Les systèmes non liés 10;12Li et 13Be ont été étudiés par des réactions de perte d'un ou plusieurs nucléons à partir d'un faisceau de 14B à 35 MeV/nucléon. L'énergie de décroissance a été reconstruite à travers la mesure des coïncidences 9;11Li-n et 12Be-n. Une simulation prenant en compte les effets du dispositif expérimental et de la réaction a été développée. Les spectres en masse invariante ont été interprétés en utilisant les distributions théoriques calculées pour les différents états et convoluées à la réponse du dispositif, ainsi que les distributions des événements non corrélés déterminées à partir des données par un mélange d'événements. Concernant le système 10Li, les données ont été reproduites par les distributions d'un état s virtuel avec une longueur de diffusion ([formule]) confirmant l'inversion des niveaux v1p1=2 et v2s1=2. Pour le 12Li, la présence d'états excités d'énergie entre 0; 2 et 0; 8 MeV au-dessus du seuil a été mise en évidence. Pour le 13Be, l'énergie de décroissance ainsi que les autres observables ont été reproduites par l'hypothèse d'une résonance ([formule]). Cette hypothèse est soutenue par la sélectivité du processus de knockout d'un proton, pour lequel la configuration du neutron des états peuplés dans le 13Be reflète celle du 14B.

Nous avons étudié la structure des noyaux autour de 68Ni, ainsi que la production, séparation et identification des isotopes se trouvant dans le voisinage du noyau doublement magique 100Sn. Dans la première partie, est discutée l'évolution de la collectivité et l'interaction entre degrés de liberté particule indépendante et collectifs autour de 68Ni. Nous avons mesuré des temps de vie dans les noyaux de Zn autour de N=40, produits par réactions profondément inélastiques 238U+70Zn à GANIL, à l'aide d'un "plunger". Les noyaux d'intéérêt, étaient identifiés par le spectromètre VAMOS, les gamma par le détecteur EXOGAM. Des durées de vie, nous avons extrait les probabilités de transition réduites. De nouvelles transitions ainsi que des durées de vie sont mesurées pour la première fois. Les résultats sont discutés dans le cadre de calculs modèle en couches. Dans la deuxième partie, la conservation partielle de séniorité dans la couche g9/2 et son influence sur le transfert d'une particule est discuté. La troisième partie présente un test réalisé à RIKEN (Japon), visant à évaluer deux configurations du séparateur BigRIPS, afin d'optimiser la production et la sélection des noyaux de 100Sn. Cette étude a été utilisée par la suite pour notre expérience, consacrée à la mesure de la force Gamow-Teller dans la désintégration de 100Sn. Les noyaux autour de 100Sn ont été produits par fragmentation d'un faisceau de 124Xe à 345 MeV/u. La section efficace de production des noyaux autour de 100Sn a été mesurée. La recherche de nouveaux isotopes et de nouveaux isomères est présentée.

Les noyaux au rapport neutron/proton exotique font l'objet d'une grande part des recherches actuelles de la physique nucléaire, aussi bien pour les moyens de les synthétiser -car ils sont difficilement accessibles- que pour leur interprétation. Dans cette thèse les noyaux riches neutrons de la masse A=100 ont été créés, à haut spin, par une réaction d'ions lourds particulière, la fission induite par ions lourds. Les noyaux produits ont été identifiés, un à un, au travers de leur rayonnements gamma mesurés par le multi-détecteur EUROBALL III. Quelques caractéristiques de ce mode de production, extraites de nos données, sont discutées. La spectroscopie gamma précise d'isotopes riches en neutrons de Technétium (A = 103) et d'Argent (A = 111, 113, 115) est présentée. Les orbitales de protons sous-jacentes sont identifiées par le rôle qu'elles jouent dans la structure des bandes d'excitation de noyaux de masse impaire de cette region de masse (Technétium, A de 97 à 107; Rhodium, A de 105 à 111; Argent A de 107 à 115). Une interprétation de ces noyaux impairs en protons est proposée, utilisant également les résultats d'un code rotor plus une quasi-particule et de calculs microscopiques self­consistants. Ces noyaux sont en effet un bon test pour ces modèles théoriques dont la plupart des ingrédients est issue de résultats sur quelques noyaux seulement de la vallée de stabilité.

