Dans ce manuscrit de thèse, nous nous intéressons à la description des noyaux atomiques composés d’un nombre impair de nucléons dans la méthode dite de la fonctionnelle énergiede la densité (EDF). Plus précisément, nous présentons et appliquons dans le cas de ces noyaux,des extensions à cette méthode : (i) la projection sur les bons nombres quantiques, (ii) le mélange de configurations à travers la méthode des coordonnées génératrices (GCM), qui permettent deprendre en compte dans nos calculs des corrélations de type « au-delà du champ moyen » entre les nucléons constituant le noyau. De telles extensions n’avaient jusqu’alors été employées, dansleurs versions les plus générales, qu’aux noyaux ayant à la fois un nombre pair de neutrons etde protons, et nous nous proposons donc de démontrer leurs applicabilités également dans le cas des noyaux impairs. Dans la première partie de ce travail, nous présentons le formalisme mathématique de la méthode EDF, en mettant tout particulièrement l’accent sur le traitement des symétries dans cette approche. Dans la seconde partie du manuscrit, nous appliquons notre modèle au cas du noyau de 25Mg et analysons les résultats sous différents angles (ex : précision numérique des résultats, convergence du mélange de configurations, comparaison avec les données expérimentales connues). Les premiers résultats obtenus dans ce travail de thèse sontencourageants et démontrent l’intérêt de notre approche pour les calculs théoriques de structure nucléaire. / In this work, we are interested in the treatment of odd-mass atomic nuclei in energydensity functional (EDF) models. More precisely, the goal of this thesis is to develop and to applyto odd-mass nuclei, the theoretical extensions of the EDF method that are: (i) the projectiontehnique, and (ii) the configuration mixing by the generator coordinate method (GCM). Thesetwo extensions are part of the so-called multi-reference energy density functional (MR-EDF)formalism and allow for taking into account, within an EDF context, the "beyond-mean-field"correlations between the nucleons forming the nucleus. Until now, the MR-EDF formalism hasbeen applied, in its full-fledged version, only to the calculation of even-even nuclei. In this thesis,we want to demonstrate the applicability of such a model also for the description of odd-massnuclei. In the first part of this thesis, we describe the theoretical formalism of the EDF models,giving particular attention to the treatment of symmetries within our approach. In the secondpart of the manuscript, we apply our model to the nucleus 25Mg and investigate different aspectsof the method (e.g. numerical accuracy, convergence of the configuration mixing, comparison toknown experimental data). The results obtained in this work are encouraging and demonstratethe potential of our approach for theoretical nuclear structure calculations.

Une extension de la surface de masses atomiques dans la région A ≈ 100 est présentée par l’intermédiaire des mesures de masse des isotopes 100-102Sr et 100-102Rb. Les mesures ont été effectuées avec le spectromètre de masse ISOLTRAP constitué de différents pièges à ions. Les premières mesures directes des masses des 100-102Sr et du 100-102Rb sont rapportées ici. Ces mesures confirment la continuité de la région de déformation nucléaire avec l’augmentation du nombre de neutrons jusqu’à N = 65.De sorte à interpréter la déformation dans la chaine isotopique du strontium et à déterminer si une déformation peut apparaitre pour des isotopes de krypton plus lourds, une comparaison est faite entre les données expérimentales et des résultats de calculs théoriques disponibles dans la littérature. Pour compléter ces comparaisons, des calculs Hartree-Fock-Bogoliubov pour des isotopes pairs et impairs sont aussi présentés, illustrant la compétition entre formes nucléaires dans la région.Le développement d’une source d’ions à ionisation par électro nébuliseur est présenté. Cette source peut produire un large panel de masses isobariques destinées à la calibration. La première mise en service de la source est présentée, incluant les résultats des premiers balayages en masse détectés derrière le spectromètre de masse quadripolaire. Une résolution de quelques unités de masses atomiques a été atteinte. / An extension of the atomic mass surface in the region A ≈ 100 is performed via massmeasurements of the 100-102Sr and 100-102Rb isotopes with the ion-trap mass spectrometer ISOLTRAPat CERN-ISOLDE. The first direct mass measurements of 102Sr and 101;102Rb are reported here. Thesemeasurements confirm the continuation of the region of nuclear deformation with the increase of neutronnumber, at least as far as N = 65.In order to interpret the deformation in the strontium isotopic chain and to determine whether an onsetof deformation is present in heavier krypton isotopes, a comparison is made between experimentalvalues and theoretical calculations available in the literature. To complete this comparison, Hartree-Fock-Bogoliubov calculations for even and odd isotopes are also presented, illustrating the competitionof nuclear shapes in the region.The development of an electrospray ionization ion source is presented. This source can delivera large range of isobaric masses for calibration purposes. The early commissioning of the sourceis discussed, including the results from the first mass scans detected behind the quadrupole massspectrometer. A resolution of a few atomic mass units is reached.

