Les observations expérimentales récentes concernant les noyaux aux limites de la stabilité et en particulier les systèmes émetteurs de deux protons nécessitent le développement de nouvelles méthodologies pour comprendre les propriétés de ces noyaux exotiques. Dans ce travail nous avons étendu le formalisme du modèle en couches avec couplages aux états du continuum (SMEC) de façon à pouvoir considérer le couplage avec deux particules dans le continuum. Nous avons ainsi obtenu une description microscopique de l'émission deux-protons qui prend en compte l'antisymétrisation de la fonction d'onde totale du système, le mélange de configuration et l'asymptotique à trois corps. Nous avons étudié la décroissance de l'état $1^(-)_(2)$ du du $^(18)$Ne dans les cas limites (i) d'une émission séquentielle de deux protons via le continuum corrélé du $^(17)$F et (ii) d'une émission d'un cluster d'$^(2)$He qui se désintègre ensuite par l'interaction dans l'état final (diproton). Indépendamment du choix de l'interaction effective, nous avons constaté que l'émission de deux protons depuis l'état $1^(-)_(2)$ du $^(18)$Ne se fait majoritairement par le processus séquentiel; le rapport entre les largeurs associées à l'émission d'un diproton et à l'émission séquentielle étant inférieur à 8% dans tous les cas.

Nous présentons des mesures de section efficace de réaction, obtenues par la technique directe pour des dizaines de noyaux riches en neutrons (N

L'étude des modes de décroissance des noyaux 21 Mg, 25 Si et 26 P permet de tester la validité des modèles théoriques lorsqu'ils sont appliqués à la description des propriétés de noyaux particulièrement instables. Des approches de type <> ainsi que l'hypothèse d'indépendance de charge des forces nucléaires sont confrontées aux résultats expérimentaux. Enfin, l'observation du phénomène rare de l'émission de deux protons constitue le premier pas vers la recherche et l'étude de la radioactivité 2 He.

Dans ce travail, nous avons montré comment la structure en halo de neutron d'un noyau se manifestait sur les mécanismes de réaction. Notre étude expérimentale a été appliquée à un noyau doté d'un seul neutron dans le halo (11Be) et à un noyau doté de deux neutrons dans son halo (6He) dans leurs interactions avec un noyau-cible de plomb. Le dispositif expérimental permettait une mesure simultanée des impulsions du noyau-cœur et des neutrons du halo, ainsi que de l'état d'excitation du noyau-cible. La mesure des caractéristiques cinématiques des neutrons du halo était effectuée par le nouveau détecteur TOURNESOL, un détecteur par temps de vol à scintillateur liquide de large volume. Les caractéristiques de ce détecteur sont décrites en détail dans ce document. Pour les deux faisceaux, nous avons obtenu des mesures sélectives de largeurs en impulsion, en distinguant les réactions de break-up, stripping et cassure de cœur, ainsi que différents domaines d'excitation du noyau-cible. En faisceau de 11Be les largeurs d'impulsion du noyau-cœur et du neutron de halo sont cohérentes pour les réactions de break-up, et le noyau-cible n'est pas excité. Les valeurs obtenues sont de 10 à 15% supérieures aux valeurs équivalents obtenues avec un noyau-cœur au voisinage de zéro degré. Des largeurs de distributions d'impulsion des neutrons produits lors de la cassure du cœur ont été comparées à celles en faisceau de 10Be. En faisceau de 6He, nous avons étudié les corrélations entre l'impulsion des neutrons et celle du cœur, pour constater qu'en réaction de break-up la dissociation s'effectue en une étape, et en une ou deux étapes en réaction de stripping. Dans ce dernier cas, la cassure en une étape est liée à la structure " di-neutrons " et celle en deux étapes à la structure " cigare " de l'état fondamental du noyau 6He.

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

Les facteurs spectroscopiques nous renseignent sur l'occupation des couches nucléaires et peuvent être extraits par des réactions directes comme le transfert à basse énergie et le knockout aux énergies intermédiaires. L'étude récente de noyaux radioactifs de la couche sd ayant une large différence d'énergie de séparation, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, montre que les sections efficaces d'arrachage d'un nucléon très lié sont considérablement réduites par rapport aux prédictions théoriques. Cette tendance n'est pas observée pour des noyaux moins exotiques, jusqu'à DeltaS~12 MeV, par réaction de transfert (d,p).Pour comprendre l'origine de cette réduction, nous avons réalisé deux expériences complémentaires sur un noyau présentant une large différence d'énergie de séparation l'14O : (i) le knockout d'un nucléon au NSCL, 14O (53 MeV/n) et 16C (75 MeV/n), sur une cible de 9Be; (ii) le transfert d'un nucléon avec le faisceau d'14O à 18 MeV/n de SPIRAL, 14O(d,t)13O et 14O(d,3He)13N, étudié avec le dispositif MUST2. L'analyse des données présentée en détails dans ce manuscrit conduit à des facteurs spectroscopiques incompatibles entre ces deux expériences lorsqu'un neutron fortement lié est enlevé ou transféré de l'14O. Dans le cas du knockout, la section efficace mesurée est fortement réduite par rapport aux prédictions basées sur un modèle eikonal et le modèle en couches. La distribution en moment parallèle de l'13O mesurée après l'arrachage d'un neutron présente par ailleurs une forme qui n'est pas reproduite par le modèle eikonal. Dans le cas du transfert, une telle réduction n'est pas observée et le rapport entre expérience et théorie est compatible avec ce qui est obtenu pour les noyaux stables. Ces résultats suscitent de nouveaux développements théoriques pour la modélisation du mécanisme de réaction dans ces cas extrêmes où le nucléon enlevé est fortement lié.