Le travail présenté dans ce manuscrit regroupe quatre études par spectroscopie gamma de quatre noyaux produits par une réaction de fission induite par protons de 25 MeV, sur une cible épaisse d'238U. Cette expérience a été menée au JYFL à Jyväskylä auprès du multidétecteur JUROGAM II. Dans ce manuscrit l'étude spectroscopique détaillée des noyaux : 84Se, 86Se, 83As et 98Y a été menée. Les trois premiers noyaux sont des noyaux sphériques se situant au voisinage de la couche magique N = 50. Leurs études peuvent permettre de mieux aborder l'évolution du gap de cette couche, mais aussi d'améliorer les interactions utilisées dans les calculs de modèle en couches permettant de reproduire leurs comportements. Huit nouvelles transitions ont pu être assignées à ces noyaux, ces résultats expérimentaux sont relativement bien en accord avec les calculs de modèle en couches effectués. Le noyau 98Y est un noyau possédant une coexistence de formes nucléaires. Alors que les états d'énergies inférieures à 500keV ont une configuration sphérique, les états situés au dessus sont déformés. Cinq nouvelles transitions ont été déterminées et ajoutées au schéma de niveaux existants, et deux calculs utilisant deux modèles collectifs ont été réalisés. Le premier utilisant le modèle GICM reproduit le comportement des états au dessous de 500keV et le deuxième QPRM reproduit les états prolate déformés permettant l'assignation d'un comportement sphérique à l'isomère (10-). / The work presented in this thesis includes four gamma-ray spectroscopy studies of four nuclei produced by fission induced by 25 MeV protons, on a thick target of 238U. This experiment was realized at JYFL in Jyväskylä with the multi-detector JUROGAM II. In this manuscript a detailed spectroscopic study of nuclei : 84Se, 86 Se, 83 As and 98Y was performed. The first three nuclei are spherical and they are on or adjacent to the N =50 shell closure. Their studies provide a better understanding of the possible decrease in energy of this shell closure, and also of the interactions used in shell-model calculations. Eight new transitions have been assigned to these nuclei and these experimental results are in a relatively good agreement with the shell-model calculations. In the nucleus 98Y a coexistence of nuclear shapes is observed. While the low-energy states below 500keV have a spherical configuration, higher lying states are deformed. Five new transitions were discovered and added to the existing levels scheme, and two calculations using two collective models have been made. The first set of calculations has used the GICM model to reproduce the behavior of states below 500keV and the second set of calculations has used QPRM to reproduce the prolate deformed states, and permitted the assignment of a spherical shape to the isomer (10-).

