La recherche théorique en physique des ions lourds se fait essentiellement avec des simulations numériques de leurs collisions. Cependant, pour que la description soit fondamentale, les calculs doivent se dérouler sur les constituants élémentaires des noyaux: les nucléons. Ces réactions produisent des sources excitées qui ne sont que des nuages de nucléons à la sortie de la simulation dynamique. Pour pouvoir procéder à la désexcitation de ces sources et ensuite à la comparaison expérimentale, une importante étape doit être franchie en construisant des fragments depuis la distribution des nucléons dans l'espace des phases. Appelée "clusterisation", cette reconnaissance peut être faite selon diverses approches, toutes devant produire un portrait statique très similaire sur une distribution de nucléons en fin de réaction dite de "freeze-out". Aussi, il est aussi très intéressant d'étudier la formation de ces fragments avant le freeze-out, i.e. dans la phase d'expansion. Des modèles existent déjà, utilisant un critère énergétique en recherchant la partition la plus liée (minimisation de l'énergie totale). Ce projet propose un critère entropique, soit la maximisation de l'entropie sous contraintes. Parmi les contraintes envisagées, l'énergie des partitions sera retenue en première approximation. Dans ce contexte, la clusterisation se fera donc par minimisation de l'énergie libre d'Helmoltz. L'étude des différentes façons de regrouper les nucléons en fragments et ainsi former des configurations pose un important problème de combinatoire. L'exploration de ces partitions sera faite à l'aide d'un calcul Monte Carlo (algorithme de Metropolis). Etant donné la contrainte utilisée dans la maximisation de l'entropie, le seul paramètre intensif associé devant être déterminé dans le calcul Monte Carlo est la température. Cette dernière sera extraite selon des règles de "correspondance", qui seront établies entre des ensembles statistiques à l'équilibre thermodynamique, dont les propriétés sont bien connues, et un ensemble hors équilibre constitué des différentes voies de la réaction sous clusterisation. Ces différentes voies sont produites par la dynamique qui est, dans ce projet, décrite par la Dynamique Moléculaire Antisymétrisée (AMD). L'étude de la clusterisation dynamique se fera sur des événements centraux de la réaction ⁴⁰Ca -I- ⁴⁰Ca à 35AMeV. Elle permettra d'évaluer le temps de formation des fragments puis mesurera l'effet de la température des sources sur leur formation.

Ce mémoire concerne l'étude des réactions nucléaires aux énergies intermédiaires. Un modèle phénoménologique a été élaboré et validé à l'aide des données recueillies avec le multidétecteur INDRA. Le modèle est décrit dans la première partie de la thèse. Largement inspiré de l'observation expérimentale, il est basé sur des hypothèses géométriques en considérant conjointement les degrés de liberté des nucléons et des noyaux. La deuxième partie teste et valide ces hypothèses. Après une présentation de l'espace des phases exploré lors de la collision, une comparaison globale entre le modèle et l'expérience sur le système Xe + Sn de 25 à 80 MeV/u est présentée. Avant de conclure, deux études spécifiques, une dédiée aux collisions centrales et l'autre aux modes de décroissance du quasi-projectile dans les collisions périphériques sont détaillées.

Les données C+Mg à 53 et 95 MeV/nucléon de la troisième campagne INDRA ont servi de support à l'extraction des résonances des produits du quasi-projectile pour les réactions périphériques. Les caractéristiques du montage sont présentées afin de fixer les capacités de l'analyse. Une première observation des données démontre leur potentiel. La configuration de la matrice a permis de bien détecter les collisions périphériques de la réaction. Des résonances du 12C et du 10C ont été mises en évidence à l'aide de fonctions de corrélation en énergie cinétique à plusieurs corps. Les sections efficaces de ces résonances ont été extraites. Une analyse plus générale avec une reconstruction simple du quasi-projectile a démontré que le processus de réaction d'éjection (knock out) semble plus important lorsque l'énergie de faisceau est plus grande. Pour un regroupement de somme des charges et des masses des particules chargées du quasi-projectile, la population des voies suit une tendance exponentielle selon le Q de réaction de la voie. Un système se désexcitant de façon thermique présentera nécessairement cette tendance. Plusieurs résonances de systèmes riches en protons sont observées suggérant que la réaction exploite une vaste gamme d’isotopes entre la collision et la désexcitation finale du système.

