Dissertationen zum Thema „Imagerie des rayons gamma“

Les systèmes d'imagerie nucléaire médicale basés sur la détection des rayonnements ionisants et utilisant des semiconducteurs exigent de bonnes performances en termes de sensibilité, d'efficacité, de taille mais surtout en termes d'uniformité électrique et physique de ces matériaux. Cette thèse a pour but d'étudier et de comprendre les origines et les effets de défauts présents dans les matériaux CdTe et CdZnTe ainsi que les effets de traitements thermiques sur l'uniformité électrique et physique de ces matériaux. Le chapitre I traite des méthodes de tirage, des propriétés électriques, ainsi que de l'importance des cristaux CdTe et CdZnTe dans le domaine biomédical. Pour identifier les défauts profonds présents, un développement complet des méthodes spectroscopiques (PICTS, SCLC, etc. ) a été réalisé. Ceci est détaillé dans le chapitre II. Le chapitre III comporte l'étude de l'uniformité électrique en terme de résistivité de ces matériaux suite au développement de la méthode de mesure de résistivité sans contact : la TDCM. L'étude des précipités par microscopie IR a permis de corréler la résistivité avec la densité de précipités et leur fraction volumique. La caractérisation des défauts, qui a fait l'objet du chapitre IV montre l'influence des défauts profonds sur la performance électrique des matériaux. Quelques tentatives d'assignations de certains de ces défauts ont été faites en comparaison avec celles de la littérature. Le chapitre V est consacré aux traitements thermiques, étape cruciale pour uniformiser électriquement et physiquement nos matériaux. Une étude a été menée pour connaître l'influence des différents traitements thermiques sur les défauts macro et microscopiques et donc sur l'homogénéité des propriétés physiques et électriques des matériaux. Le chapitre VI conclut ce travail en traitant de l'efficacité de nos recuits optimisés sur des matrices pixelisées. Des tests in vivo de ces matrices dans des applications biomédicales ont été effectuées
Nuclear medical imagery systems based on the detection of ionising rays use semiconductors which require high performances in terms of sensitivity, efficiency, dimension and in particular electrical and physical uniformity. The aim of this thesis is to study and understand the origins and effects of the deep levels in CdTe and CdZnTe crystals, as well as the effects of thermal treatment on the electrical and physical uniformity of these materials. Chapter I presents the crystal growth techniques and the electrical properties, as well as the importance of the CdTe and CdZnTe crystals in the biomedical domain. To identify the deep levels present in the material, a numerous spectroscopic methods (PICTS, SCLC, etc. ) were used as described in the chapter II. Chapter III contains the study of the electrical uniformity of these materials in term of resistivity following the development of a contactless measurement technique for resistivity : TDCM. The study of the precipitates by IR microscopy allows the correlation between the resistivity and precipitate density and their volumetric fraction. The defect characterisation which was the object of chapter IV shows the influence of the deep levels on the electrical performance of the materials. Assignment attempts of some of the defects were carried out in comparison with those of the literature. Chapter V is devoted to the thermal treatments, a crucial stage for homogenising the electrical and physical properties of our materials. A study was performed to know the influence of the various thermal treatments on the macro and microscopic defects and consequently on the homogeneity of the electrical and physical properties of the materials. As a conclusion, an optimised annealing efficiency on the pixel detector matrices is presented in Chapter VI. In vivo tests of these matrices in biomedical applications have been carried out

Depuis leur découverte en 1912, l'origine des rayons cosmiques, composés à 90% de protons, n'est toujourspas connue. Les vestiges de supernovae sont de bons candidats à la production des rayons cosmiquesgalactiques.Pour étudier les sites de production des protons, sensibles aux champ magnétiques, nous nousappuyons sur les rayons gamma (neutres et stables).L'onde de choc créée par l'explosion de la supernova se propage dans un milieu interstellairedense, les nuages moléculaires, pouvant être concidéré comme une cible pour les protons accélérés.L'objectif de ce travail est de rechercher des sites d'émission gamma en coïncidence avec des vestiges etdes nuages moléculaires.Nous avons utilisé pour cela les données du télescope spatial Fermi-LAT et du télescopes au solH.E.S.S.L'analyse conjointe des données a permis de tirer profit des points forts de chaque intrument.La production d'images de la région du ciel étudié est primordiale en astronomie.Nous avons tenté d'améliorer la production des images obtenues avec l'imageur H.E.S.S. en proposant uneméthode de lissage différente de celle employée actuellement
Since their discovery in 1912, the cosmic rays origin is still unknown.Supernovae remnants (SNR) are good candidates to product Galactic cosmic rays.Because protons are sensitive to magnetic field, we lean on gamma rays, neutrals and stables particles.The shock wave of the SNR go through the interstellar medium which can be dense: the molecular clouds.They can be seen as target for accelerated protons.The objective of this work is to search for gamma-ray emission in coincidence with remnants and molecularclouds.We analysed data from Fermi-LAT space telescope and H.E.S.S., a Tcherenkov ground based telescope.The data joined analysis allow us to get the strong point out of each instrument.The sky view produced from the data is very important in astronomy.We tryied to improve the smoothing method of the images performed in H.E.S.S. analysis

Une nouvelle technique de radiothérapie, l'hadronthérapie, irradie les tumeurs à l'aide d'un faisceau de protons ou d'ions carbone. L'hadronthérapie est très efficace pour le traitement du cancer car elle permet le dépôt d'une dose létale très localisée, en un point dit ‘pic de Bragg', à la fin du trajet des particules. La connaissance de la position du pic de Bragg, avec une précision millimétrique, est essentielle car l'hadronthérapie a prouvé son efficacité dans le traitement des tumeurs profondes, près des organes vitaux, ou radio-résistantes. Un enjeu majeur de l'hadronthérapie est le contrôle de la délivrance de la dose pendant l'irradiation. Actuellement, les centres de traitement par hadron thérapie effectuent un contrôle post-thérapeutique par tomographie par émission de positron (TEP). Les rayons gamma utilisés proviennent de l'annihilation de positons émis lors la désintégration bêta des isotopes radioactifs créés par le faisceau de particules. Ils ne sont pas en coïncidence directe avec le pic de Bragg. Une alternative est l'imagerie des rayons gamma nucléaires émis suites aux interactions inélastiques des hadrons avec les noyaux des tissus. Cette émission est isotrope, présentant un spectre à haute énergie allant de 100 keV à 20 MeV. La mesure de ces rayons gamma énergétiques dépasse la capacité des systèmes d'imagerie médicale existants. Une technique avancée de détection des rayons gamma, basée sur la diffusion Compton avec possibilité de poursuite des électrons diffusés, a été proposée pour l'observation des sources gamma en astrophysique (télescope Compton). Un dispositif, inspiré de cette technique, a été proposé avec une géométrie adaptée à l'Imagerie en Hadron Thérapie (IHT). Il se compose d'un diffuseur, où les électrons Compton sont mesurés et suivis (‘tracker'), et d'un calorimètre, où les rayons gamma sont absorbés par effet photoélectrique. Nous avons simulé un scénario d'hadronthérapie, la chaîne complète de détection jusqu'à la reconstruction d'événements individuels et la reconstruction d'une image de la source de rayons gamma. L'algorithme ‘Expectation Maximisation' (EM) à été adopté dans le calcul de l'estimateur du maximum de vraisemblance (MLEM) en mode liste pour effectuer la reconstruction d'images. Il prend en compte la réponse du système d'imagerie qui décrit le comportement complexe du détecteur. La modélisation de cette réponse nécessite des calculs, en fonction de l'angle d'incidence de tous les photons détectés, de l'angle Compton dans le diffuseur et de la direction des électrons diffusés. Dans sa forme la plus simple, la réponse du système a un événement est décrite par une conique, intersection du cône Compton et du plan dans lequel l'image est reconstruite. Une forte corrélation a été observée, entre l'image d'une source gamma reconstruite et la position du pic de Bragg. Les performances du système IHT dépendent du détecteur, en termes d'efficacité de détection, de résolution spatiale et énergétique, du temps d'acquisition et de l'algorithme utilisé pour reconstituer l'activité de la source de rayons gamma. L'algorithme de reconstruction de l'image a une importance fondamentale. En raison du faible nombre de photons mesurés (statistique de Poisson), des incertitudes induites par la résolution finie en énergie, de l'effet Doppler, des dimensions limitées et des artefacts générés par l'algorithme itératif MLEM, les images IHT reconstruites sont affectées d'artefacts que l'on regroupe sous le terme ‘bruit'. Ce bruit est variable dans l'espace et dépend du signal, ce qui représente un obstacle majeur pour l'extraction d'information. Ainsi des techniques de dé-bruitage ont été utilisées. Une stratégie de régularisation de l'algorithme MLEM (WREM) en mode liste a été développée et appliquée pour reconstituer les événements Compton. Cette proposition est multi-résolution sur une base d'ondelettes orthogonales. A chaque itération, une étape de seuillage des coefficients d'ondelettes a été intégrée. La variance du bruit a été estimée à chaque itération par la valeur médiane des coefficients de la sous-bande de haute fréquence. Cette approche stabilise le comportement de l'algorithme itératif, réduit l'erreur quadratique moyenne et améliore le contraste de l'image.