Cette thèse de doctorat vise l’examen critique de certaines théories de champ moyen nucléaire phénoménologiques, en se focalisant sur la description fiable des niveaux de particules individuelles. L’approche suivie ici est nouvelle en ce sens que elle permet non seulement la prédiction des valeurs numériques obtenues avec ce formalisme, mais également une estimation des distributions de probabilités correspondant aux résultats expérimentaux. Nous introduisons le concept des ≪erreurs théoriques≫, visant estimer, dans un cadre mathématique bien établi, les incertitudes relatives aux modélisations théoriques. Il est également introduit une notion subjective de pouvoir prédictif des Hamiltoniens nucléaires, qui est analysé dans le contexte des spectres énergétiques de particules individuelles. Le concept mathématique du ≪Problème Inverse≫ est appliqué aux Hamiltoniens de champ moyen réalistes. Cette technique permet la prédiction de propriétés du système partir d’un nombre limité de données. Afin d'approfondir notre connaissance des Problèmes Inverses, nous focalisons notre attention sur un problème mathématique simple. Une fonction dépendant de quatre paramètres libres est introduite afin de reproduire des données ≪expérimentales≫. Nous étudions le comportement des paramètres ≪fittés≫, leur corrélation, ainsi que les erreurs associées. Cette étude nous aide comprendre la signification de la formulation correcte du problème en question. Il nous montre également l'importance d'inclure les erreurs expérimentales et théoriques dans la solution. / This thesis is a critical examination of phenomenological nuclear mean field theories, focusing on reliable description of levels of individual particles. The approach presented here is new in the sense that it not only allows to predict the numerical values obtained with this formalism, but also yields an estimate of the probability distributions corresponding to the experimental results. We introduce the concept of ‘theoretical errors’ to estimate uncertainties in theoreticalmodels. We also introduce a subjective notion of ‘Predictive Power’ of nuclear Hamiltonians, which is analyzed in the context of the energy spectra of individual particles. The mathematical concept of ‘Inverse Problem’ is applied to a realistic mean-field Hamiltonian. This technique allows to predict the properties of a system from a limited number of data. To deepen our understanding of Inverse Problems, we focus on a simple mathematical problem. A function dependent on four free parameters is introduced in order to reproduce ‘experimental’ data. We study the behavior of the ‘fitted’ parameters, their correlation and the associated errors. This study helps us understand the importance of the correct formulation of the problem. It also shows the importance of including theoretical and experimental errors in the solution.

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. / Theoretical calculations using realistic mean-eld method suggest the existence of nuclear shapes with tetrahedral and/or octahedral symmetries in some rare earth nuclei around 156Gd and 160Yb. In nuclei with exact tetrahedral symmetry, the E2 intra-band transitions are predicted to vanish completely or to be very weak. This work is devoted to an experimental research of the tetrahedral symmetry in the nucleus 156Gd. An experiment has been carried out with the JUROGAM - rays detector at Jyväskylä by using the fusion - evaporation reaction 154Sm(, 2n)156Gd. In analysis, the branching ratios of two parity negative bands were determined, the angular distribution has been analyzed to determine the nature of one inter-band transition between these two bands. The transitions strength ratios determined are of the same order of magnitude as previous experiments, and some upper limits have been established for the lowest spin. The missing of the E2 transitions below the (I$^{pi}<9$)states in the odd spin parity negative band were conrmed. The results of this work reinforced the hypothesis of the tetrahedral symmetry in the nucleus 156Gd. -ray spectroscopy is the major tool used for this work. Detection principles and -ray simulations are detailed in the document. The simulation, based on realistic events, has been realised to compare the response function of two multidetectors EUROBALL and AGATA. The results show that under certain conditions the rst phase of AGATA (demonstrator) is also a tool to search for rare events

