. Commonly, these experiments study the QGP by the detection of hard probes, i.e. highly energetic particles, most notably heavy quarks, that pass the medium. The mechanisms of their energy-loss in the QGP are not yet completely understood. In particular, they are attributed to processes of either additional, medium induced radiation or 2 to 2 particle scattering, or combinations thereof.Methods: In a theoretical, phenomenological approach to search for new observables that allow discriminating between these collisional and radiative energy-loss mechanisms a Monte-Carlo algorithm that simulates the formation of particle cascades from an initial particle was implemented. For the medium, different types of QGP-jet interactions, corresponding to collisional and/orradiative energy loss, were introduced. Correlations between pairs of final cascade particles, where one represents a heavy trigger quark, were investigated as a means to differentiate between these models.Findings: The dependence of angular opening for two particle correlations as a function of particle energy may provide a means to disentangle collisional and radiative mechanisms of in-medium energy loss.

L'étude des noyaux exotiques riches en neutrons est l'un des enjeux actuels majeurs de la physique nucléaire expérimentale. Le spectromètre S ³ , aujourd'hui en construction, pourrait permettre de les produire "en vol" grâce aux hautes intensités de l'accélérateur linéaire de Spiral2. Le mécanisme de réaction utilisé serait celui des collisions profondément inélastiques, pour ses caractéristiques telles que l'échange de nombreux nucléons et l'équilibre en N/Z des produits obtenus. Les recherches sur ce mécanisme, débutées dans les années 1970, bénéficient aujourd'hui des progrès technologiques, en particulier concernant les spectromètres de particules chargées. On a mesuré, pour la première fois sur une gamme de 0° à 35°, les sections efficaces de réactions d2sigma/dOmegadE pour différents noyaux riches en neutrons formés par collisions profondément inélastiques entre un faisceau de ⁴⁸Ca¹ ⁹ ⁺ à 10 A MeV et une cible de ² ³ ⁸U de 170(+-10%) ug/cm ². L'expérience a été réalisée au Ganil, avec le spectromètre Vamos couplé à sept clovers Exogam afin de confirmer l'identification des noyaux produits par leur signature gamma. De plus, un détecteur BaF₂ a permis la mesure de l'intensité du faisceau, essentielle au calcul des sections efficaces absolues. Les distributions angulaires, en énergie et en masse des sections efficaces double différentielles absolues sont présentées pour une large plage de quasi-projectiles. Les résultats sont comparés à ceux donnés par le couplage des modèles DIT (Deep Inelastic Transfers) et Gemini++. Les résultats obtenus montrent une production importante qui laisse envisager ce mécanisme pour la formation de noyaux riches en neutrons. Les modèles sont globalement cohérents avec les résultats et les différences majeures concernent généralement les quasi-projectiles très proches ou au contraire très éloignés du faisceau. Les implications pour la production de faisceau avec S³ sont également discutées. / The study of neutron-rich nuclei is one of the main challenges nowadays in experimental nuclear physics. Thanks to the future high intensity beams delivered by the linear accelerator of Spiral2, the S ³ spectrometer might allow their production using the "in-flight" method. The deep inelastic reaction mechanism might be used due to the important multi-nucleon transfer and the N/Z equilibration. Studies on this topic, started in the seventies, take advantages of the new available devices. We measured, for the first time between 0° and 35° in the laboratory frame, the reactions cross-sections d2sigma/dOmegadE for the neutron-rich nuclei formed by deep inelastic collisions between a 10 A MeV ⁴⁸Ca ¹ ⁹ ⁺ beam and a 170(+-10%) ug/cm² ² ³ ⁸U target. The experiment was performed at Ganil using the Vamos spectrometer coupled to seven Exogam to confirm the nuclei identification using their gamma signature. Moreover, a BaF2 detector was used to extract the beam intensities, essential for the absolute cross sections measurements. Momentum, angular and mass distributions of absolute differential cross-sections are presented for a wide range of quasi-projectiles. The results are compared with those of DIT (Deep Inelastic Transfers) coupled with Gemini++ theoretical calculations. The models are generally consistent with the results. Important differences appear for quasi-projectiles very close and very far from the beam. Relevant implications for S³ beam production are pointed out.