Les propriétés des fragments produits lors des collisions d'ions lourds autour de l'énergie de Fermi ont été étudiées à travers le degré de liberté d'isospin. La première partie de cette étude est basée sur une approche de gaz sur réseau, où le système est consti- tué de deux types de particules (neutron, proton) subissant une interaction coulombienne et dépendante de l'isospin. Le diagramme des phases de ce système présente trois phases (liquide, fission, gaz). L'énergétique de la phase liquide et gazeuse a pu être décrite par une fonctionnelle de la densité, la dépendance en température intervenant seulement dans la densité. Le terme de symétrie de la fonctionnelle a pu être relié au contenu isotopique du plus gros fragment via une analyse de type Isoscaling. La seconde partie est consacrée aux mesures effectuées avec le multidétecteur INDRA au GANIL et à GSI. Une étude systématique des collisions symétriques les plus centrales a été effectuée afin de mesurer le pouvoir d'arrêt de la matière nucléaire et d'étudier l'équilibration en isospin des particules légères. Deux régimes ont été observé. Un régime à basse énergie (<40MeV/A) où le pouvoir d'arrêt diminue avec l'augmentation de l'énergie du faisceau, tandis qu'à haute énergie le pouvoir d'arrêt est gouverné par la quantité de matière traversée. Une autre étude réali- sée sur l'ensemble des réactions Xe+Sn à 32 et 45 MeV/A, avec différents isospin, a permis d'isoler trois mécanismes de réaction à l'aide d'une analyse en composantes principales. Le contenu isotopique des fragments légers ne dépend pas du mécanisme de réaction, mais une dépendance est observée en fonction de la violence de la collision (paramètre d'impact).

Une description dynamique du processus de multifragmentation montre que si le système nucléaire formé lors de la collision se trouve dans le domaine de basses pendant un temps assez long, les instabilités mécaniques générés vont conduire à la décomposition spinodale du système. Le système choisi afin de prouver expérimentalement cette hypothèse a été Xe+Sn à 32 MeV/A mesuré avec le multidétecteur INDRA. Les qualités remarquables de détection du multidétecteur ont été exploitées au maximum en développant des techniques très performantes pour l'étalonnage en énergie des détecteurs Silicium (2-4% précision) et scintillateurs CsI(Tl) (8-20 % précision). Pour la première fois la contribution des électrons delta dans le bilan de la lumière émise par scintillateur a été prise en compte de façon quantitative. Les événements de multifragmentation d'un système constitué par la quasi-totalité des nucléons de la voie d'entré ont été sélectionnés à l'aide des critères concernant la détection complète et la forme de l'événement. Le modèle dynamique BoB, où les instabilités spinodale sont simulés d'une façon assez réaliste, reproduit bien l'ensemble des observables dynamique et statique. Des comparaisons plus exclusives ont été réalisé pour contraindre toujours plus le modèle. Les corrélations en vitesse réduite des fragments ont été étudiées. Des informations sur la topologie de fragments au freeze-out ont été extraites. Les corrélations en charge des fragments ont montré l'existence d'une faible proportion (0.1 %) des événements caractérisés par une émission de fragments de taille égale. Cela a été interprétée comme une signature fossile de la décomposition spinodale dans un système fini et comme une preuve indirecte, à travers l'existence d'une zone de coexistence (de type liquide-gaz), d'une transition de phase du premier ordre associée à la multifragmentation des noyaux chauds.

Nous présentons une étude des collisions Gd+U à 36 AMeV mesurées avec le multidétecteur INDRA qui permet une détection quasi-complète (supérieure à 80%) de tous les produits des réactions. Nous mettons en évidence des événements correspondant à la multifragmentation d'un système unique composé de la majorité des nucléons, pour une section efficace mesurée de 2.6 mbarn, en isolant des réactions pour lesquelles les fragments émis ont perdu toute mémoire de la voie d'entrée.<br />Ces réactions ne correspondent ni aux collisions les plus centrales ni aux événements les plus isotropes (dans l'espace des impulsions des fragments), et ne peuvent pas donc être isoleés correctement des collisions binaires profondément inélastiques dominantes à partir de ces critères. Une première comparaison des données sélectionnées avec un code statistique indiquent l'origine des fragments dans un système dilué à topologie compacte, avec une énergie d'expansion auto-similaire de 1 à 1.5 AMeV. La comparaison avec des événements du même type observés dans les collisions Xe+Sn à 32 AMeV révèle une loi d'échelle pour la multifragmentation de systèmes de masses différentes à la même énergie d'excitation par nucléon : les distributions en Z des fragments sont identiques tandis que leurs multiplicités augmentent en proportion de la masse du système en multifragmentation. Cette observation est interprétée comme un signal expérimental que cette multifragmentation trouve son origine dans une instabilité de volume de la matière nucléaire à basse densité (région spinodale). Un calcul microscopique semi-classique complet des deux réactions comprenant la formation et la multifragmentation par décomposition spinodale de systèmes très lourds à basse densité reproduit très bien non seulement les multiplicités et les distributions en Z expérimentales des fragments mais aussi leurs énergies cinétiques moyennes, ainsi que la distribution en taille des plus gros fragments.