Dans cette thèse nous présentons l’imagerie trois gammas, où le système d’acquisition repose sur un émetteur bêta+ et gamma. La justification de l’imagerie 3-gamma est que les informations du détection du troisième gamma peuvent aider à fournir une meilleure localisation du point d’annihilation, permettant ainsi une meilleure qualité d’image et moins de dose délivrée au patient. Nous vous présentons le systéme 3-gamma XEMIS2, développé à Subatech, Nantes, qui est un détecteur basé sur Liquid Xenon, adapté à l’imagerie3-gamma grâce à son stopping power, ses caractéristiques de scintillation et sa géométrie continue. Le principe de la reconstruction d’image 3-gamma est basé sur l’intersection d’une LOR, obtenue à partir des photons de coïncidence, avec un cône Compton, déterminé par le troisième gamma. L’idée est de trouver l’intersection du cône et de la LOR et de l’utiliser pour localiser la position d’annihilation la plus probable sur la ligne, comme pour la différence en temps d’arrivé en TOF-PET. Nous présentons une étude de simulation GATE de deux phantoms (NEMA et Digimouse) pour évaluer les améliorations de la reconstruction d’image 3-gamma par rapport à la TEP conventionnelle, et nous étudions aussi la correction du range du positon, qui est important pour notre émetteur Sc44
In this thesis we present three-gamma imaging, where the acquisition system relies on a beta+ and gamma emitter. The rationale of 3-gamma imaging is that the third gamma detection information may help to provide better localization of the annihilation point, thus enabling higher image quality and fewer dose delivered to the patient. We present the 3-gamma system, theXEMIS2, developed at Subatech, Nantes, that is a LiquidXenon detector suitable for 3-gamma imaging due to its stopping power, its scintillation characteristics and its continuous geometry. The principle of 3-gamma image reconstruction is based on the intersection of a LOR, obtained from the coincidence photons, with a Compton cone, determined by the third gamma. The idea is to find the LOR\cone intersection and use it to locate the most probable annihilation position on the line,as for the time difference in TOF-PET. We present a complete GATE simulation study of two phantoms (similar-NEMA and Digimouse), to assess the improvements of 3-gamma image reconstruction over conventional PET and we study the positron range correction, which is important for our beta+gamma emitter, Sc44

L'astronomie gamma de très haute énergie (E > 30 GeV) révèle la présence de processus non thermiques dans l'Univers, et est devenue une discipline à part entière depuis quelques années. La majorité des objets observés jusqu'à présent sont ponctuels ou peu étendus spatialement. Des émissions diffuses sont néanmoins attendues, issues de l'interaction des rayons cosmiques se propageant dans la Galaxie avec le milieu interstellaire. Une étude préliminaire du potentiel de détection de ces émissions est entreprise pour le réseau de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Cet instrument, fonctionnant depuis 2004, détecte la lumière Cherenkov émise par les gerbes de particules atmosphériques générées par les photons de très haute énergie. La méthode classique de soustraction de fond On-Off est étudiée. L'influence du bruit de fond de ciel sur le taux d'événements enregistrés est également analysée. La deuxième thématique de cette thèse concerne le potentiel de détection de la matière noire avec l'expérience H.E.S.S. Un code (baptisé CLUMPY) basé sur une approche semi-analytique est présenté. Il permet de calculer le flux de rayons gamma en provenance de l'annihilation de particules de matière noire, pour les structures et sous-structures de la Galaxie, les distributions étant spécifiées par l'utilisateur. Finalement, l'observation par H.E.S.S. de la galaxie naine sphéroïde Carina pendant ~15h a permis de placer une limite supérieure sur la section efficace d'annihilation du neutralino à ~1e-22 cm3/s.

L'industrie nucléaire utilise depuis quelques années des systèmes d'imagerie gamma permettant de cartographier la radioactivité présente dans ses installations. Notre travail s'inscrit dans le développement d'un nouveau système d'imagerie pour ces applications, basé sur un détecteur composé d'un semi-conducteur pixélisé en CdTe hybridé à la nouvelle puce électronique de comptage Medipix2 (256² pixels de 55 µm de côté). Un code de simulation a été développé pour décrire l'interaction des photons et le dépôt d'énergie dans le substrat, le transport des charges et l'induction du signal sur les pixels. Ce code nous a permis de mieux comprendre le fonctionnement du détecteur pour des photons d'énergie comprise entre 60 keV et 1. 25 MeV. Des études expérimentales, réalisées avec des détecteurs Medipix1 de première génération, ont validé le bon fonctionnement à haute énergie et mis en évidence l'importance de la contribution des particules secondaires accompagnant les photons directs. Des détecteurs Medipix2-CdTe ont été fabriqués pendant cette thèse (épaisseur 1 mm, hybridation par billes d'indium). Nous avons observé des défauts localisés dont l'origine (substrat ou hybridation) n'a pas pu être établie avec certitude. Ces détecteurs ont cependant montré de bonnes performances pour notre application, notamment pour les faibles débits de dose et/ou à basse énergie (60 keV). La réponse sous rayonnement a été étudiée en fonction des paramètres de fonctionnement du détecteur et les résultats obtenus ont été confrontés aux simulations. Par ailleurs, les performances des nouveaux détecteurs Medipix2-Si ont pu être démontrées dans diverses applications d'imagerie de rayonnements.

Le contrôle non destructif et l'imagerie par rayons γ sont largement utilisés dans l'industrie de production de combustible nucléaire et en médecine nucléaire. Cette thèse est centrée sur une nouvelle application d'un détecteur de pointe, basé sur une caméra au xénon liquide dont le champ de vue est 24 cm, XEMIS2. Cette caméra, construite à Nantes, en France, a été initialement conçue pour l’imagerie médicale à 3-gammas chez les petits animaux. Elle fait désormais l’objet d’une étude approfondie pour explorer la nouvelle application dans le contrôle non destructif et l’imagerie de pastilles ou de barres de combustible MOX à haute densité (> 10 g/cm³). Ils émettent un large spectre de rayons γ, ce qui constitue un objectif ambitieux et complexe. L'objectif principal de XEMIS2 est de réduire significativement la dose reçue par les patients lors d'un diagnostic médical par imagerie nucléaire tout en conservant la même qualité d'image que les cameras conventionnelles. Le spectre d'émission des rayons γ du combustible MOX a été étudié, et une activité élevée est attendue. Cependant, la région d'intérêt (ROI) des hautes énergies, sélectionnée pour ce travail, présente un défi en raison d'une statistique plus faible. Il a été démontré que d'autres ROI utilisées dans le contrôle gamma passif non destructif actuel rencontrent des difficultés en raison d'une forte auto-absorption des rayons γ. La thèse exposera deux méthodes développées et évaluées pour le contrôle du rapport Pu/(U+Pu) dans le MOX, incluant des contributions inédites aux algorithmes dans l’imagerie Compton
The non-destructive control and imaging with γ-rays are well-known widely used in nuclear fuel production industry and nuclear medicine, respectively. The thesis is centered on new application of a state-of-the-art detector, based on single-phase liquid xenon 24-cm long field-of-view camera, XEMIS2. It is constructed in Nantes, France. Originally conceived for small animal medical 3-gamma imaging, the camera is now being scrutinized to explore new area of its’ application in non-destructive control and imaging of high-density (> 10 g/cm3) MOX fuel pellets or rods that emit a wide spectrum of γ-rays, which is a quite relevant and ambitious goal. XEMIS2 main goal is a significant dose reduction per scan while preserving the same image quality as in conventionnal cameras. MOX fuel γ-rays emission spectrum was studied, and high activity is expected, but the useful high-energy region of interest (ROI) that was selected for this work presents a challenge due to small statistics. It was shown that other ROI used in current passive non-destructive gamma-scanning control face difficulties due to strong self-absorbtion of γ-rays. The thesis will expound on the two methods that were developed and assessed for MOX Pu/(U+Pu) ratio control, including new contributions to algorithms in Compton imaging