Durant cette thèse, nous avons étudié les décroissances β des noyaux de gallium autour de N=50 et préparé une source d'ionisation laser à ALTO. Le besoin d'accéder à des régions de plus en plus exotiques pour la production de faisceaux radioactifs requiert l'élimination des contaminants polluant le faisceau d'intérêt. Afin de résoudre ce problème, une source d'ionisation laser a été développée à ALTO. Le cuivre a été choisi comme premier élément à ioniser pour ses intérêts physiques et pour comparer le fonctionnement de la source laser avec celles des autres installations de recherche. Des lasers ont été ainsi installés et optimisés pour ioniser sélectivement ce type d'atome produits pour les expériences. Ce montage laser nous a permis de tester l'ionisation du cuivre stable avec succès.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 le sujet. Nous avons donc étudié les noyaux 79,80,82,83,84,85Ga produits à ALTO. Pour cela, un faisceau d'électrons (50MeV et 10µA) délivré par l'accélérateur linéaire est 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 est installée en sortie de cible pour ioniser les atomes de gallium et produire le faisceaux d'ions. Ce système nous permet d'étudier les décroissance β- et β--n des isotopes 79,80,82,83,84,85Ga.L'analyse de cette expérience a produit de nouveaux résultats sur les décroissances de 80Ga, 84Ga et 84Ge. Pour 80Ga, l'étude des données a confirmé l'existence d'un état isomérique et a permis de mesurer les durées de vie de l'état fondamental et de l'isomère. De plus, l'analyse de la décroissance de 84Ge a permis de confirmer deux états et de proposer un troisième pour 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 antérieurement à cette thèse. 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 et interprétée en terme de mélange de configurations.

L'étude expérimentale de noyaux de plus en plus riche (ou pauvres) en neutrons met à rude épreuve les modèles de structure nucléaire. Ainsi, la découverte de nouveaux nombres magiques pose le problème de la définition de l'espace-modèle dans les calculs de modèle en couches. L'approche suivie consiste à utiliser les propriétés d'appariement des nucléons pour diminuer les dimensions de l'espace des configurations utilisé dans le modèle en couches. Cette approche, dite de séniorité généralisée, nous permet d'agrandir les espaces de valence tout en gardant les dimensions des matrices accessibles à une digonalisation numérique. Elle n'est toutefois valable qu'aux alentours de noyaux semi-magiques. Un ensemble de comparaisons de nos résultats à des calculs analytiques puis à des calculs de type modèle en couche complet, dans des espaces où ils étaient réalisables, nous a permis d'apprécier la qualité de notre approximation. Une explication de notre approche à des problèmes théoriques d'actualité a ensuite été réalisée. Deux séries de noyaux se prêtaient particulièrement bien à cette application : les isotopes du nickel. Afin de tenir compte des excitations décrites dans d'autres études comme extérieures à l'espace-modèle, nous avons considéré l'espace 0f1p0g9/2. Nous avons validé ce choix sur les isotope les plus stables avant d'étudier la fermeture de la sous-couche N = 40. Les isotones de 82 neutrons.

Des relations entre propriétés structurales et magnétiques ont été mises en évidence dans des fluorures dérivés de la structure usovite (Ba₂CaMgAl₂F₁₄). Le réseau est constitué de couches [CaMgAl₂F₁₄] dans lesquelles les cations occupent trois sites cristallographiques différents M²⁺, M'²⁺ et M''³⁺ . Si les éléments M²⁺ et M'²⁺ sont des ions magnétiques et M''³⁺ un ion diamagnétiques, il y a formation de chaînes magnétiques...

Des calculs théoriques utilisant la méthode de champ moyen ont suggérée l'existence des formes du noyau avec la symétrie tétraédrique et/ou octraédrique dans la région des terres rares au voisinage des noyaux 156Gd et 160Yb. Dans les noyaux avec une symétrie tétraédrique pure, des transitions intra-bande E2 à bas spin dans des bandes de parité négative disparaissent ou sont très faibles. Ce travail est dédié à une recherche expérimentale de la symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. Une expérience a été faite à Jyväskylä avec le multi-détecteur JUROGAM, sur la réaction de fusion - évaporation 154Sm(, 2n)156Gd. L'analyse des données, a établi les rapports d'embranchement de deux bandes de parité négative et a permis, par distribution angulaire, de connaître la nature d'une nouvelle transition. Les rapports d'embranchement obtenus sont comparables avec ceux des expériences précédentes et quelques limites supérieures ont été déterminées. L'absence de transitions à bas spin (I$^{pi}<9$) dans la bande de parité négative à spin impair a été confirmée. Ces résultats ont renforcé l'hypothèse d'une symétrie tétraédrique dans le noyau 156Gd. La spectroscopie gamma est l'outil majeure utilisé dans ce travail. Les principes ainsi qu'une étude de simulation réaliste sont détaillés dans ce manuscrit. La simulation avec des événements réalistes a été faite pour comparer la fonction de réponse de deux types de multidétecteurs EUROBALL et AGATA. Les résultats montrent que sous certain conditions la phase démonstrateur d'AGATA peut être utilisée pour la recherche d'événements rares.