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The study of fragmentation reactions produced in heavy-ion collisions has permitted major advances in the understanding of the dynamics and thermodynamics of nuclear matter and is still one of the most promising tools to constrain its equation of state. This fundamental feature in nuclear physics is also a crucial ingredient in the understanding of various astrophysical objects or phenomena : dynamics of supernovae explosion and structure of the remanent neutron star, or interpretation of signals coming from neutron star merger. Up to now, a crucial ingredient was missing in most fragmentation experiments : the isotopic composition of reaction products, it was only accessible for the lightest fragments with existing multi-detectors such as INDRA in GANIL. In this context, the FAZIA collaboration has developed a new generation detector able to measure the charge and mass of fragments up to Z=25 over a broad angular and energy range. Results of first experiments with FAZIA in stand alone mode have been published by the collaboration on the isotopic distribution of measured fragments. Now, twelve FAZIA modules are mounted in GANIL to replace the forward part of INDRA. This INDRA-FAZIA coupling is one of the most powerful detector to constrain the nuclear equation of state asymmetry term. The identification quality and large angular coverage also allow to investigate nuclear collision dynamics, clusterization process at low density, and light nuclei structure and decay modes. The first INDRA-FAZIA experiment at GANIL was performed in 2019. The main goal is to study the isospin tranport properties of nuclear matter by measuring the evolution of the N/Z equilibration between projectile and target of different initial isospin contents as a function of the collision centrality. In this contribution, I will present the context and first results of this experiment., L’étude des réactions de fragmentation produites lors des collisions d’ions lourds a permis des avancées majeures dans la compréhension de la dynamique et de la thermodynamique de la matière nucléaire et reste l’un des outils les plus prometteurs pour contraindre son équation d’état. Cette caractérisation fondamentale de la physique nucléaire est également un ingrédient crucial pour la compréhension de divers objets ou phénomènes astrophysiques : dynamique de l’explosion des supernovae et structure des étoiles à neutrons, ou interprétation des signaux provenant de la fusion d’étoiles à neutrons. Jusqu’à présent, un ingrédient crucial manquait dans la plupart des expériences de fragmentation : la composition isotopique des produits de réaction. Elle n’était accessible que pour les fragments les plus légers avec les multi-détecteurs existants comme INDRA au GANIL. Dans ce contexte, la collaboration FAZIA a développé un détecteur de nouvelle génération capable de mesurer la charge et la masse de fragments jusqu’à Z=25 sur une large gamme angulaire et énergétique. Les résultats des premières expériences avec FAZIA en mode autonome ont été publiés par la collaboration sur la distribution isotopique des fragments mesurés. Aujourd’hui, douze modules FAZIA sont montés au GANIL pour remplacer la partie avant d’INDRA. Ce couplage INDRA-FAZIA est l’un des multi-détecteurs les plus puissants pour contraindre le terme d’asymétrie de l’équation d’état nucléaire. La qualité de l’identification et la grande couverture angulaire permettent également d’étudier la dynamique des collisions nucléaires, le processus d’agrégation à faible densité, ainsi que la structure et les modes de désintégration des noyaux légers. La première expérience INDRA-FAZIA au GANIL a été réalisée en 2019. L’objectif principal est d’étudier les propriétés de transfert d’isospin de la matière nucléaire en mesurant l’évolution de l’équilibre N/Z entre le projectile et la cible de différents contenus initiaux en isospin en fonction de la centralité de la collision. Dans cette contribution, je présenterai le contexte et les premiers résultats de cette expérience.