Lors du traitement chirurgical du cancer, comme la qualité de l'exérèse conditionne directement le résultat thérapeutique et esthétique de la procédure, la localisation précise des foyers tumoraux est un enjeu majeur pour le chirurgien. L'avènement de la chirurgie radioguidée s'inscrit dans ce contexte. Elle permet l'introduction en bloc opératoire de compteurs de radioactivité destinés à aller au contact des sites d'incision pour repérer les lésions d'intérêt préalablement radio-marquées. Mon travail de doctorat porte sur le développement d'un radio-imageur TReCam (Tumor Resection Camera), qui vient renforcer la capacité de détection de ces compteurs dont les performances sont insuffisantes dans certaines situations cliniques complexes. En vue de l'application clinique visée, et après une caractérisation instrumentale extensive de chacun des composants, notre choix s'est tourné pour TReCam vers la combinaison d'un collimateur à trous parallèles, d'un scintillateur continu à haut rendement lumineux (LaBr3(Ce)) et d'unphotomultiplicateur multi-anodes lu par une électronique multi-voies. Cette stratégie instrumentale a permis, à travers la connaissance de la morphologie de l'événement lumineux, d'optimiser les performances en imagerie à 140 keV expérimentalement et par simulations Monte — Carlo. Enfin, ce travail inclut également les résultats préliminaires de l'étude clinique observationnelle actuellement en cours avec TReCam dans un hôpital de l'assistance publique Lariboisière, sur un effectif de 30 patientes atteintes de tumeurs non palpables du sein et nécessitant une procédure de ganglion sentinelle
As surgical management of cancer relies on a complete excision of tumors, surgeons need to know the precise location and size of tumoral lesions. In that context, radio-guided surgery procedures are based on the combined use of radiotracers for tumor labelling and intra-operative hand-held detection probes. In order to reinforce their detection efficiency in the operating room, this work aims at setting up a new compact imaging probe TReCam (Tumor Resection Camera) to assist in perfornning surgical excision procedures. This new camera takes advantage of both rccent progress in multi-channel photodetector read-outs (MAPMT) and the development of new scintillating crystals with high luminous yield (LaBr3(Ce)). The use of these particular devices allowed us to optimize the imaging performances of TreCam at 140 keV on experimental and Monte - Carlo simulated data, through the knowledge of the spatial distribution of light on the MAPMT. We also presents preliminary results of the clinical trial led with TreCam at Lariboisière hospital including 30 patients with nonpalpable breast cancers who need sentinel node biopsy

La caractérisation d’une scène radiologique est un enjeu majeur dans de nombreux domaines, comme la sûreté et la sécurité nucléaire, les problématiques d’assainissement-démantèlement ou encore dans le domaine médical. Une telle analyse consiste à répondre à deux questions principales. D’une part, quels sont les radioéléments présents dans la scène et en quelles quantités ? D’autre part, où se situent ces sources radio-émettrices ? Les systèmes conçus pour répondre à ces questions utilisent l’information portée par les photons X et gamma issus de ces sources radioactives, d’où le nom de « caméra gamma » donné à ces systèmes. Leurs performances dépendent naturellement de celles de l’instrument utilisé, mais aussi des performances des algorithmes de traitement appliqués aux données acquises par l’instrument. Dans le cadre de cette thèse, j’étudie le développement d’un système de caméra gamma, basé sur la technologie Caliste, détecteur CdTe de photons de haute-énergie, issu de plus de quinze années de développement, initialement pour des applications en observation astrophysique. Les performances spectrométriques et en imagerie de ce détecteur sont une référence mondiale dans le domaine des détecteurs CdTe, d’où la pertinence de son application pour des caméras gamma. Plus spécifiquement, mon travail de thèse s’articule en trois axes. Dans un premier temps, à travers une modélisation détaillée du détecteur, j’analyse les données spectrométriques issues de Caliste afin de comprendre comment l’information de la nature et de la quantité des radioéléments sont inscrites dans ces données. Cette modélisation et cette analyse me permettent de mettre en place des algorithmes de traitement des données spectrométriques nouveaux et originaux, basés sur les méthodes de deep learning et de réseaux de neurones convolutifs bayésiens, dans le but de répondre à la question de l’identification et de la quantification des radioéléments tout en apportant une estimation de l’incertitude sur les résultats. Dans un second temps, j’étudie l’utilisation des méthodes d’imagerie à masque codé avec le détecteur Caliste, et en particulier, les algorithmes de localisation des sources radioactives. Je montre l’application et les limites des algorithmes de reconstruction habituellement utilisés pour cette problématique puis je démontre le potentiel des algorithmes de deep learning pour surpasser ces limites. Enfin, je m’intéresse à la problématique de la localisation de points chauds radioactifs par imagerie Compton, à travers des algorithmes de traitement adaptés au détecteur Caliste, en comparant les performances des méthodes issues de l’état de l’art à de nouvelles méthodes que je mets en place. Au long de ce travail de thèse, j’effectue les développements de mes algorithmes à partir de données issues de simulation de sorte à pouvoir transposer ces méthodes à d’autres systèmes de détection. Je prends ensuite le soin de les tester sur des données acquises avec le détecteur Caliste, afin d’obtenir une évaluation de leurs performances, fidèle aux conditions réelles et afin d’être confronté aux aléas des mesures, non pris en compte dans les simulations
The characterization of a radiological scene is a major issue in many fields, such as nuclear safety and security, Decommissioning & Dismantling or in the medical field. Such an analysis consists in answering two main questions. On the one hand, what radioelements are present in the scene and in what quantities? On the other hand, where are these radio-emitting sources located? The systems designed to answer these questions use the information carried by the X and gamma photons from these radioactive sources, hence the name "gamma camera" for these systems. Their performances naturally depend on those of the instrument, but also on the performances of the processing algorithms applied to the data acquired by the instrument. In the framework of this thesis, I study the development of a gamma camera, based on the Caliste technology, a CdTe detector for high-energy photons, which results from more than fifteen years of development, initially for applications in astrophysical observation. The spectrometric and imaging performances of this detector are a world reference in the field of CdTe detectors, hence the relevance of its application for gamma cameras. More specifically, my thesis work explores three axes. First, through a detailed modelling of the detector, I analyse the spectrometric data from Caliste in order to understand how they carry the information of the nature and quantity of radioelements. This modelling and this analysis allow me to develop new and original spectrometric data processing algorithms, based on deep learning methods and Bayesian convolutional neural networks, in order to answer the question of identification and quantification of radioelements while providing an estimation of the uncertainty of the results. In a second step, I study the use of coded mask imaging methods with Caliste, and in particular, the algorithms for locating radioactive sources. I show the application and the limits for the reconstruction provided by the algorithms usually used for this problem and then I demonstrate the potential of deep learning algorithms to overcome these limits. Finally, I analyse the problem of localization of radioactive hot spots by Compton imaging, through processing algorithms adapted to Caliste detectors, by comparing the performances of methods resulting from the state of the art to new methods that I develop. Throughout this thesis work, I develop my algorithms from simulation data in order to transpose these methods to other detection systems. Then, I take care to test them on data acquired with Caliste detectors, in order to obtain an evaluation of their performances, faithful to real conditions and in order to confront these algorithms with the hazards of the measurements, not taken into account in the simulations

La phase II de l’expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constituée de cinq télescopes à imagerie Cherenkov dédiés à l’observation de sources astrophysiques de l’hémisphère sud émettant des photons au-delà de 30 GeV. Cette thèse présente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaîne d’analyse associée avec une attention particulière sur le cinquième télescope mis en opération en juillet 2012. Les méthodes d’étalonnage du système sont détaillées. Ensuite, une méthode d’analyse des données, basée sur un modèle semi-analytique de développement des gerbes électromagnétiques dans l’atmosphère, est expliquée. Une méthode de reconstruction du spectre en énergie des sources de photon gamma de haute énergie est présentée. Les méthodes de sélection des photons gamma parmi le bruit de fond de hadrons sont étudiées. En particulier, le développement d’une nouvelle variable de rejet du bruit de fond utilisant les données temporelles du cinquième télescope est exposé. Une étude systématique des performances de l’analyse ainsi que des coupures de sélection des photons gamma est effectuée dans le but d’atteindre le plus bas seuil en énergie possible en contrôlant la soustraction du bruit de fond. Le Centre Galactique a longuement été observé par H.E.S.S., qui a mis à jour une source ponctuelle très brillante à très haute énergie ainsi qu’une une émission diffuse le long du plan Galactique. Les observations du Centre Galactique par la phase II de H.E.S.S. au cours de l’année 2014 sont présentées. Une reconstruction spectrale de la source centrale est effectuée
The phase II of the H.E.S.S. experiment (High Energy Stereoscopic System) consists of five imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study the southern astrophysical sources above 30 GeV. This thesis present the detector as well as the analysis chain, with a deep look on the fifth telescope commissioned on July 2012. The calibration method are described in detail. Then, an analysis based on a semi-analytical model of the electromagnetic shower development in the atmosphere is explained. A tool to reconstruct the energy spectrum of the very high energy gamma ray sources is presented. The methods of gamma ray selection among the hadron background are studied. Especially, the development of a new variable using the temporal data of the fifth telescope for the background rejection is shown. A systematic study of the analysis performances and of the selection cuts is accomplished, in order to reach the lowest energy threshold while keeping control of the background subtraction. The Galactic Centre has long been observed by H.E.S.S., which has detected a bright and punctual source at very-high energy as well as a diffuse emission along the Galactic plan. The Galactic Centre observations performed by the phase II of H.E.S.S. during the year 2014 are presented. A spectral reconstruction of the central source is performed