La méthode de la fonctionnelle de la densité d’énergie (Energy Density Functional, EDF) est une approche phénoménologique permettant de calculer les propriétés élémentaires des noyaux atomiques (masses, dimensions et formes) a l’approximation du champ moyen. Elle permet également d’obtenir les spectres correspondant à certains états collectifs (vibrationnels et rotationnels) en mettant en œuvre des calculs ≪ au-delà ≫ du champ moyen (avec la méthode de la coordonnées génératrice (GCM) ou le mécanisme de brisure/restauration de symétries). Cette méthode, applicable sur toute la charte des noyaux hormis les plus légers, connait un regain d’intérêt avec le développement de nouveaux faisceaux radioactifs tels SPIRAL2 au GANIL. Des travaux récents ont montré qu’une description des états collectifs des noyaux nécessitait la modification et la généralisation des formes habituellement utilisées pour la fonctionnelle de la densité d’énergie, notamment avec la suppression de termes dépendants de la densité. Il a également été montre que les fonctionnelles de Skyrme pouvaient conduire à des instabilités et transitions de phases non physiques dans la matière nucléaire et les noyaux, en particulier lorsque le système est autorisé à briser des symétries. Le but de ce travail de thèse a été d’achever la construction de la fonctionnelle de Skyrme généralisée, initiée par J. Sadoudi (Constraints on the nuclear energy density functional and new possible analytical forms., CEA Saclay, 2011), puis d’en ajuster les paramètres. Le terme dépendant de la densité est remplacé par un potentiel d’interaction à 3 et 4 corps et la fonctionnelle associée est utilisée pour décrire le champ moyen et le champ d’appariement. Il a été nécessaire de construire un nouveau protocole d’ajustement afin de contraindre les paramètres de cette fonctionnelle. En particulier, l’ajustement est fait avec des contraintes sur les instabilités précédemment mentionnées. Parallèlement a la construction du protocole d’ajustement, l’utilisation de techniques d’analyse covariante a permis, dans un premier temps, d’estimer les erreurs statistiques associées a chaque paramètre ajuste et les barres d’erreurs des observables calculées. Dans un second temps, nous avons étudié les corrélations existantes entre les différentes contraintes choisies dans le protocole, ce qui a permis de mettre en évidence certains défauts de ces nouvelles interactions généralisées. Enfin, dans un travail annexe, nous avons utilisé des méthodes semiclassiques de type Thomas-Fermi modifiées (MTF) afin de dériver une formule analytique permettant d’estimer la valeur du coefficient d’énergie de surface d’une interaction de Skyrme généralisée. En réajustant les paramètres de la fonctionnelle SLy5 avec une contrainte sur ce coefficient, nous avons montré qu’il était fortement corrèle aux propriétés de fission des actinides. Nous aurons ainsi à notre disposition, grâce à cette estimation du coefficient d’énergie de surface, un outil simple à mettre en œuvre dans des protocoles d’ajustements futurs qui permettra de contraindre les propriétés de fission des noyaux / -

L’étude des noyaux à la drip-line proton est un outil récent et puissant pour sonder la structure nucléaire loin de la vallée de stabilité. En particulier, le phénomène de radioactivité deux protons prédit théoriquement en 1960 a été découvert expérimentalement en 2002. Ce travail de thèse concerne une expérience réalisée au GANIL dans le but d’étudier la radioactivité 2pde 54Zn avec une chambre à projection temporelle, développée pour la détection individuelle de chaque proton et la reconstruction de leur trajectoire en trois dimensions. L’analyse des données a permis de déterminer les corrélations en énergie et en angle entre les deux protons.Celles-ci ont été comparées à un modèle théorique qui prend en compte la dynamique de la décroissance, permettant d’obtenir des informations sur la structure de l’émetteur. La statistique obtenue étant très faible, l’interprétation des résultats reste encore limitée mais ces résultats ouvrent de très belles perspectives sur les études futures des noyaux aux limites d’existence. / The study of nuclei at the proton drip-line is a recent and efficient tool to prove the nuclearstructure far from stability. In particular, the two proton radioactivity phenomenonpredicted in 1960 has been discovered in 2002. This PhD thesis concerns an experiment realisedat GANIL, in order to study the 2p radioactivity of 54Zn with a time projection chamber,developed for the individual detection of each proton and the reconstruction of their tracksin three dimensions. The data analysis allowed to determine the correlations in energy andangle between the two protons. They have been compared to a theoretical model, which takesinto account the dynamics of the emission, giving information about the structure of theemitter. However, due to the very low statistics, the interpretation of the results is limitedbut these results open very interesting prospects for further studies of nuclei at the limits ofthe existence.