Dans ce travail de thèse, nous étudié les décroissances β des noyaux de gallium autour de N=50 et préparé une source d'ionisation laser à ALTO. L'étude de la région des noyaux riches en neutrons autour de N=50 est encore à approfondir. Les connaissances des noyaux de cette région sont clairsemées ce qui ne permet pas de clore les différents débats dont ils sont sujets. Nous avons donc produit 79,80,82,83,84,85Ga à ALTO. Pour cela, un faisceau d'électrons (50MeV et 10µA) de l'accélérateur linéaire a été envoyé sur une cible de carbure d'uranium portée à 2000°C. Les électrons y émettent un rayonnement de freinage qui entraine la fission des noyaux d'uranium. Les produits de fission diffusent jusqu'à une source d'ionisation de surface qui a été installé en sortie de cible pour ioniser les atomes de gallium et produire des faisceaux purs de gallium. Ce système a permis d'étudier les décroissance β- et β--n des isotopes 79,80,82,83,84,85Ga. Au cours de ces années de thèse, des lasers ont été installés et optimisés pour ioniser sélectivement les atomes de cuivre produits à ALTO. Cette préparation a permis de tester l'ionisation du cuivre stable. Ce test a montré que le système permettait l'ionisation du cuivre mais que dans sa configuration de test l'efficacité de cette source d'ionisation n'a pas pu être mesuré : les faisceaux lasers ne sont pas assez stable en position. L'analyse des données de l'expérience de décroissance β de 79,80,82,83,84,85Ga a produit de nouveaux résultats sur les décroissances de 80Ga, 84Ga et 84Ge. L'étude des données a confirmé l'existence d'un état isomèrique de 80Ga et a permis de mesurer deux durées de vie différentes pour 80Ga. De plus, l'analyse a apporté de nouvelles indications sur les états de 84As. Enfin la comparaison des résultats expérimentaux avec des calculs théoriques, a confirmé l'assignation de spin-parité des premiers états 2+ et 4+ mais aussi du caractère triaxial de 84Ge proposés par Lebois et al. Le deuxième état 2+ de cet isotope a aussi été identifié. Pour les états de 84As, l'assignation des spins et des parités de quatre états a été proposée.