Sigma, premier telescope spatial d'imagerie gamma, a ete lance a bord du satellite sovietique granat le 1er decembre 1989, depuis la base de baikonour. Sigma realise des images de la voute celeste dans la gamme d'energie allant de 30 kev a 1. 3 mev, avec une resolution angulaire d'environ 15 minutes d'arc et une precision de localisation de 1 a 2 minutes. Dans la gamme d'energie consideree, la diffusion compton etant le processus d'interaction dominant pour les photons, la reponse spectrale de sigma a une source monoenergetique e0 est un continuum de forme complexe, s'etalant de 30 kev a e0. De ce fait, restituer les spectres continus des sources observees, a partir des spectres detectes necessite une connaissance precise de la reponse spectrale de l'instrument. Dans le cas de sigma, la reponse spectrale a ete modelisee a l'aide de simulations monte carlo. La modelisation de l'ensemble du telescope sigma et la validation du modele se sont appuyees sur des mesures experimentales effectuees en laboratoire avant et apres le lancement. Nous presenterons les resultats de ces simulations ayant abouti a la realisation de la matrice de calibration utilisee actuellement dans le traitement des donnees vol. La majeure partie des sources detectees par sigma est constituee de systemes binaires de faible masse ou l'objet compact est, soit une etoile a neutrons, soit un trou noir. Nous presenterons les resultats de sigma concernant trois de ces sources: terzan ii, ks1731-260, et trax-1. Nous insisterons tout particulierement sur les proprietes spectrales des systemes avec etoile a neutrons, les observations de sigma ayant demontre pour la premiere fois leur aptitude a emettre au-dela de 100 kev. Grace a sigma, l'emission haute energie (e>30 kev) n'est plus consideree comme une propriete spectrale caracterisant uniquement les candidats trou noir. A la fin de son evolution, un systeme binaire de faible masse avec etoile a neutrons peut donner naissance a un pulsar milliseconde. A partir des observations sigma de l'amas globulaire 47 toucan, nous discuterons des differents mecanismes d'emission de ces objets, en particulier ceux lies aux processus d'evaporation du compagnon

Le travail de thèse présenté dans le manuscrit s'inscrit dans le cadre de la première phase de développement du projet MC2, un effort de R&D ambitieux visant à mettre sur pied un nouveau type de spectro-imageur en CdTe pour de futures missions d'astronomie X-dur et gamma. L'objectif est de réaliser un plan de détection pixellisé au pas de 300 microns couplé à une électronique frontale hautes performances, pour une densité de pixels multipliée par 4 par rapport au système le plus avancé récemment achevé au laboratoire (instrument Caliste HD). Par ailleurs, grâce à la réalisation conjointe de circuits de lecture adaptés à l'interconnexion de détecteurs pixellisés de faible capacité électrique et de faible courant de fuite, la réponse en spectrométrie de tels systèmes se rapproche des limites intrinsèques du détecteur. Mon travail s'est organisé selon des axes parallèles et complémentaires : évaluation des systèmes actuels, retour d'expérience et mise en évidence des problématiques associées à la réalisation de spectro-imageurs de pas encore plus réduits, mise en oeuvre et caractérisation complète d'une électronique frontale 2D spécifiquement développée pour cette application, puis modélisation et étude du capteur associé afin d'optimiser le design de ce dernier. Enfin, un tout premier prototype d'hybride complet a été réalisé et les premiers tests expérimentaux menés
The thesis work presented in the manuscript corresponds to the first development phase of the MC2 project, an ambitious R & D effort to realize a new type of CdTe-based imaging spectrometer for future hard X- and gamma-rays astronomy missions. The objective is to achieve a 300 micron-pitch pixelated detector plane hybrided with a very low noise front-end electronics for a total pixel density multiplied by 4 compared to the most advanced system recently available in the laboratory (Caliste HD module). Moreover, thanks to the joint development of reading circuits adapted to the interconnection of pixelated detectors with low capacitance and low leakage current, spectroscopic performances of such system are assumed to approach inherent limitations of the CdTe detector, specifically for the lowest energies. My work was organized in parallel and complementary areas: evaluation of current systems, feedback and identification of issues associated with the development of highly-resolved detection planes, implementation and complete characterization of a new two-dimensional ASIC specifically developed for this application, and modelling and study of the associated sensor to optimize the design of the detector pattern. Finally, a first hybrid prototype was completed and first experimental tests thereby conducted

Les dix dernières années ont été marquées par l'arrivée à maturité de la technique d'imagerie Cherenkov atmosphérique, ce qui a permis, notamment grâce au réseau de télescopes HESS, l'ouverture d'une nouvelle fenêtre sur l'Univers non thermique. Ce mémoire d'habilitation retrace dix années de recherche en Astronomie Gamma de Très Haute énergie avec HESS puis CTA. Les aspects techniques tels que la conception de l'instrument, son calibrage, la reconstruction des événements et l'analyse de données sont présentées dans une première partie, tandis que la seconde brosse un panorama des grandes découvertes dans ce domaine.

Les sursauts Gamma (SG) sont parmi les phénomènes les plus énergétiques de l'univers et l'accélération des rayons cosmiques peut y être envisagée via des processus de Fermi. Le régime diffusif de Bohm, habituellement utilisé dans les chocs internes, est incompatible avec les observations et le modèle théorique standard. C'est plutôt un régime diffusif dit de Kolmogorov qui doit être considéré. Il conduit à un processus d'accélération convenable mais ne permet pas de produire des rayons cosmiques ultra-énergétiques (RCUE). Les conséquences de ce processus sur l'émission à haute énergie sont analysées. En outre, un processus de Fermi relativiste est proposé pour générer des RCUE. Ce dernier est étudié analytiquement et numériquement ainsi que ces conséquences. Une signature de la présence de RCUE dans les SG est mise en évidence
Gamma-ray bursts (GRB) are known as one of the most energetic phenomena in the universe. They constitute a strong support in studying cosmic ray acceleration via Fermi process. The Fermi acceleration, in the internal shock model, is usually considered with an assumption of Bohm scaling but this leads to unrealistic conclusions in contradiction with observations and the standard model. Another hypothesis is so studied with a Kolmogorov scaling : the induced acceleration process is convenient but this is unable to generate Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR). A relativistic Fermi process is so proposed and this confirms, by numerical and analytical arguments, that GRB can generate UHECRs. All the consequences are analysed

L'hadronthérapie est l'une des modalités disponibles pour traiter le cancer. Cette modalité utilise des ions légers (protons, ions carbone) pour détruire les cellules cancéreuses. De telles particules ont une précision balistique de par leur trajectoire quasi-rectiligne, leur parcours fini et le profil de dose maximum en fin de parcours, ce qui permet, par rapport à la radiothérapie conventionnelle, d'épargner les tissus sains situés à côté, en aval et en amont de la tumeur. L'un des enjeux de l'assurance qualité de cette modalité est le contrôle du positionnement de la dose déposée par les ions dans le patient. Une possibilité pour effectuer ce contrôle est d'observer les gammas prompts émis lors des réactions nucléaires induites le long du parcours des ions dans le patient. Un prototype de caméra Compton, permettant théoriquement de maximiser l'efficacité de détection des gammas prompts, est actuellement développé dans une collaboration régionale. Mon travail de thèse s'est axé autour de cette caméra et plus particulièrement sur les points suivants : i) étudier par les simulations Monte Carlo le fonctionnement du prototype en cours de construction, notamment en regard des taux de comptage attendus sur les différents types d'accélérateurs en hadronthérapie, ii) mener des études de simulation sur l'utilisation de cette caméra en imagerie clinique, iii) caractériser les détecteurs silicium du diffuseur, iv) confronter les simulations entreprises sur la réponse de la caméra avec des mesures sur faisceau à l'aide d'un démonstrateur. Il résulte que le prototype de caméra Compton développé rend possible un contrôle de la localisation du dépôt de dose en protonthérapie à l'échelle d'un spot, à condition que l'intensité clinique du faisceau de protons soit diminuée d'un facteur 200 (intensité de 108 protons/s). Une application de la caméra Compton en médecine nucléaire semble réalisable avec l'utilisation de radioisotopes d'énergie supérieure à 300 keV. Ces premiers résultats doivent être confirmés par des simulations plus réalistes (cibles de PMMA homogènes et hétérogènes). Des tests avec l'intégration progressive de tous les éléments de la caméra vont avoir lieu courant 2016
Hadrontherapy is one of the modalities available for treating cancer. This modality uses light ions (protons, carbon ions) to destroy cancer cells. Such particles have a ballistic accuracy thanks to their quasi-rectilinear trajectory, their path and the finished profile maximum dose in the end. Compared to conventional radiotherapy, this allows to spare the healthy tissue located adjacent downstream and upstream of the tumor. One of this modality’s quality assurance challenges is to control the positioning of the dose deposited by ions in the patient. One possibility to perform this control is to detect the prompt gammas emitted during nuclear reactions induced along the ion path in the patient. A Compton camera prototype, theoretically allowing to maximize the detection efficiency of the prompt gammas, is being developed under a regional collaboration. This camera was the main focus of my thesis, and particularly the following points : i) studying, throughout Monte Carlo simulations, the operation of the prototype in construction, particularly with respect to the expected counting rates on the different types of accelerators in hadrontherapy ii) conducting simulation studies on the use of this camera in clinical imaging, iii) characterising the silicon detectors (scatterer) iv) confronting Geant4 simulations on the camera’s response with measurements on the beam with the help of a demonstrator. As a result, the Compton camera prototype developed makes a control of the localization of the dose deposition in proton therapy to the scale of a spot possible, provided that the intensity of the clinical proton beam is reduced by a factor 200 (intensity of 108 protons / s). An application of the Compton camera in nuclear medicine seems to be attainable with the use of radioisotopes of an energy greater than 300 keV. These initial results must be confirmed by more realistic simulations (homogeneous and heterogeneous PMMA targets). Tests with the progressive integration of all camera elements will take place during 2016