Lors de réactions nucléaires dissipatives, un transfert important d'énergie se produit entre le projectile et la cible. Une partie de l'énergie mécanique initiale est emmagasinée sous forme d'énergie thermique dans les noyaux en interaction. Afin de suivre l'évolution de leur comportement lorsque cette énergie augmente, deux techniques de calorimétrie ont été utilisées : l'une dite " calorimétrie 3D " validée et optimisée au cours de cette thèse ; l'autre dite " calorimétrie standard ", déjà très utilisée par la communauté scientifique. Celles-ci ont permis de reconstruire les caractéristiques de Quasi-Projectiles chauds, produits lors de réactions entre systèmes symétriques ou quasi-symétriques. Les avantages et les inconvénients de chacune d'elles ont été étudiés grâce à deux générateurs d'événements, HIPSE et ELIE, modélisant les processus physiques intervenant lors de ces collisions mais qui diffèrent par le scénario de formation du noyau chaud. Cette étude systématique a permis de déterminer pour quelle température et quelle énergie d'excitation par nucléon, des noyaux de masse intermédiaire passent d'un état de liquide nucléaire chaud à un état de gaz nucléaire. Les informations obtenues par la " calorimétrie 3D " ont permis aussi d'isoler en partie la composante dite de prééquilibre. Ce résultat a été confirmé expérimentalement par une nouvelle utilisation du degré de liberté d'isospin (rapport neutron/proton), comme 'marqueur' dans l'espace des vitesses.

