La matière nucléaire doit subir une transition d'une phase liquide vers une phase gazeuse pour les énergies accessibles au GANIL. L'objectif de cette thèse est de signer expérimentalement cette transition de phase par l'étude des collisions périphériques des systèmes Xe+Sn et Au+Au de 60 AMeV à 100 AMeV. L'ensemble des données présentées dans ce travail a été collecté par le multidétecteur INDRA. Un signal possible de la transition liquide–gaz est l'observation d'une bimodalité dans les distributions de probabilité d'une variable jouant le rôle de paramètre d'ordre. Cette bimodalité permet de caractériser, avec un minimum d'hypothèses, deux familles d'événements formant les deux phases liquide et gazeuse. L'étude est faite sur le quasi-projectile par le biais d'une variable soulignant l'asymétrie entre les deux plus gros fragments. Le tri des événements est fait grâce à l'énergie transverse des particules légères issue de la quasi-cible. D'autres signatures possibles de la transition liquide-gaz sont le Delta-scaling et la capacité calorifique négative. La première consiste à observer les distributions de probabilité du plus gros fragment de la source afin d'y déceler une loi d'échelle. La seconde, plus indirecte, s'intéresse aux fluctuations de la répartition de l'énergie dans le système. Des corrélations entre toutes ces observables sont clairement mises en évidence dans la thèse. Une éventuelle contribution d'effets dynamiques est testée et quantifiée notamment grâce au générateur d'événements HIPSE. La conclusion d'ensemble révèle une cohérence entre de nombreux signaux attendus dans une transition de phase.

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.

La bimodalité dans les collisions d'ions lourds a été observée, ces dernières années, pour différents systèmes sur une large gamme d'énergies incidentes (de 35 MeV/u à 1 GeV/u). Dans cette thèse, nous réalisons une étude systématique du caractère bimodal de la distribution du plus gros fragment produit (Zmax), pour différents systèmes disponibles dans les données INDRA. Les collisions périphériques (Au+Au de 60 à 150 MeV/u et Xe+Sn de 80 à 100 MeV/u) servent de base de travail afin de tester l'influence des différents tris et sélections sur l'observation de la bimodalité. Deux interprétations possibles sont alors envisagées en s'appuyant sur des modèles : soit cette observation est due à la dynamique de la collision (ELIE), soit elle est reliée à la désexcitation d'une source (SMM) signant ainsi une transition de phase. Les résultats supportent la seconde interprétation. On considère alors Zmax comme paramètre d'ordre, et une procédure de repondération de l'énergie d'excitation (E*) permet d'extraire la chaleur latente de la transition. Pour les collisions centrales (Ni+Ni de 32 MeV/u à 74 MeV/u et Xe+Sn de 25 à 50 MeV/u), les événements conduisant à la formation de mono-source sont isolés par l'intermédiaire d'une méthode statistique (Analyse Factorielle Discriminante). La bimodalité sur Zmax est alors étudiée, en cumulant les différentes données disponibles selon l'énergie incidente et en appliquant la repondération sur la distribution d'énergie d'excitation ainsi obtenue. Le comportement bimodal est beaucoup moins net que celui observé dans les collisions périphériques. Les raisons de cette différence sont discutées.

Les collisions Ni+Ni à 32A MeV et Ni+Au à 52A MeV ont été étudiées grâce aux données recueillies par le multidétecteur INDRA. Nous avons isolé des ensembles de collisions centrales menant à la formation de sources uniques de "quasi-fusion". Ce travail a été accompli par l'emploi de techniques d'analyses multidimensionnelles: Analyse Factorielle Discriminante et Analyse en Composantes Principales. La comparaison avec un modèle statistique montre que les événements sont compatibles avec l'équilibre thermodynamique. Les énergies d'excitation thermiques moyennes sont les mêmes (5A MeV). Nous avons montré que la désexcitation des sources chaudes est reliée à une transition de phase de type liquide-gaz de la matière nucléaire par des calculs de capacités calorifiques. Celles-ci présentent une branche négative comme il est attendu pour une transition de phase d'un système fini. La dynamique de cette transition de phase a ensuite été précisée en appliquant la méthode des corrélations en charge. La surproduction d'événements favorisant des fragments de charges égales a été mise en évidence pour Ni+Au à 52A MeV. Ce signal est compatible avec un scénario de décomposition spinodale d'un système nucléaire fini. Il est absent pour Ni+Ni à 32A MeV. Nous avons ensuite amélioré cette technique de corrélations en intégrant la contrainte de conservation de la charge totale. Le signal persiste, plus clairement, pour Ni+Au à 52A MeV, mais est ambigu pour Ni+Ni à 32A MeV. Le chemin parcouru dans le diagramme d'état, ou les temps mis en jeu, semblent donc différents pour les deux systèmes.