L'existence de noyaux triaxiaux a fait l'objet d'un débat de longue date. La possibilité de la triaxialité mole et rigide a été proposée très tôt, et de nombreuses études théoriques et expérimentales ont été consacrées à ce phénomène intrigant. Plus récemment, deux marqueurs uniques de la triaxialité dans les noyaux ont été intensivement étudiés : le mouvement d'oscillation de l'axe de rotation (wobbling) et la chiralité dynamique. Ces types exotiques de mouvement ont été observées dans des régions spécifiques du tableau nucléaire : le mouvement d'oscillation dans les noyaux de Lu impair-pair avec A ~ 160, la chiralité principalement dans les noyaux impair-impair et pair-impair avec A ~ 130. Nous avons récemment étudié les noyaux de Nd à très hauts spins et identifié plusieurs bandes, qui ont été interprétées comme la manifestation de divers types de mouvement collectif : rotation suivant un axe incliné, rotation suivant les axes longs et courts, mouvement de wobbling et bandes chirales. Un autre phénomène révélé par nos résultats récents sur les noyaux de Nd avec seulement quelques trous neutroniques par rapport à la fermeture de couche N = 82, est la coexistence de forme. En effet, ces noyaux sont prévus pour avoir des isomères de hauts spins construis sur une forme sphérique, coexistant avec des bandes triaxiales, ou des formes très voire super-déformées . Ma thèse se compose de deux expériences. Tout d'abord, j'ai préparé, exécuté et analysé une expérience réalisée au " Research Center of Nuclear Physics " (RCNP) de l' Université d'Osaka . Cette expérience visait à étudier les isomères de hauts spins et à développer les schémas de niveaux des noyaux de 135La, 136La et 136Ba. Nous avons utilisé un faisceau radioactif de 17N de 80 MeV créé par la réaction directe de 18O sur une cible 9Be et sélectionné à l'aide d'un spectromètre achromatique. Le faisceau radioactif de 17N bombardait une cible de 124Sn de 20 mg/cm2 d'épaisseur pour produire les noyaux d'intérêt par une réaction de fusion-évaporation. Cette thèse présente les résultats obtenus pour le 135La, qui comprennent la construction et la discussion du schéma de niveau et la mesure de la durée de vie de deux isomères connus. La deuxième partie de la thèse consiste en l'analyse de deux expériences différentes réalisée en utilisant la même combinaison de faisceau-cible 48Ca + 96Zr à une énergie légèrement différentes et deux dispositifs expérimentaux différents, EUROBALL et JUROGAM II + RITU + GREAT, pour étudier les isotopes du néodyme de 138Nd à 141Nd. Mon travail a été axé sur les noyaux pair-pair de 138Nd et 140Nd, avec un accent particulier sur le 140Nd. La multitude de bandes de spin élevé observées dans ce noyau sont discutées dans le cadre du modèle " Cranked Nilsson - Strutinsky " (CNS) et du modèle " Tilted Axis Cranking " (TAC). Les bandes de hauts spins observées dans les noyaux de 138-141Nd sont toutes interprétées comme basées sur un minimum d'énergie associé à une déformation triaxiale. Elles représentent donc un fort soutien à l'existence de la forme nucléaire triaxiale stable à hauts spins. L'isomère de haut spin 27- a également été identifié dans le 140Nd qui, combinée avec l'isomère 20+ précédemment connu dans le même noyau va permettre d'extraire pour la première fois une valeur expérimentale de la différence d'énergie entre les orbitales πh11/2 et π(d5/2g7/2) à hauts spins.