Microscopic approaches enable one to study nuclear bound states as well as nuclear collisions in a unified framework.<p>At non-relativistic energies, all physical quantities are determined by the solutions of the many-body Schrödinger equation based on an interaction potential between nucleons.<p>The difficulty of solving this equation for collisions and taking the antisymmetrization principle into account restricts these approaches to light nuclei and requires the development of nuclear models based on some simplifying assumptions.<p>One of these assumptions, which is done in this work, is to consider that the nucleons are aggregated in clusters in the nuclear systems. <p><p>Another major problem of the microscopic description is the difficulty of determining a reliable interaction potential between nucleons.<p>In spite of many years of efforts to establish such potentials, none has yet been proved to accurately describe both the spectroscopic properties of nuclei and the reactions between light nuclei.<p>For this reason, many effective NN interactions, adapted to the model space and to the studied collision, have been built and used in microscopic models.<p>In parallel, for a few years, some efforts have been done to use in the microscopic models more realistic NN interactions, adjusted to reproduce the two-nucleon properties.<p>However, this requires solving much more accurately the Schrödinger equation by relaxing, for instance, the cluster assumption.<p>These approaches therefore need large computational times, which limits the size of the systems that can be studied.<p><p>In this work, a two-body realistic interaction has been adapted to the simple microscopic cluster model by using the Unitary Correlation Operator Method. This new realistic effective interaction has been adjusted so that the α+α elastic phase shifts obtained with the microscopic cluster model agree rather well with the experimental data.<p>This interaction has been used to study α+N and α+3He scattering.<p>The calculated phase shifts give a rather good agreement with experimental data without additional adjustment, without three-body interactions and with simple basis functions. <p><p>Besides this study of elastic scattering between light nuclei, this work deals with the nucleus-nucleus bremsstrahlung.<p>Previous microscopic models of nucleus-nucleus bremsstrahlung were based on a photon-emission operator fully neglecting the meson-exchange currents. <p>In this work, a microscopic cluster model of bremsstrahlung is developed, which implicitly takes them partially into account by using an extension of the Siegert theorem. <p>Then, the photon-emission operator can be deduced from the charge density rather than from the current density.<p>Although this extension of the Siegert theorem does not fully remove the nuclear-current dependence, the effects of the meson-exchange currents should be largely reduced, especially at low photon energy.<p><p>The microscopic cluster model of nucleus-nucleus bremsstrahlung developed in this work has been applied to the α+ α and α+N systems. This model is based on an effective NN interaction, which enables a good reproduction of the elastic phase shifts for the α+ α and α+N systems.<p>The agreement with experimental bremsstrahlung cross sections is rather good but the comparison between theory and experiment requires more numerous and more accurate data to be conclusive. With an extension to the p shell, the present model could also describe heavier cluster systems such as 12C+p and 16O+p for which experimental data exist at low energies.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La sécurité des installations nucléaires est constamment un souci majeur lors de leur exploitation, mais aussi lors de la conception de nouveaux réacteurs. Leurs durées de vie est limitée à cause des changements de comportement mécanique de leurs composants métalliques (principalement la cuve du réacteur mais aussi ses composants internes), qui sont accélérés ou induits par l’irradiation de neutrons. Une prédiction quantitative précise de ces changements, en fonction de la composition des matériaux et des conditions d'irradiation, est par conséquent un objectif de première importance pour la science des matériaux nucléaires. La modélisation est, de nos jours, considérée comme un complément vital aux approches expérimentales, avec l'objectif d’apporter une meilleure compréhension des processus physiques et chimiques qui se produisent dans les matériaux métalliques sous irradiation de neutrons.<p><p>La modélisation des effets de l'irradiation de neutrons dans les aciers est par nature un problème multi-échelle. Le point de départ est la simulation des cascades de collisions atomiques initiées par les neutrons à hautes énergies qui pénètrent dans le matériau, créant ainsi des défauts ponctuels mobiles. Différents modèles physiques, considérant des échelles de temps et de longueur croissantes, doivent être développés afin de convenablement tenir en compte de tous les différents processus qui provoquent des changements de comportement macroscopique, à cause de la présence de ces défauts ponctuels mobiles. En outre, des liens entre les différents modèles doivent être créés, parce que les prédictions de chacun d'entre eux doivent servir de paramètres d'entrée pour les modèles qui travaillent aux échelles supérieures. Dans cette thèse, un tel lien est créé entre le niveau atomique et les modèles à gros-grains, en développant un nouvel algorithme Monte-Carlo cinétique atomistique (MCCA), où le matériau est décrit comme une collection d'atomes occupant des sites cristallographiques réguliers. Le processus simulé est dès lors naturellement décomposé en séries d'évènements élémentaires activés thermiquement, correspondant à la migration des défauts ponctuels (lacunes ou interstitiels) vers des positions de proches voisins, qui sont en permanence en compétition en fonction de leurs fréquences d'occurrences respectives. Ces dernières sont calculées en fonction des énergies de migrations, qui sont elles-mêmes calculées avec peu d'approximations par une méthode qui prend en compte tous les effets de la relaxation statique et des interactions chimiques à longue portée. Le nouvel algorithme MCCA est par conséquent un modèle physique, entièrement basé sur un potentiel inter-atomique approprié qui est utilisé de la manière la plus complète possible, sans définir de paramètres empiriques qui devraient être, par exemple, fittés depuis des données expérimentales. Finalement, l'algorithme est accéléré de plusieurs ordres de grandeur en utilisant des réseaux de neurones artificiels (RNA), entraînés à prédire les énergies de migrations des défauts ponctuels en fonction de leur environnement atomique local.<p><p>Le nouvel algorithme MCCA est utilisé avec succès pour simuler des expériences de recuits (pour lesquels une seule lacune doit être introduite dans la boîte), afin de valider le modèle grâce à une comparaison directe de ses prédictions avec des résultats expérimentaux trouvés dans la littérature. Une comparaison très satisfaisante est accomplie pour deux alliages modèles importants pour la science des matériaux nucléaires. Dans les deux cas, l'évolution avec le temps de recuit du rayon moyen des précipités formés, ainsi que de leur densité, est en très bonne adéquation avec les mesures expérimentales trouvées dans la littérature, contrairement à ce que d'autres auteurs avaient jusqu’à présent réussi. Ensuite, l'algorithme est généralisé avec succès afin de permettre l'introduction d'un grand nombre de lacunes, ce qui est un des deux ingrédients nécessaires pour la simulation des effets de l'irradiation de neutrons dans les métaux. Cet accomplissement permet la simulation de processus longs et complexes, par exemple le calcul de coefficients de diffusions et temps de vies d'amats de cuivre-lacunes, qui sont des paramètres d'entrée nécessaires pour des modèles de simulation à gros-grains. Finalement, des preuves convaincantes sont apportées que l'algorithme MCCA peut être, dans un futur proche, généralisé d'avantage et permettre la prise en compte des interstitiels, ouvrant ainsi la voie vers la simulation de cycles complets d'irradiation.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'expérience EDELWEISS a pour but de détecter des WIMPs, particules massives faiblement interactives, qui pourraient composer la matière noire de l'univers. Elle mesure l'énergie libérée lors de la collision élastique d'un WIMP sur un noyau de matière ordinaire. Du fait de sa très faible section efficace d'interaction, qui conduit à un taux d'évènement extrêment bas (<1evt/kg/an) et du fait du faible dépôt d'énergie (<100keV), le signal de recul nucléaire des WIMPs peut être imité par des neutrons de la radioactivité ambiante ou induits par des muons. Cette thèse est dédiée à l'étude du bruit de fond induit par les muons. Les performances du véto muon de l'expérience EDELWEISS-II sont présentées et la détection des muons er de leurs gerbes discutés. Les premières coïncidences entre le véto muon et les bolomètres ont été réalisées sur deux prises de données de 4 mois de 2007 et 2008 et conduisent à un résultat de 0.043+-0.015 coinc/kg/j pour une énergie de recul de ER<250 keV