Synchrotron radiation in the tender x-ray energy range (2-13 keV) allows deep core-shell excitation/ionization of atoms and molecules. The electronic states populated have ultrashort lifetimes, in the order of one femtosecond. The atoms will then relax through emission of a photon or an electron. In this thesis, we used electron spectroscopy as a tool to study the different processes implied by the interaction between the matter and highly energetic radiation. In the first part, the lifetime of the excited electronic states is used as an intern clock allowing to measure nuclear dynamics in the sub-femtosecond timescale. The lifetime broadenings of the populated electronic states are large enough so that these states overlap, thus allowing their coherent excitation which may lead to interferences phenomena during the relaxation step. This is the subject of the second part of this work, in which we present a model that allows the extraction of these interference terms. In the last part, we show it is also possible to form multiply excited/ionized electronic states, and that our experimental setup allows to measure their lifetimes, and the disentanglement of the many contributions overlapping in the electron spectra. The Ariadne’s thread of this work is to try to apprehend the different electronic correlation processes following the excitation of the studied system by a highly energetic photon, such as how electrons share the incident excess energy or the angular momentum transferred by the incident photon.; Le rayonnement synchrotron dans la gamme d'énergie des rayons X tendres (2-13 keV) permet l'excitation/ionisation d'atomes et de molécules en couche profonde. Les états ainsi peuplés ont des durées de vie ultra-courtes, de l'ordre de la femtoseconde. Les atomes vont alors se relaxer par émission d'un photon ou d'un électron. Dans cette thèse, nous avons utilisé la spectroscopie d'électrons afin d'étudier les différents processus induits par l'interaction entre la matière et un rayonnement très énergétique. Dans la première partie, la durée de vie des états électroniques excités est utilisée comme une horloge interne permettant la mesure du mouvement nucléaire à l'échelle de temps sub-femtoseconde. Les élargissements naturels dus à la durée de vie des états électroniques peuplés sont suffisamment grands pour que ces états se recouvrent, permettant l'excitation simultanée de plusieurs états intermédiaires pouvant causer des phénomènes d'interférences lors de l'étape de relaxation. C'est le sujet de la deuxième partie de cette thèse, où nous présentons un modèle permettant d'extraire ces termes d'interférences. Dans la dernière partie, nous montrons qu'il est également possible de peupler des états électroniques multiplement excités/ionisés, et que notre dispositif expérimental permet d'en extraire les durées de vie, ainsi que de résoudre toutes les contributions se recouvrant dans les spectres d'électrons. Le fil d'Ariane de ce travail est de tenter d'appréhender les différents processus de corrélations électroniques suite à l'excitation du système étudié via un photon de haute énergie, comme le partage d'excès d'énergie ou de moment angulaire entre plusieurs électrons.

Pairing correlations is an essential component for the description of the atomic nuclei. The effects of pairing on static property of nuclei are now well known. In this thesis, the effect of pairing on nuclear dynamics is investigated. Theories that includes pairing are benchmarked in a model case. The TDHF+BCS theory turns out to be a good compromise between the physics taken into account and the numerical cost. This TDHF+BCS theory was retained for realistic calculations. Nevertheless, the application of pairing in the BCS approximation may induce new problems due to (1) the particle number symmetry breaking, (2) the non-conservation of the continuity equation. These difficulties are analysed in detail and solutions are proposed. In this thesis, a 3 dimensional TDHF+BCS code is developed to simulate the nuclear dynamic. Applications to giant resonances show that pairing modify only the low lying peaks. The high lying collective components are only affected by the initial conditions. An exhaustive study of the giant quadrupole resonances with the TDHF+BCS theory is performed on more than 700 spherical or deformed nuclei. Is is shown that the TDHF+BCS theory reproduces well the collective energy of the resonance. After validation on the small amplitude limit problem, the approach was applied to study nucleon transfer in heavy ion reactions. A new method to extract transfer probabilities is introduced. It is demonstrated that pairing significantly increases the two-nucleon transfer probability.; L'appariement est une composante indispensable à la description des noyaux atomiques. Ses effets sur les propriétés statiques du noyau sont à présent bien connus. Dans ce mémoire, l'effet de l'appariement sur la dynamique nucléaire est étudié. Différentes théories qui incluent l'appariement sont comparées dans un cas modèle. La théorie TDHF+BCS qui apparaît comme un bon compromis entre la richesse de la physique qu'elle contient et son coût numérique est retenue pour les applications aux noyaux. L'introduction de l'appariement dans cette approximation pose de nouveaux problémes liés à (1) la brisure de la symétrie associée au nombre de particules, (2) la non-conservation de l'équation de continuité. Ces difficultés sont analysées en détail et des solutions pratiques sont proposées. Dans cette thèse, un programme TDHF+BCS en 3 dimensions permettant de simuler la dynamique des noyaux a été d'eveloppé. L'application de cette théorie aux résonances géantes a montré que l'appariement n'affecte que les états excités de basse énergie. La composante collective de haute énergie n'étant modifiée que par les conditions initiales. Une étude complète des résonances géantes quadrupolaires a été réalisée pour plus de 700 noyaux sphériques ou déformés. Un bon accord est alors trouvé avec les données expérimentales pour l'énergie collective de la résonance. Cette théorie a ensuite été appliquée à l'étude des réactions de transfert de nucléons lors des collisions noyau-noyau. Une nouvelle méthode de détermination des probabilités de transfert est proposée. Il est montré que l'appariement augmente de manière significative les probabilités de transférer deux nucléons.