L'utilisation, en médecine, de techniques non invasives permettant de voir à l'intérieur du corps humain apporte au praticien une aide au diagnostic dont l'utilité n'est plus à prouver à l'heure actuelle. Malgré les progrès considérables réalisés dans les méthodes d'imagerie telles que l'imagerie ultrasonore, l'imagerie nucléaire ou plus récemment l'imagerie par résonance magnétique, l'imagerie par rayons X joue toujours un rôle extrêmement important dans ce domaine. Cependant, les techniques disponibles restent encore insuffisantes soit parce qu'elles ne visualisent que des coupes bidimensionnelles du corps (tomographie conventionnelle ou numérique) soit parce qu'elles nécessitent un matériel encombrant et coûteux (scanner 2-D) voire rare (scanner 3-D). Certaines s'adaptent mal à la visualisation 3-D d'organes mobiles comme le cœur. Aussi, si l'on s'intéresse à l'imagerie par rayons X, qui représente actuellement la part la plus importante de l'imagerie médicale, peut-on se poser la question suivante serait-il possible de transformer un appareil standard de radiographie numérique, en un système d'imagerie tridimensionnelle à faible coût ? C'est ce que se propose de faire l'imagerie par sources codées (ISC) de rayons X dont l'étude théorique et pratique fait l'objet de la présente thèse. Après avoir rapidement situé l'ISC par rapport aux autres techniques d'imagerie X, on s'intéresse à la modélisation théorique du problème posé en rappelant les hypothèses simplificatrices prises en compte dans le modèle. Une méthode originale de reconstruction 3-D d'un objet à partir de sa radiographie 2-D codée, est développée. Le comportement de l'algorithme est analysé grâce à des simulations numériques diverses. La reconstruction d'objets réels est ensuite présentée. Les radiographies codées nécessaires à leur reconstruction ont pu être obtenues grâce au tomographe prototype TOMO 400 conçu et réalisé dans le cadre de cette étude. On termine ce mémoire en proposant une extension de la méthode d'acquisition et de reconstruction 3-D à l'étude d'objets (organes) animés d'un mouvement ou d'une ,déformation périodique (cœur).

Ce travail concerne l'étude d'algorithmes dédies à la reconstruction vasculaire 3d à partir d'une séquence d'angiographies soustraites acquise en rotation autour d'un patient. Ce problème soulevé des difficultés liées d'une part à l'instabilité intrinsèque au processus de reconstruction et d'autre part a une perte d'information durant l'acquisition. Dans une première approche, nous utilisons les techniques de modélisation markovienne afin de stabiliser le processus de reconstruction. La morphologie particulière du réseau vasculaire nous conduit à définir un modele forme de deux termes complémentaires : - un terme de lissage conditionne par un paramètre de direction locale permettant de régulariser la reconstruction tout en tenant compte explicitement de la nature filaire des vaisseaux sanguins, - un terme de rehaussement de la densité des petits vaisseaux reposant sur l'utilisation d'une information de courbure locale. Dans une seconde approche, nous nous intéressons plus spécifiquement au problème de sous-estimation densitométrique des vaisseaux provenant de l'utilisation d'un nombre restreint de projections. Le problème est reformule à l'aide des techniques de minimisation semi-quadratique pour faire apparaitre une nouvelle variable. Cette variable s'interprète comme un indice d'appartenance au support de reconstruction que l'on estime progressivement à partir d'information densitométrique a priori. Cet indice d'appartenance au support autorise la reconstruction d'une composante sur les zones de données manquantes dans l'espace de fourrier et conduit à un meilleur contraste des structures vasculaires. Chacune de ces approches est illustrée par son application sur des données cliniques permettant de montrer l'apport des méthodes proposées.

Quatre sources de rayons gamma ont été associées à des systèmes binaires dans notre galaxie: le microquasar Cygnus X-3 et les binaires gamma LS I +61°303, LS 5039 et PSR B1259-63. Ces systèmes sont composés d'une étoile compagnon massive et d'un objet compact de nature inconnue, sauf dans PSR B1259-63 où un pulsar jeune a été détecté. Je propose ici un modèle théorique complet pour expliquer l'émission et la variabilité gamma de haute énergie dans les binaires émettant en gamma. Dans ce modèle, le rayonnement de haute énergie est produit par la diffusion Compton inverse des photons stellaires sur des paires électron-positron ultrarelativistes injectées par un pulsar jeune dans les binaires gamma et dans un jet relativiste dans les microquasars. La modulation du flux TeV dans LS 5039 est bien reproduite en combinant les effets d'émission, d'absorption et du recyclage de l'émission par une cascade de paires. Néanmoins, ce modèle ne permet pas d'expliquer l'émission gamma dans LS I +61°303 et PSR B1259-63. D'autres processus doivent dominer dans ces systèmes plus complexes. Dans Cygnus X-3, le rayonnement gamma peut être reproduit de manière convaincante avec l'émission Compton amplifiée Doppler de paires dans un jet relativiste. Les binaires gamma et les microquasars offrent un environnement nouveau permettant l'étude des vents de pulsar et des jets relativistes à de très petites échelles spatiales
Four gamma-ray sources have been associated with binary systems in our Galaxy: the microquasar Cygnus X-3 and the gamma-ray binaries LS I +61°303, LS 5039 and PSR B1259-63. These systems are composed of a massive companion star and a compact object of unknown nature, except in PSR B1259-63 where there is a young pulsar. I propose a comprehensive theoretical model for the high-energy gamma-ray emission and variability in gamma-ray emitting binaries. In this model, the high-energy radiation is produced by inverse Compton scattering of stellar photons on ultra-relativistic electron-positron pairs injected by a young pulsar in gamma-ray binaries and in a relativistic jet in microquasars. Considering anisotropic inverse Compton scattering, pair production and pair cascade emission, the TeV gamma-ray emission is well explained in LS 5039. Nevertheless, this model cannot account for the gamma-ray emission in LS I +61°303 and PSR B1259-63. Other processes should dominate in these complex systems. In Cygnus X-3, the gamma-ray radiation is convincingly reproduced by Doppler-boosted Compton emission of pairs in a relativistic jet. Gamma-ray binaries and microquasars provide a novel environment for the study of pulsar winds and relativistic jets at very small spatial scales