Les sections efficaces neutroniques des noyaux de courte durée de vie sont des données cruciales pour la physique fondamentale et appliquée dans des domaines tels que la physique des réacteurs ou l'astrophysique nucléaire. En général, l'extrême radioactivité de ces noyaux ne nous permet pas de procéder à des mesures induites par neutrons. Cependant, il existe une méthode de substitution (" surrogate " dans la littérature) qui permet de déterminer ces sections efficaces neutroniques par l'intermédiaire de réactions de transfert ou de réactions de diffusion inélastique. Son intérêt principal est de pouvoir utiliser des cibles moins radioactives et ainsi d'accéder à des sections efficaces neutroniques qui ne pourraient pas être mesurées directement. La méthode est basée sur l'hypothèse de formation d'un noyau composé et sur le fait que la désexcitation ne dépend essentiellement que de l'énergie d'excitation et du spin et parité de l'état composé peuplé. Toutefois, les distributions de moments angulaires et parités peuplés dans des réactions de transfert et celles induites par neutrons sont susceptibles d'être différentes. Ce travail fait l'état de l'art sur la méthode substitution et sa validité. En général, la méthode de substitution fonctionne très bien pour extraire des sections efficaces de fission. Par contre, la méthode de substitution dédiée à la capture radiative est mise à mal par la comparaison aux réactions induites par neutrons. Nous avons réalisé une expérience afin de déterminer les probabilités de désexcitation gamma du 176Lu et du 173Yb à partir des réactions de substitution 174Yb(3He,p)176Lu* et 174Yb(3He,alpha)173Yb*, respectivement, et nous les avons comparées avec les probabilités de capture radiative correspondantes aux réactions 175Lu(n,gamma) et 172Yb(n,gamma) qui sont bien connues. Cette expérience a permis de comprendre pourquoi, dans le cas de la désexcitation gamma, la méthode de substitution donne des écarts importants par rapport à la réaction neutronique correspondante. Ce travail dans la région de terres rares a permis d'évaluer dans quelle mesure la méthode de substitution peut s'appliquer pour extraire des probabilités de capture dans la région des actinides. Des expériences précédentes sur la fission ont aussi pu être réinterprétées. Ce travail apporte donc un éclairage nouveau sur la méthode de substitution.

Le but de ce travail a été de rechercher les possibilités de la technique ESCA dans la détermination de profils de concentrations sur les cent premiers angströms d'un matériau. La première idée a été d'utiliser la méthode classique de l'abrasion par un bombardement d'ions. Nous avons établi un formalisme permettant d'améliorer la résolution, mais celle-ci reste néanmoins mauvaise à cause des perturbations amenées par l'interaction des ions avec la surface. Cette méthode ne peut cependant pas être écartée car elle donne néanmoins l'allure du profil avec une mauvaise résolution. On a donc cherché une alternative en définissant le principe d'une nouvelle méthode non destructive qui consiste à effectuer une distribution angulaire des électrons analysés. L'extraction du profil passe par une méthode numérique d'optimisation puissante (méthode du Simplexe), mais nécessite d'imposer une contrainte sur la forme du profil, ce qui restreint actuellement le domaine d'applications aux profils monotones (interfaces, diffusions, oxydation, ...). Les études en simulations, puis les applicitions expérimentales (interfaces Ag-Pd, Ag-Al2O3 et SiO2-Si) sont satisfaisantes. Ii est permis de conclure qu'il est possible de déterminer des profils de concentrations par distribution angulaire, à condition d'avoir au préalable bien caractérisé le système à étudier. A cet effet la technique de l'abrasion ionique peut être un moyen d'obtenir la forme du profil en première approximation. Bien que la mise en oeuvre expérimentale de la méthode se soit avérée délicate pour obtenir une mesure fiable et reproductible de rapports d'intensités, et que l'extraction du profil nécessite un temps de calcul d'ordinateur non négligeable, cette nouvelle méthode est capable d'apporter une information de qualité, destinée plutôt d'ailleurs à des études fondamentales qu'à des applications industrielles directes. L'état de la surface de l'échantillon est en effet un critère important de la validité du résultat (nécessité de surfaces peu rugueuses et homogènes, l'analyse n'étant pas ponctuelle), et il convient donc dans la mesure du possible d'utiliser la méthode des distributions angulaires sur des échantillons appropriés pour que la notion de profil fin reste réaliste; l'idéal serait de pouvoir contrôler leur surface par d'autres méthodes, comme la microscopie électronique. De plus, la précision sur la mesure des rapports d'intensités pourrait être améliorée avec un appareillage mieux approprié (spectromètre mobile par exemple). On a vu que les principales limitations observées semblent provenir du fait que l'information sur les concentrations est masquée par l'atténuation exponentielle des électrons; cependant il n'est pas impossible qu'il existe des moyens permettant d'éliminer les solutions aberrantes sans qu'il soit nécessaire d'imposer une contrainte aussi rigide qu'actuellement. Il resterait donc à étendre cette méthode à toutes les formes de profils (notamment dans le but d'étudier le cas particulier intéressant de la ségrégation à la surface d'alliages), et ceci en intervenant surtout au niveau du traitement numérique. D'autre part, il serait intéressant à notre avis de tenter de mettre en oeuvre une autre méthode, à laquelle nous avons déjà fait allusion, basée sur la variation de la profondeur analysée avec l'énergie cinétique des électrons, en utilisant soit plusieurs sources ponctuelles de rayons X, soit le rayonnement synchrotron. Bien que la tentative de Spicer dont nous avons parlé se situe dans des conditions plutôt défavorables, cette dernière reste néanmoins envisageable en utilisant une gamme plus étendue d'énergies excitatrices (de quelques centaines d'eV à quelques KeV).