Pairing correlations is an essential component for the description of the atomic nuclei. The effects of pairing on static property of nuclei are now well known. In this thesis, the effect of pairing on nuclear dynamics is investigated. Theories that includes pairing are benchmarked in a model case. The TDHF+BCS theory turns out to be a good compromise between the physics taken into account and the numerical cost. This TDHF+BCS theory was retained for realistic calculations. Nevertheless, the application of pairing in the BCS approximation may induce new problems due to (1) the particle number symmetry breaking, (2) the non-conservation of the continuity equation. These difficulties are analysed in detail and solutions are proposed. In this thesis, a 3 dimensional TDHF+BCS code is developed to simulate the nuclear dynamic. Applications to giant resonances show that pairing modify only the low lying peaks. The high lying collective components are only affected by the initial conditions. An exhaustive study of the giant quadrupole resonances with the TDHF+BCS theory is performed on more than 700 spherical or deformed nuclei. Is is shown that the TDHF+BCS theory reproduces well the collective energy of the resonance. After validation on the small amplitude limit problem, the approach was applied to study nucleon transfer in heavy ion reactions. A new method to extract transfer probabilities is introduced. It is demonstrated that pairing significantly increases the two-nucleon transfer probability., L'appariement est une composante indispensable à la description des noyaux atomiques. Ses effets sur les propriétés statiques du noyau sont à présent bien connus. Dans ce mémoire, l'effet de l'appariement sur la dynamique nucléaire est étudié. Différentes théories qui incluent l'appariement sont comparées dans un cas modèle. La théorie TDHF+BCS qui apparaît comme un bon compromis entre la richesse de la physique qu'elle contient et son coût numérique est retenue pour les applications aux noyaux. L'introduction de l'appariement dans cette approximation pose de nouveaux problémes liés à (1) la brisure de la symétrie associée au nombre de particules, (2) la non-conservation de l'équation de continuité. Ces difficultés sont analysées en détail et des solutions pratiques sont proposées. Dans cette thèse, un programme TDHF+BCS en 3 dimensions permettant de simuler la dynamique des noyaux a été d'eveloppé. L'application de cette théorie aux résonances géantes a montré que l'appariement n'affecte que les états excités de basse énergie. La composante collective de haute énergie n'étant modifiée que par les conditions initiales. Une étude complète des résonances géantes quadrupolaires a été réalisée pour plus de 700 noyaux sphériques ou déformés. Un bon accord est alors trouvé avec les données expérimentales pour l'énergie collective de la résonance. Cette théorie a ensuite été appliquée à l'étude des réactions de transfert de nucléons lors des collisions noyau-noyau. Une nouvelle méthode de détermination des probabilités de transfert est proposée. Il est montré que l'appariement augmente de manière significative les probabilités de transférer deux nucléons.