Le code Classical N-body Dynamics (CNBD) est dédié aux simulations de collisions entre systèmes classiques. L'interaction à deux corps employée a les propriétés du potentiel de Van der Waals et dépend de peu de paramètres. Ce travail de thèse suit deux lignes directrices.<br />D'une part certaines approches théoriques supposent que les phénomènes observés lors des collisions d'ions lourds sont d'origine thermique. Pour notre cas classique, nous montrons qu'au contraire la voie d'entrée y joue un rôle important. De plus, les noyaux en collisions sont censés présenter une transition de phase de type liquid-gaz du premier ordre.

Définir les limites de stabilité des systèmes nucléaires est un des enjeux de la physique nucléaire. Dans les collisions d'actinides sont formés les ensembles de nucléons les plus lourds que l'on peut produire sur terre. La collision 238U+238U, permettant de former le système géant 476184, est étudiée de manière théorique selon le modèle microscopique “Time Dependent Hartree Fock” pour une gamme d'énergie large sous et au-delà de la barrière coulombienne et également de manière expérimentale à des énergies proche de la barrière coulombienne jusque 20% au dessus de celle-ci (6.09-7.35 AMeV) ; le spectromètre VAMOS et un système de détection permettant de mesurer la masse, la charge, l'énergie et l'angle de diffusion (35±5°) de l'éjectile est utilisé On a mis en évidence qu'un transfert de masse important entre les deux noyaux d'Uranium (supérieur à 10 nucléons) menait à une dissipation totale de l'énergie cinétique dans les différents degrés de liberté du système géant et à une déformation importante de celui-ci au moment de sa décroissance. Le temps de vie du système géant est estimé à 10−21-10−20s. Ce temps serait suffisant pour sonder la formation de paires électrons-trous issus du vide quantique, processus jusqu'alors jamais prouvé expérimentalement. La synthèse de noyaux lourds riches en neutrons semble également envisageable dans ce type de réaction aux énergies proches de la barrière coulombienne lorsque l'énergie d'excitation des produits de réaction est moindre.

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.

Les collisions centrales entre ions lourds aux énergies intermédiaires sont un outil idéal pour étudier la matière nucléaire loin de son état fondamental, que ce soit en température ou en densité. Le multidétecteur INDRA nous a permis d'isoler des événements, dans les réactions Xe + Sn de 32 à 50 A.MeV, où une source unique de matière excitée et comprimée est formée et multifragmente. Cette sélection en source unique nous permet de nous affranchir des effets de voie d'entrée et ainsi de pouvoir étudier ce système sous un angle d'équilibre thermodynamique. Les caractéristiques des fragments produits sont compatibles avec celles données par un modèle statitique qui suppose l'équilibration du système. Toutefois il est nécessaire pour reproduire les caractéristiques des particules légères de tenir compte de l'évolution temporelle du processus de désexcitation en considérant qu'une partie d'entre elles peuvent être émises ou s'échapper au cours de la phase d'expansion avant la cassure de la source unique. Ces particules expliqueraient alors la partie haute énergie observée dans les spectres des protons, deutons, tritons et héliums 3. Enfin nous avons mis en évidence pour ce type de collisions d'ions lourds, menant à la formation de sources uniques, une transition de phase de la matière nucléaire équivalente à une transition liquide-gaz pour les fluides macroscopiques.

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.