L’imagerie plénoptique est une technique basée sur l’acquisition des informations spatiales et angulaires des rayons lumineux provenant d’une scène. A partir d’une seule acquisition, un traitement numérique des données permet diverses applications comme la synthèse d’ouverture, le changement de point de vue, la refocalisation à différentes profondeurs, voire une reconstruction en 3D de la scène. L’imagerie plénoptique est beaucoup étudiée dans le visible. La transposition du visible dans le domaine des rayons X est un réel défi. L’imagerie plénoptique permettrait une imagerie 3D en rayons X à partir d’une seule acquisition. Cela aiderait à réduire fortement la dose absorbée par l’échantillon, par rapport à la tomographie qui nécessite une centaine de vues.Dans cette thèse, nous considérons une caméra plénoptique constituée d’une lentille principale, d’une matrice de microlentilles et d’un détecteur. Deux configurations optiques distinctes, constituées de ces trois éléments, sont présentées dans la littérature : la caméra plénoptique « traditionnelle » et celle « focalisée ». La principale différence se trouve dans les distances entre les éléments optiques. L’observation d’une continuité entre ces deux configurations nous a amené à établir un système unique d’équations permettant leur conception optique, ainsi que l’expression théorique des résolutions associées. Ces résolutions ont été validées expérimentalement dans le visible. De plus, l’étude de l’évolution du contraste en fonction de la profondeur a montré que le contraste diminue quand on s’éloigne d’une position privilégiée intrinsèque à la configuration. C’est un résultat important car il pourrait affecter la qualité de l’image reconstruite et l’extraction de la profondeur.Nous avons aussi travaillé sur les algorithmes de refocalisation préexistants, développés indépendamment pour chaque configuration. Nous avons élaboré un nouvel algorithme valide pour les deux configurations. Ce dernier est basé sur les distances physiques entre les éléments optiques, et permet une refocalisation à une distance arbitraire de la caméra. Tout d’abord, nous avons défini une nouvelle paramétrisation entre les espaces objet et image, en établissant la relation matricielle qui régit le trajet d’un rayon lumineux à l’intérieur de la caméra. Cette relation permet de projeter les données acquises par le capteur dans l’espace objet, et ainsi de reconstruire une image pixel par pixel à la profondeur choisie. En inversant les équations, nous avons montré qu’il était possible de créer des images plénoptiques synthétiques. La reconstruction de ces données synthétiques nous a permis de valider la cohérence des résultats après reconstruction, et de quantifier la précision de ce nouvel algorithme.Cet algorithme permet de reconstruire séparément chaque plan de profondeur. Dans chacun d’entre eux, les éléments physiques qui appartiennent réellement à ce plan sont nets, alors que les objets des plans adjacents sont flous. Nous utilisons cette propriété de contraste pour extraire l’information de profondeur dans les images refocalisées. Nous avons sélectionné plusieurs méthodes provenant du domaine de « depth from focus » et avons étudié leurs efficacités sur nos images.Dans le cadre d’une collaboration européenne, nous avons construit la première caméra plénoptique dans les rayons X au synchrotron PETRA III. Grâce au travail réalisé pendant cette thèse, nous avons choisi les configurations optiques les plus adaptées aux optiques disponibles et aux caractéristiques du faisceau. Nous avons réalisé le montage de la caméra, acquis des images plénoptiques en rayons X, refocalisé ces images avec notre algorithme, et vérifié les résolutions optiques. Les méthodes de « depth from focus » appliquées sur les images refocalisées ont permis de retrouver la profondeur attendue. Ce travail correspond aux premières images acquises avec une caméra plénoptique en rayons X
Plenoptic imaging is a technique that acquires spatial and angular information of the light rays incoming from a scene. After a single acquisition, numerical data treatment allows image manipulation such as synthetic aperture, changing viewpoint, refocusing at different depths, and consequently 3D reconstruction of the scene. Visible plenoptic has been widely studied. However, transposition from visible to X-rays has never been done and remains challenging. X-ray plenoptic would be beneficial to the X-ray imaging panorama. A single acquisition should be sufficient to reconstruct a volume, against 1000’s for X-ray tomography that is the today reference in 3D X-ray imaging.In this thesis, we consider plenoptic camera composed of a main lens, a microlens array and a detector. So far, two different configurations have been developed: the traditional and the focused plenoptic setups. Although these configurations are usually studied separately, they only differ by the distances between the optical elements. These two configurations were studied in detail to choose the most suitable for X-ray imaging, considering the constraints of X-ray optics. We observed a full continuity between the two systems. Therefore, we extended the previous work to more general formulas about optical configuration and theoretical resolutions. Theory about resolution along the depth axis was refined, as depth reconstruction and extraction are the main interest of X-ray plenoptic. Specific study was done on the evolution of contrast along depth as being a key parameter for depth reconstruction. We realized that contrast decreases when moving away from a privileged depth. This is important to consider as it can affect image reconstruction and quality of depth extraction.We also worked on refocusing algorithms. The refocusing algorithms are usually developed for each configuration separately. We worked to go beyond this separation. We developed a new algorithm valid for any configurations. Moreover, our algorithm is based on real distances between the optical elements, allowing generating images at any distances from the plenoptic camera. We defined a new parameterization between object and image spaces. Using geometrical optics, we calculated the matrix transformation between the two spaces. This allows back-projecting data from the acquired raw image to the object space, and reconstructing the pixels one by one, until the whole object. With this algorithm, we were able to simulate the process of image acquisition, and create synthetic plenoptic data. Reconstruction of these data was used to quantify the accuracy of the novel algorithm and prove its consistency.The refocusing algorithm allows reconstructing the depth planes one by one. Each refocused plane contains information about the whole 3D scene that has to be disentangled. The elements physically present at the refocused depth are intrinsically sharp, whereas the ones located at other depths are blurred. We used this contrast property to extract depth from the refocused images. We tested several existing methods derived from the field of depth from focus and studied their efficiency when applied to our images.In collaboration with European teams, we realized the first X-ray plenoptic camera that was tested at P05 beamline of PETRA III synchrotron. Based on the theoretical work developed in this thesis, we defined the best optical configuration, mounted the plenoptic camera, acquired X-ray plenoptic images, numerically refocused them using the new algorithm and verified the experimental resolutions and contrasts. Depth from focus techniques applied on the refocused stack allow to retrieve the expected depth plane. These are the first images acquired with an X-ray plenoptic camera

Cette thèse développe les fondements théoriques d’un nouveau concept d’imagerie tridimensionnelle, basé sur la détection multi-énergétique à haute sensibilité du rayonnement ionisant issu de l’objet sous examen. Ce principe est en rupture avec l’imagerie conventionnelle, car il repose sur la détection des photons diffusés à l’intérieur de l’objet par effet Compton à l’aide d’une caméra gamma, sans collimateur, qui ne nécessite plus de rotation autour de l’objet. La formation des images a été modélisée, d’abord pour la modalité par émission en vue d’applications en imagerie médicale, puis pour la modalité par transmission dans le cadre du Contrôle Non Destructif, et enfin pour un système couplant ces deux modalités. Ces modèles directs ont été validés par des simulations de type Monte Carlo et les reconstructions menées à partir de méthodes algébriques montrent la faisabilité de ce nouveau principe d’imagerie
This thesis describes the theoretical foundations of a new three-dimensional imaging principle based on high sensitivity detection of radiation emerging from an object under investigation. It represents a breakthrough in imaging science, as it makes use, not of primary radiation, but of Compton scattered radiation by the bulk of an object, which is subsequently registered by a non-moving gamma camera without mechanical collimation. Image formation is modelled by new integral transforms, first for emission imaging, in view of applications in medical imaging, next for transmission imaging, with possible applications in industrial non-destructive testing and finally for new bimodal imaging systems which combine the two previous modalities. Validation by Monte-Carlo simulations of the forward models and algebraic reconstructions of the inverse problems have clearly demonstrated the feasibility of this new imaging principle

La variation du pathogenicite des souches de drechslera teres f. Maculata (s) et d. Teres f. Teres f. Teres (r) a ete evaluee. Les cultivars issus du proche-orient (arrivate, 79-s10-10) et la lignee ethiopienne ci-5791 sont resistantes a toutes les souches excepte r5 et s5. Le comportement des cultivars a l'encontre des deux formes du pathogene est correle positivement. Une technique de disque foliaire est developpee. La resistance au d. Teres dans des croisements reciproques entre neuf genotypes d'orge est determinee par les tests de jeune plantule, plante adulte ainsi que la technique de disque foliaire. Les analyse dialleles montrent une aptitude generale et specifique a la combinaison (agc, asc) elevee avec l'absence d'un effet maternel. Nous avons determine l'agc et l'asc pour le rendement, le pourcentage de proteines, le poids de 1000 grains, le rendement proteique et non proteique des plantes saines et attaquees par d. Teres. Les resultats montrent une variabilite genetique elevee pour les caracteres etudies; le rendement non proteique et le poids 1000 grains sont significativement diminues chez les plantes inoculees, alors que le rendement proteique n'est- pas influence. Les valeurs de l'agc et de l'asc sont significatement modifiees dans quelques cas en presence du d. Teres. Les plantes haploides doublees (hd) sont obtenues et utilisees comme production rapide de recombinants d'orge resistants au d. Teres. Plusieurs lignees hd sont selectionnees et leur gain genetique est evalue. Des semences d'orge irradiees par rayonnments gamma (#6#0co), montrent que les doses 15 et 20 gy diminuent la sensibilite de l'orge ua d. Ters f. Maculata. Une selection pour la resistance a ce pathogene est faite dans la population m2 et des mutants m4 tolerants et presentant plusieurs caracteres agronomiques modifies sont testes

Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plate-forme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures
The coastal intrusion of brine threatens populations. This is particularly prejudicial in carbonate environments. We have studied the Miocene coral reef of S-E Majorca for better understanding the relation between geological structure and intrusion. For that purpose, we have used multi-scalar and multi-disciplinary methods. The measurements in 25 boreholes over the whole coral platform have allowed defining the stratigraphic structure and some elements of the regional tectonic. At the experimental site scale, the study of the mineral composition, the texture, and the diagenesis have allowed characterization of the carbonate sequence heterogeneity. This study contributes to the knowledge of the world best documented site for the evolution of carbonate reef reservoirs, with applications for brine intrusion and for hydrocarbon extraction

Le développement des observations multi-longueurs d’onde des noyaux actifs de galaxies permet aujourd’hui d’atteindre une couverture quasi complète de leur rayonnement depuis la radio jusqu’aux plus hautes énergies accessibles, du domaine du TeV, par les télescopes Tcherenkov. Les modèles d’émissions de ces sources se trouvent de plus en plus contraints, en particulier pour les blazars où les scénarios standards de type Synchrotron Self Compton (SSC) à une zone sont régulièrement mis en défaut par ce nouveau flot d’informations. Le sujet principal de cette thèse est l’étude approfondie des blazars dits « intermédiaires » entre les deux catégories spectrales depuis longtemps identifiées que sont les BL Lacs et les FSRQs (pour fat spectrum radio quasars). En première approche nous menons une étude complète du blazar intermédiaire Ap Librae pour lequel nous montrons que la base du jet étendu joue un rôle très significatif dans le rayonnement global de la source. Pour cette étude nous présentons le développement d’un code SSC multi-zones traitant de manière cohérente les interactions radiatives entre les différentes composantes. Nous nous concentrons ensuite sur les caractéristiques radio observés par « very large baseline interferometry » (VLBI) du jet pouvant être utilisés pour contraindre efficacement les paramètres physiques et géométriques du modèle, et déduisons un lien fort entre les nodules radios observés dans le jet et la zone compacte émettant en gamma. En seconde approche nous caractérisons une population de blazars par l’étude des spectres radios, qui à l’instar d’Ap Librae présentent un jet relativement puissant devant l’émission d’une zone compacte SSC. Nous proposons une classification nouvelle des blazars basée sur les propriétés cinématiques des jets VLBI dans un échantillon de 167 sources sélectionnées dans la base de données du réseau de télescopes radio MOJAVE. La présence d’une corrélation entre la cinématique radio et la classe spectrale met en avant la nature de cette classe intermédiaire, dont nous vérifions par la suite la cohérence dans un scénario d’unification des blazars. Cette thèse étant également au sein de la collaboration du réseau de télescopes Tcherenkov H. E. S. S. , nous présentons les résultats d’analyse de sources nouvellement détectées ou très prometteuses aux très hautes énergies. Nous exposons aussi les développements récents d’une méthode d’amélioration de la précision astrométrique du réseau par le suivi d’étoiles sur les caméras
The development of multi-wavelength observations of active galactic nuclei nowadays allows to reach a quasi-full coverage their emission from radio to the highest reachable energies, in the TeV domain, by the Cherenkov telescopes. Consequently, the emission models of the sources are increasingly constraints, in particular for the blazars where standard one zone synchrotron self-Compton (SSC) emission scenarios are regularly disproved by this new information flow. The main subject of this thesis is the in-depth study of blazars called “intermediates” between the two spectral categories identified long-time ago which are BL Lacs and FSRQs (for flat spectrum radio quasars). In a first stage we lead a complete study of the intermediate blazar Ap Librae for which we show that the extended jet basis play a very significant role in the overall source radiation. For this study we present the development of a SSC multi-zones code dealing in a consistent way the radiative interactions between the different components. Thereafter we are foscusing on the radio features of the jet, observed by very long baseline interferometry (VLBI), being able to be used to constrain effectively the physical and geometrical parameters of the model. This study allows to deduce a strong link between the observed jet radio knots and the compact zone which emits in gamma-rays. In a second stage we characterize a blazar population by the radio spectra study, which like Ap Librae show a relatively strong jet compared to the emission of the compact SSC zone. We propose a new blazar classification based on kinematic properties of VLBI jets in a sample of VLBI jets in a sample of 167 sources selected in the MOJAVE database. A good correlation between VLBI kinematic properties and spectral classes is found and highlight the presence of an intermediate class. Hence we check consistence of the peculiar properties of this class in the general blazar unification scheme. This thesis being also within the H. E. S. S. Collaboration, we present the analysis results of recently detected or very promising sources at the very high energies. We expose also the last developments of a method which could improve the astrometric accuracy of the H. E. S. S. Array by a star tracking on the cameras

La gamme d'energie de l'astronomie gamma s'etend de 500 kev a 10#2#0 ev (sans limite superieure en theorie) et fait appel a de nombreuses techniques de detection differentes. La mise en evidence d'emetteurs gamma ponctuels est genee par la composante diffuse du rayonnement cosmique, qui constitue un bruit de fond important. Cependant, l'observation des pulsars est facilitee par le fait que leur emission a haute energie possede une structure temporelle specifique. Ayant effectue une revue critique des differents types d'analyse utilises en astronomie gamma (tests d'hypothese et procedure d'estimation), differentes methodes de recherche de sources sont proposees selon le type de detecteur utilise, la gamme d'energie concernee, les caracteristiques de l'objet. Ces methodes sont appliquees aux donnees des experiences figaro (detecteur de scintillations operant a 40 km d'altitude) dans la gamme d'energie de 160 kev a 6 mev et asgat (detecteur cerenkov atmospherique), au-dela de 250 gev. Les resultats sur les objets psr0531, her x-i, psr0833, gx1-4, psr1822, sn1987a sont presentes. En outre, la methode du maximum de vraisemblance est appliquee pour la reconstruction du spectre de geminga, d'apres les observations du satellite cos-b (chambre a etincelles) dans la gamme d'energie de 50 mev a 5 gev

L'imagerie par diffraction des rayons X cohérents (CDI) en condition de Bragg est utilise pour étudier la déformation de nano-objets uniques. Ceci est possible grâce au développement d'optique focalisante, comme les lentilles de Fresnel (FZP), produisant un faisceau sub-micronique coherent. Les nanostructure étudiées sont reconstruite avec des algorithmes d'inversion à partir de données de diffraction, sous la forme d'un objet complexe, ou l'amplitude correspond à la densité électronique 3D et la phase correspond a la projection de la déformation de l'objet (par rapport a un réseau cristallin parfait) dans la direction du vecteur de diffraction. Dans ce travail, nous avons étudié la déformation dans des nanofils hétérogènes (nanofil de GaAs avec une mono-couche de boîtes quantiques de InAs) et homogènes (silicium fortement contraint sur isolant (sSOI)). Lorsqu'un faisceau focalise de rayons X est utilise, 'a la fois l'amplitude et la phase de l'onde incidente doivent être connu pour une étude quantitative. Le faisceau focalise utilise pendant les expériences a été reconstruit avec la technique CDI, et les effets de cette fonction d'illumination sur l'imagerie de nanofils contraints ont été étudiés. Mots-clés: Imagerie par diffraction x cohérente, contrainte, nanofils, algorithms d'inversion.