La physique à la drip-line offre l'opportunité d'étudier les noyaux à la limite du paysage couvert par la physique nucléaire, où l'addition de nouveaux protons et neutrons ne peut plus être supportée. A l'approche de la drip-line, la structure même des noyaux se trouve modifiée par rapport aux plus stables. Les fermetures de couches classiques disparaissent et de nouveaux phénomènes surgissent, tels que la clusterisation et les halos. Dans ce travail, nous avons revisité la spectroscopie du noyau non-lié 10He par l'intermédiaire d'une réaction de transfert d'un proton 11Li(d,3He) à 50 AMeV étudiée par la méthode de masse manquante. Pour ce faire, nous avons utilisé le détecteur MUST2 sur la ligne RIPS du RIKEN Nishina center. La partie expérimentale de ce travail repose sur un dispositif novateur utilisant des détecteurs de silicium très fins. Pour la première fois, la mise en oeuvre de ces derniers en conjonction avec des détecteurs sensibles en position de haute granularité a été démontrée. L'approche par réaction de transfert conduit à des résultats très clairs sur la position du premier état résonant du 10He, trouvé dans ce travail à 1.4(3) MeV, en accord avec la plupart des précédents travaux expérimentaux. L'obtention pour la première fois d'un facteur spectroscopique permet de nous renseigner sur la nature du recouvrement <10He|11Li>, trouvé égale à 0.13(6). / Physics at the drip-line offer the opportunity to study nuclei at the limits of the nuclear landscape, where additional protons or neutrons can no longer be kept in the nucleus. In the vicinity of the drip-lines, the structural features of the nuclei change with respect to the more stable nuclei, the normal shell closure of particles disappear and new phenomena appear, such as clusterization and halo. In this work we have revisited the spectroscopy of the unbound 10He by means of the 11 Li(d,3 He) reaction at 50 AMeV studied in missing mass method with the MUST2 array at the RIPS beam line of RIKEN. The experimental part of this study rely on new detection set-up using very thin silicon detectors. For the first time, the effective operability of these detectors, in conjunction with high granularity position sensitive detectors, was proved. The transfer reaction approach led to clear results on the 10He first resonant state position, found in this work at 1.4(3) MeV, in agreement with most of the previous experimental works. The extraction of a spectroscopic factor for the first time shed light on the <10He|11Li> overlap, found to be 0.13(6).

La forme d’un noyau, ou la déviation de la distribution en masse par rapport à une forme sphérique, est une des propriétés fondamentales du noyau. Elle est gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que l'énergie de liaison donnée par le modèle de la goutte liquide ou la structure en couche du noyau, respectivement. L’étude de la forme des noyaux exotiques par spectrométrie gamma permet de tester finement différents modèles théoriques initialement développés pour les noyaux stables. L’objectif de cette thèse est l’étude de l’évolution de la forme des noyaux exotiques riches en neutrons dans les chaînes isotopiques allant du Zr (Z=40) au Pd (Z=46). Le plus souvent, la forme des noyaux évolue lentement de la forme sphérique, près des fermetures de couche ou des noyaux magiques (ou doublement magiques), à des formes allongées (prolate), pour des noyaux avec de nombreux nucléons de valence. Cependant, Les noyaux auxquels nous nous intéressons ont tendance à avoir des états excités qui évoluent rapidement en fonction du nombre de neutrons, ce qui peut être interprété comme des variations rapides de la forme du noyau. Ceci inclue dans de rares cas l'observation d'états de forme aplatie (oblate) et triaxiale. Jusqu'à présent, les propriétés connues de ces noyaux se limitent (principalement) aux énergies d'excitation. Les informations sur le degré de collectivité nucléaire (que l'on peut déduire de la durée de vie des états excités) sont rares, tandis que les informations directes de forme sont pratiquement inexistantes. L'estimation la plus simple de la déformation nucléaire dans les noyaux pairs peut être obtenue à partir de l'énergie du premier état 2⁺. Pour les isotopes du Sr (Z = 38) et du Zr (Z = 40), il a été observé que cette énergie diminue considérablement à N = 60, alors que son évolution est beaucoup plus progressive pour les isotopes du Mo (Z = 42). Des mesures précises de durée de vie constituent un élément clé de l'étude