Le noyau est un objet quantique complexe formé de protons et neutrons. Dans l'approche champ moyen, les nucléons sont considérés comme des particules indépendantes évoluant dans un potentiel moyen. Cependant dans certaines conditions, des nucléons peuvent se regrouper pour former des amas ou " clusters ".Pour comprendre ce phénomène de " clusters " dans les noyaux, nous avons étudié la structure dans l'état fondamental du 40Ca et de l'40Ar. En effet, des calculs théoriques tendent à montrer que les noyaux N = Z pourraient plus facilement adopter une structure en " clusters " que les noyaux N ≠ Z en raison d'un plus grand recouvrement des fonctions d'onde des neutrons et protons. Dans ce cas, l'émission de particules α par les noyaux N = Z sous l'effet du potentiel nucléaire attractif d'un noyau projectile, appelée " Towing-Mode " sera plus important que pour un noyau N ≠ Z. Dans ce but, nous avons réalisé une expérience au GANIL utilisant un faisceau d'40Ar à 35 MeV/A et une cible de 40Ca. Le spectromètre SPEG a permis d'identifier avec une très bonne résolution les ions lourds produits durant la réaction. Les détecteurs silicium MUST2 furent placés tout autour de la cible pour mesurer les particules α émises par la cible et le projectile et le prototype de calorimètre EXL fut utilisé pour la détection des photons de décroissance des noyaux résiduels d'36Ar et de 36S.Un modèle théorique basé sur la résolution de l'équation de Schrödinger dépendante du temps (TDSE) a été utilisé pour reproduire certains résultats expérimentaux comme les distributions angulaires. L'analyse des données a permis de reconstruire des spectres d'énergies d'excitation et des sections efficaces différentielles. De la comparaison entre ces distributions expérimentales et celles calculées par le modèle théorique, nous avons pu extraire des facteurs spectroscopiques Sα pour les deux noyaux d'intérêt. Les taux de " clusterisation " observés pour ces deux noyaux semblent indiquer que la structure en " clusters " n'est pas plus favorisée dans le 40Ca que dans l'40Ar.

Le modèle en couches constitue aujourd'hui un cadre théorique de référence pour appréhender les propriétés des noyaux à basse énergie. Son applicabilité demeure toutefois limitée par une croissance rédhibitoire de la dimension de l'espace des états aussi bien avec le nombre de couches de valence qu'avec le nombre de nucléons. Les méthodes Monte-Carlo quantiques (QMC) permettent a priori de contourner une telle difficulté en offrant une alternative à la diagonalisation du hamiltonien. Elles reposent sur une reformulation stochastique de l'équation de Schrödinger qui ramène le problème à N-corps à un ensemble de problèmes à un corps, numériquement solubles, et décrivant des particules indépendantes évoluant chacune dans un champ extérieur fluctuant. L'originalité de l'échantillonnage QMC proposé dans ce mémoire réside dans l'utilisation d'une approche variationnelle, avec restauration des symétries avant variation, pour guider le mouvement brownien et pour le contraindre afin de contrôler le problème de phase inhérent aux schémas QMC pour des fermions en interaction. Dans les couches sd et fp et avec les interactions résiduelles réalistes, nous avons ainsi pu obtenir une spectroscopie " yrast " en excellent accord avec les résultats issus de la diagonalisation du hamiltonien. En outre, une ouverture vers les systèmes d'électrons fortement corrélés est présentée au travers de nouveaux schémas QMC récemment suggérés pour le modèle de Hubbard en géométrie bidimensionnelle. Contrairement aux échantillonnages traditionnels, ils garantissent des trajectoires à poids positifs quel que soit le régime considéré. Nous avons prouvé que ces méthodes sont en réalité reliées à l'approche stochastique mise en oeuvre pour le modèle en couches. L'origine des erreurs systématiques qu'exhibent ces schémas, pourtant exempts de problème de signe avec le hamiltonien de Hubbard, est par ailleurs élucidée.

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.