Proteins engaged in macromolecular complexes interacting with chromatin move throughout the nucleus by diffusive processes, transiently and repetitively contacting their target sites. Diffusion and interactions play important roles in gene expression by defining the target gene search time. In the work presented in this thesis we monitored the mobility of the Positive Transcription Elongation factor b (P-TEFb) responsible for the phosphorylation of the RNA polymerase II C-terminal domain and showed that its relatively high mobility is regulated by the 7SK small nuclear ribonucleoprotein complex (7SK snRNP). Without the 7SK regulating complex, transient interactions of the P-TEFb cycline T1 component with RNA polymerase II prevent the nuclear distribution of the elongation factor therefore restricting its activity to sites of high polymerase concentration and limiting its recruitment to new sites. This observation demonstrates that the fast mobility of proteins required for the stochastic assembly of nuclear molecular machines is not only a physical property of macromolecules but a biophysical parameter tightly controlled by cellular regulators., Cette thèse a pour but l'analyse de la dynamique de facteurs de transcription dans le noyau. Les interactions entre molécules nucléaires dans des cellules vivantes ont été décrites comme étant suffisamment transitoires pour que la dynamique de ces molécules puisse être considérée comme étant de la diffusion effective [MISTELI2001, PHAIR]. Etant donné la géométrie des chemins possibles dans le noyau et la haute densité de ce compartiment en molécules diverses, il a été démontré par de nombreux calculs que la diffusion est non seulement le moyen de transport la moins gourmande en énergie, mais également la plus efficace. Ceci nous mène à nous demander comment la cellule permet de contrôler son état transcriptionnel global au vu de la nature stochastique du déplacement de ces facteurs de transcription. Jusqu'à présent, la recherche de cible a été souvent étudiée en utilisant le " temps de premier passage ", c'est-à-dire le temps que met une particule diffusant librement pour atteindre sa cible. Dans le cas d'un compartiment aussi complexe que le noyau, où de nombreuses interactions non spécifiques peuvent avoir lieu, et avec une quantité limitée de protéines distribuées de façon homogène, le temps nécessaire pour qu'une protéine trouve sa cible est en complet décalage avec l'efficacité à laquelle fonctionnent les systèmes biologiques.

Proteins engaged in macromolecular complexes interacting with chromatin move throughout the nucleus by diffusive processes, transiently and repetitively contacting their target sites. Diffusion and interactions play important roles in gene expression by defining the target gene search time. In the work presented in this thesis we monitored the mobility of the Positive Transcription Elongation factor b (P-TEFb) responsible for the phosphorylation of the RNA polymerase II C-terminal domain and showed that its relatively high mobility is regulated by the 7SK small nuclear ribonucleoprotein complex (7SK snRNP). Without the 7SK regulating complex, transient interactions of the P-TEFb cycline T1 component with RNA polymerase II prevent the nuclear distribution of the elongation factor therefore restricting its activity to sites of high polymerase concentration and limiting its recruitment to new sites. This observation demonstrates that the fast mobility of proteins required for the stochastic assembly of nuclear molecular machines is not only a physical property of macromolecules but a biophysical parameter tightly controlled by cellular regulators.; Cette thèse a pour but l'analyse de la dynamique de facteurs de transcription dans le noyau. Les interactions entre molécules nucléaires dans des cellules vivantes ont été décrites comme étant suffisamment transitoires pour que la dynamique de ces molécules puisse être considérée comme étant de la diffusion effective [MISTELI2001, PHAIR]. Etant donné la géométrie des chemins possibles dans le noyau et la haute densité de ce compartiment en molécules diverses, il a été démontré par de nombreux calculs que la diffusion est non seulement le moyen de transport la moins gourmande en énergie, mais également la plus efficace. Ceci nous mène à nous demander comment la cellule permet de contrôler son état transcriptionnel global au vu de la nature stochastique du déplacement de ces facteurs de transcription. Jusqu'à présent, la recherche de cible a été souvent étudiée en utilisant le " temps de premier passage ", c'est-à-dire le temps que met une particule diffusant librement pour atteindre sa cible. Dans le cas d'un compartiment aussi complexe que le noyau, où de nombreuses interactions non spécifiques peuvent avoir lieu, et avec une quantité limitée de protéines distribuées de façon homogène, le temps nécessaire pour qu'une protéine trouve sa cible est en complet décalage avec l'efficacité à laquelle fonctionnent les systèmes biologiques.