systématique de l'évolution de la déformation nucléaire et du degré de collectivité dans cette région. Des noyaux riches en neutrons dans la région de masse A = 100-120 ont été peuplés par la réaction de fusion-fission d'un faisceau de ²³⁸U à 6,2 MeV/u sur une cible ⁹Be. Le noyau composé ²⁴⁷Cm était produit à une énergie d'excitation de ∼45 MeV avant de fissionner. Le dispositif expérimental utilisé pour cette étude comprenait le spectromètre de masse de haute résolution VAMOS pour l'identification les noyaux en Z et A, le réseau de 35 détecteurs au germanium AGATA (Advanced γ-ray Tracking Array) AGATA, pour la spectroscopie de rayons γ, ainsi qu'un mécanisme de "plunger" pour mesurer la durée de vie jusqu'à quelques ps par la méthode RDDS (Recoil Distance Doppler Shift). De plus, la cible était entourée de 24 détecteurs LaBr₃ (Bromure de lanthane) pour mesurer des durées de vie plus de 100 ps avec la méthode du "fast-timing". La combinaison de spectromètres sophistiqués utilisée dans cette expérience a permis de mesurer des durées de vie d'états nucléaires allant de 100 picosecondes à quelques picosecondes. Dans cette thèse, nous exposerons de nouveaux résultats pour les états à courte durée de vie dans les noyaux riches en neutrons A∼100, en mettant l'accent sur les chaînes des Zr, Mo et Ru. Nous discuterons des techniques expérimentales utilisées pour évaluer les durées de vie ainsi que l'interprétation de celles-ci à l'aide de modèles de structures nucléaires récents. / The shape of an atomic nucleus, ie. the deviation of its mass distribution from sphericity, is a fundamental property and governed by a delicate interplay of macroscopic and microscopic effects, such as the liquid-drop like binding energy and the nuclear shell structure, respectively. Studying nuclear shape properties using gamma ray spectroscopic methods allows detailed tests of different nuclear models, which were originally developed for stable nuclei. We proposed a project to study the evolution of nuclear shapes in exotic nuclei, far from the valley of stability, specifically in neutron-rich nuclei in the isotopic chains from Zr (Z=40) to Pd (Z=46). Usually, nuclear shapes are slowly evolving from spherical shapes around closed-shell or (doubly-) magic nuclei to elongated (prolate) shapes in nuclei with many valence nucleons. The nuclei of interest, however, show rapidly evolving patterns of excited states, which can be interpreted as rapid variations of the nuclear shape, including the rare observation of oblate (disk-like) and triaxial shapes. So far the known properties for these nuclei are (mainly) limited to excitation energies. Information on the nuclear collectivity, which can be deduced from the lifetime of the excited states, are sparse, while direct information of the shape is practically non existing. The simplest estimate of nuclear deformation in even-even nuclei can be obtained from the energy of the first 2⁺ state. For Sr (Z = 38) and Zr (Z = 40) isotopes this energy is observed to decrease dramatically at N = 60, while its evolution is much more gradual in Mo nuclei (Z = 42). Precise lifetime measurements provide a key ingredient in the systematic study of the evolution of nuclear deformation and the degree of collectivity in this region. Neutron-rich nuclei in the mass region of A = 100-120 were populated through the fusion-fission reaction of a ²³⁸U beam at 6.2 MeV/u on a ⁹Be target. The compound nucleus ²⁴⁷Cm was produced at an excitation energy of around 45 MeV before undergoing fission. The setup used for this study comprised the high-resolution mass spectrometer VAMOS in order to identify the nuclei in Z and A, the Advanced gamma ray Tracking Array AGATA of 35 germanium detectors to perform gamma ray spectroscopy, as well as a plunger mechanism to measure lifetimes down to a few ps using the Recoil Distance Doppler Shift method (RDDS). In addition, the target was surrounded by 24 Lanthanum Bromide (LaBr₃) detectors for a fast-timing measurement of lifetimes longer than 100 ps. The sophisticated set of spectrometers used in this experiment allowed measurement of nuclear lifetimes in a range from 100’s of picoseconds down to a few picoseconds. In this thesis, we will report on new lifetime results for short-lived states in neutron-rich (A ~ 100) nuclei, with an emphasis on the Zr, Mo and Ru chains. We will discuss the experimental techniques used to evaluate the lifetimes as well as their interpretation in terms of state-of-the-art nuclear structure models.