Des calculs de type modèle en couches ont été réalisés dans un espace de valence 1¯hω complet pour les noyaux de la couche sd. Ces calculs ont permis pour la première fois de prédire la durée de vie des états de parité positive et négative des noyaux riches en neutrons de la couche sd. Les durées de vie prédites (1 - 100 ps) sont mesurables par la méthode de décalage Doppler différentiel.Le démonstrateur du détecteur γ européen de nouvelle génération, AGATA, en coïncidence avec le spectromètre magnétique PRISMA du LNL (Italie) et le plunger de l’Université de Cologne ont été utilisés pour mesurer les durées de vie des états excités dans 32,33Si et 35,36S. Les structures plus complexes, à n¯hω ont également été étudiées dans le 28Si. Ce dernier est un noyau important pour comprendre la compétition entre les structures de type champ moyen et les structures en agrégats. La réaction résonante de capture radiative d’ions lourds-légers 12C+16O a été réalisée à des énergies sous-coulombiennes. La décroissance γ complète depuis les résonances peuplées par laréaction jusqu’au niveau fondamental de 28Si a été mesurée pour la première fois à ces énergies et montre une forte alimentation d’états intermédiaires autour de 10 MeV. Les comparaisons avec des études de captures radiatives au-dessus de la barrière de Coulomb ont été effectuées et les résultats ont été interprétés en termes de l’alimentation favorisée d’états à isospin T = 1 dans le noyau autoconjugué 28Si. / New large-scale shell-model calculations with full 1¯hω valence space for the sd-nuclei has been used for the first time to predict lifetimes of positive and negative parity states in neutron rich Si isotopes. The predicted lifetimes (1 - 100 ps) fall in the range of the differential Doppler shift method. Using the demonstrator of the European next generation γ-ray array, AGATA, in coincidence with the large acceptance PRISMA magnetic spectrometer from LNL (Legnaro) and the differential plunger of the University of Cologne, lifetimes of excited states in 32,33Si and 35,36S nuclei were measured. In a second step, the n¯hω structure in the stable 28Si nucleus was also studied. 28Si is an important nucleus to understand the competition between mean-field and cluster structures. It displays a wealth of structures in terms of deformation and clustering. Light heavy-ion resonant radiative capture 12C+16O has been performed at energies below the Coulomb barrier. The measured γ-spectra indicate for the first time at these energies that the strongest part of the resonance decay proceeds though intermediate states around 10 MeV. Comparisons with previous radiative capture studies above the Coulomb barrier have been performed and the results have been interpreted in terms of a favoured feeding of T = 1 states in the 28Si self-conjugate nucleus.

Le travail présenté dans ce manuscrit regroupe deux études de spectroscopie γ. La première concerne les isomères des noyaux de néodyme autour de N=82. Ces noyaux, lorsqu’ils sont étudiés par des modèles de type Cranked-Nilsson-Strutinsky, présentent des états énergétiquement favorisés. Ils sont autant de candidats pour la recherche d’isomères de spin. Expérimentalement, un certain nombre d’états isomériques ont déjà été observés dans les noyaux de 138,139,140Nd sur lesquels porte cette étude. Afin de mieux caractériser ces états, une expérience a été menée en août 2009 à Jyväskylä auprès de l’ensemble de détection JUROGAM-RITU-GREAT. La réaction de fusion-évaporation 48Ca + 76Zr 144Nd* réalisée avec une cible mince a permis de produire majoritairement les noyaux 139,140Nd. Les noyaux produits, transportés au plan focal par le spectromètre RITU, sont implantés et le rayonnement émis par la décroissance des isomères est ensuite recueilli par l’ensemble de détection GREAT. Nous développerons l’analyse complète de cette expérience et nous montrerons les résultats émergents. Nous avons, par exemple, pu montrer l’alimentation du niveau 20+ de 140Nd ainsi que le placement énergétique du niveau isomérique du noyau 139Nd. La deuxième partie de ce travail s’articule autour de la recherche de la symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. Cela a consisté à la fois en un travail de spectroscopie γ des bandes de parité positive de ce noyau, laquelle a fait émerger un certain nombre de nouvelles transitions. Le deuxième volet de cette étude consistait à simuler dans l’environnement ROOT - GEANT4 le seuil d’observation des signaux faibles avec le détecteur de rayonnements γ de nouvelle génération AGATA / Major part of this work is about the realization and complete analysis of an experiment for study of isomeric states in 138,139,140Nd nuclei. This was performed at Jyväskylä laboratory (Finland) using a fusion-evaporation reaction with 48Ca beam on a thin 96Zr target. Experimental setup consisted in the target position gamma ray detector JUROGAM II which was coupled with the RITU recoil separator and the GREAT focal plane detector array. This particularly well adapted setup permit to manage γ spectroscopy of the interest nuclei around isomeric states. Indeed, we used prompt-delayed matrix to separate rays that come onto isomeric states and these who decay from them. Then, correlations between the two components permit to establish feeding transitions of isomeric states. During this experiment, a new isomeric state was also highlighted in 139Nd with spin 23/2+, which was predicted and interpreted in Cranked-Nilsson-Strutinsky calculation. Finally, very clean time spectra allow to determine precisely life-time of four states in four nuclei. This PhD is also made of a part of analyze on experimental search for fingerprints of tetrahedral symmetry in 156Gd using high fold gamma ray spectroscopy. Thanks to a large number of triple coincidence events, we managed a detailed spectroscopy of this nucleus. Particularly, we found out 13 new transitions in positive parity bands. As a complement of this work, we have done GEANT4 simulations about the detection limit of weak intensity transitions by AGATA multidetector. Indeed, tetrahedral symmetry predicts vanishing of E2 transitions at lower spin states and simulations permit to determine observation limit of these transitions with different version of AGATA

Actuellement, le noyau de l'atome sert dans diverses utilisations courantes. Pourtant, notre compréhension que de cet objet n'est pas complète. C'est pourquoi la recherche nucléaire est nécessaire. Parmi cet ensemble vaste, ce manuscrit s'intéresse à l'étude des changements de forme dans les isotopes riches en neutrons des séries Ru et Sr. Le sujet est d'abord cerné dans un chapitre de concepts théoriques de la physique nucléaire. Un second chapitre décrit l'expérience permettant de produire les isotopes d'intérêt. Cette expérience de spectroscopie gamma est réalisée avec un multidétecteur HPGe composé à partir d'EXOGAM et complété de cristaux GASP et LOHENGRIN. Cette expérience consiste en la fission du 241Pu induite par neutrons froids fournis par le réacteur de l'Institut Laue Langevin. Elle fait partie de la campagne EXILL. Le deuxième chapitre traite également de la pré-analyse des données. Après avoir montré les effets d'une pré-sélection des événements en multiplicité, les résultats obtenus concernant les isotopes 108Ru à 115Ru, et 92Sr à 96Sr sont abordés dans le troisième chapitre. Enfin, le quatrième chapitre replace ces résultats dans des ensembles plus larges des parties riches en neutrons des deux séries. Ces séries sont également replacées dans le contexte de leur région de masse.La région d'intérêt est riche en changement de forme, avec l'enrichissement neutronique ou avec l'excitation des noyaux. Ces changements sont plutôt bien décrits par certains modèles, mais ces derniers peinent encore à en décrire les limites. Leurs déterminations précises est essentielle pour contraindre les modèles / Nowadays, the atomic nucleus is used in a variety of common way. Nevertheless, this object is not fully understood yet. This is why nuclear physics research is still needed. Among the large number of nuclear physics topics, this work is interested in the study of shape changes in neutron rich Ru and Sr isotopes. The subject is figured out in the first chapter, dealing with theoretical concepts about nuclear physics. A second chapter describes the experiment permitting to produce the isotopes of interest. This gamma-ray spectroscopy experiment has been realized with a HPGe multidetector made from EXOGAM and completed by GASP and LOHENGRIN detectors. This experiment consists of the cold neutron, supplied by the reactor of the Institute Laue Langevin, induced fission of 241Pu. This experiment is a part of the EXILL measurement campaign. The second chapter also deals with the data pre-analysis of this experiment. After showing the effects of a multiplicity cut on event preselection, the obtained results concerning 108Ru to 115Ru and 92Sr to 96Sr isotopes are presented on the third chapter. Finally, the fourth chapter puts these results in a wider part of the neutron rich side of both series. These last ones are also placed in their mass region context.The region of interest is rich in shape change, whether with neutronic enrichment or with excitation energy. These changes are rather well described by certain models, but the latter still have difficulty to describe the limits. Their precise determinations by experiment is essential to constrain models