La volonté d'améliorer l'efficacité énergétique des réacteurs nucléaires a motivé de nouvelles solutions dans leur conception. L'une d'elles est l’utilisation d’un réflecteur lourd dans les réacteurs de génération III+ et les futurs réacteurs de génération IV. Lorsque la matière est traversée par des rayons γ, les excitations induites entraînent une élévation de sa température. Ce processus, appelé échauffement γ, est responsable de plus de 90% de la production de chaleur dans la région hors combustible d'un réacteur nucléaire. C’est également le cas dans le réflecteur. Pour simuler l'effet de l’échauffement γ en fonction de la composition du combustible, il faut disposer de données précises sur les γ prompts émis par les différents fragments produits dans le processus de fission. En 2012, une campagne d’expériences inédite, EXILL, a été menée au réacteur de recherche de l'ILL. Un grand nombre de détecteurs HPGe a été placé autour d’une cible fissile et a mesuré les rayons γ émis par la cible alors qu’elle était irradiée par un faisceau intense de neutrons froids. Dans ce travail, nous avons analysé les données obtenues avec des cibles ²³⁵U. Elles nous ont permis d’étudier la désexcitation de plusieurs fragments de fission et plus globalement le processus de fission induite par des neutrons. Dans un premier temps, nous avons utilisé la méthode standard d'analyse par coïncidence γ-γ-γ. Nous avons pu filtrer les données expérimentales, identifier les transitions γ dans des fragments bien produits et calculer leur intensité relative. Les problèmes que nous avons rencontrés concernent le bruit de fond. Les résultats obtenus dépendent de ce choix et présentent donc des problèmes de reproductibilité. Nous avons développé et testé une nouvelle méthodologie d'analyse. Son principe est un balayage des portes de coïncidence selon trois directions, ce qui permet de trouver le bruit de fond le mieux adapté. L'idée principale était finalement de passer d'une méthode "spectroscopique", dont le but est de trouver de nouvelles transitions et des états excités dans un noyau, à une méthode "spectrométrique", qui nous permet d'obtenir plus précisément l’intensité de transitions γ connues, avec une meilleure estimation de leur incertitude. Cela nous a amené à développer un logiciel d'analyse semi-automatique d'ajustement des pics. Divers schémas de calcul de l'intensité des transitions γ ont été également élaborés pour tenir compte des contaminations possibles, selon leur emplacement dans la matrice de coïncidence et leur intensité. La méthode standard et la nouvelle méthode d'analyse ont été comparées pour l'analyse du ¹⁴²Ba. Dans ce travail, nous avons également comparé nos résultats sur quelques noyaux, tel que le ¹⁰⁰Zr, avec des simulations réalisées avec le code FIFRELIN. Ce dernier est un code Monte-Carlo qui simule le processus de fission et la désexcitation des fragments de fission. FIFRELIN utilise plusieurs modèles différents pour décrire ces processus. Nous avons testé le comportement des différents modèles, trouvé les valeurs optimales des paramètres de simulation et testé comment ces configurations reproduisaient les résultats expérimentaux. FIFRELIN n'a pas été en mesure de reproduire simultanément les intensités des transitions γ émises par les fragments de ¹⁰⁰Zr et la multiplicité de neutrons prompts moyennée sur tous les fragments de fission. Cependant, avec des paramètres modifiés, FIFRELIN a fourni localement une multiplicité de neutrons prompts correcte pour les fragments de masse atomique A=100 et des intensités de transition γ bien reproduites pour le noyau de ¹⁰⁰Zr. Nous avons également comparé nos résultats expérimentaux sur les fragments de ¹⁰⁰Zr provenant du processus ²³⁵U(n,f) avec les autres données expérimentales disponibles provenant des expériences sur ²⁴⁸Cm(sf) et ²⁵²Cf(sf), et une autre expérience sur ²³⁵U(n,f)
The desire to improve the fuel efficiency of nuclear reactors has motivated new solutions in their design. One of them is the heavy reflector used in the generation III+ and in the future generation IV reactors. γ-rays passing through matter cause its excitation and temperature rise. It is a process called γ-heating, and it is responsible for more than 90% of the heat production in the non-fuel region of the nuclear reactor. This is also the case of the heavy reflector. To simulate the γ-heating effect in every state of the nuclear reactor it is necessary to have precise data on the prompt γ-rays emitted by different fission fragments produced in the course of the nuclear chain reaction. In 2012, at the research reactor of the ILL, an innovative experiment, called EXILL, was conducted. It produced a large amount of useful data on the de-excitation of the fission fragments. A large number of HPGe detectors were used to study the neutron induced fission process by measuring the emitted γ-rays. Fissile targets were irradiated by an intense cold neutron beam. In this work we analyzed the ²³⁵U targets. We studied several fission fragments and more generally the fission process by using high-resolution γ-ray spectroscopy. At the beginning, we used the standard γ-γ-γ coincidence analysis method. We were able to filter experimental data, identify the well produced γ-rays, and calculate their relative intensities. The problems we have encountered are related to the background. The results obtained with this method were background dependent and thus presented some problems with reproducibility. We therefore developed and tested a new analysis methodology. Its crucial feature is a coincidence gates scanning in three directions which helps to find the most suitable background. The idea was to move from a “spectroscopic” method, which main purpose is finding new transitions and excited states in a nucleus, to a “spectrometric” method, which allows us to obtain more precise γ-ray intensities. We developed a semi-automatic analysis software which facilitates fitting of the chosen γ-ray peak, the contamination and the background. Various γ-ray intensity calculation schemes were derived to take into account different contamination strengths and placements. The results of the analysis with the new technique are reproducible and more reliable. The standard and the new analysis method were compared in the ¹⁴²Ba analysis. In this work, we also compared our experimental results on some nuclei, such as ¹⁰⁰Zr, with the simulation results performed with the FIFRELIN code. It is a Monte-Carlo code which simulates the fission process and the de-excitation of the fission fragments. It uses various models to describe these processes. We were able to test the behavior of different models implemented in FIFRELIN to find the optimal simulation parameter values and to test how well these setups reproduce the experimental results. FIFRELIN was unable to simultaneously reproduce the γ-ray intensities of ¹⁰⁰Zr and the prompt-neutron multiplicity averaged over all fission fragments. However, with modified simulation parameters, FIFRELIN locally provided correct prompt-neutron multiplicity for the fission fragment with the atomic mass A=100 and well reproduced γ-ray intensities of ¹⁰⁰Zr. We also compared our experimental results on ¹⁰⁰Zr coming from the ²³⁵U(n,f) process with the other available experimental data coming from the experiments on ²⁴⁸Cm(sf) and ²⁵²Cf(sf), and another experiment on ²³⁵U(n,f)

Le spectromètre magnétique AMS-02 sera installé sur la Station Spatiale Internationale en 2007 pour une durée minimale de 3 ans. Le rayonnement γ du GeV au TeV est détectable au moyen du trajectomètre pour les γ convertis en e+e- et du calorimètre électromagnétique pour les γ non-convertis. Dans la première partie de cette thèse sont présentées la calibration et les performances du modèle d'ingénierie du calorimètre, résultant de l'analyse de données prises lors d'un faisceau-test mené au CERN en juillet 2002. Deux méthodes de calibrage, basées sur des Particules au Minimum d'Ionisation (MIPs) et sur des électrons d'une énergie nominale fixe, sont développées. Les performances déduites -linéarité, résolutions en énergie et angulaire, mesure de la longueur de radiation -sont comparées aux simulations Monte-Carlo. Dans la seconde partie de cette thèse, le potentiel de découverte pour l'astrophysique y est présenté. Des cartes d'observabilité du ciel sont construites pour un an de fonctionnement des détecteurs-y. L'acceptance du calorimètre est considérée a l'aide de simulations Monte-Carlo, les protons n'activant pas le système de dèclenchement charge et les γ, non-convertis en e+e- arrivant sur le calorimètre. Des variables, basées sur la forme et la direction de la gerbe développée, sont construites et utilisées pour la discrimination γ/proton. Une acceptance pour les γ est trouvée et le flux de protons survivants compare au flux attendu de y diffus. Si l'on s'intéresse a une source ponctuelle, la mesure du fond-y, basée sur le déplacement du cône de détection autour de la source ponctuelle, permet la soustraction de ce dernier fond. Puis, pour le pulsar Vela, la possibilité de distinguer au bout d'un an avec le spectre γ les mécanismes d'émission est estimée. Enfin le potentiel du calorimètre pour l'observation d'un signal γ supersymétrique provenant du Centre Galactique est illustré avec divers jeux de paramètres, ce pour un ou dix an(s) de fonctionnement
Yet designed to measure charged component of the cosmic rays, the foreseen Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) could also release γ-ray studies, in the energy range from GeV to TeV, using the tracker system, for y-rays converted in e+ e- pair, and the electromagnetic calorimeter. In the first part of the thesis are described the calibrations and the performances of the engineering model of the calorimeter, obtained from the analysis of data taken during a test-beam performed at CERN in July 2002. In the second part of the thesis, the AMS-02 discovery potential for γ-astrophysics is presented. While exposure maps of the γ-sky are computed for one year of data taking with the g-detectors, the acceptance of the calorimeter is obtained from Monte-Carlo simulations. The AMS-02 potential is then estimated for signals from the Vela pulsar and for some supersymmetric signals from the Galactic center

Ce travail concerne la reconstruction en tomosynthèse numérique médicale. Cette technique permet, à partir d'un faible nombre de projections (typiquement une vingtaine) acquises sur un détecteur numérique plan, d'obtenir des informations tridimensionnelles sur la structure de l'objet étudié. L'avantage majeur de cette technique est la possibilité d'obtenir ces informations à partir d'une table de radiologie standard équipée d'un capteur numérique et de fonctions de translation/rotation, pour une dose de rayonnement équivalente à celle d'une radiographie classique. Par ailleurs, on accède en tomosynthèse à différents plans de profondeur parallèles au détecteur (des plans frontaux), ce qui diffère de la tomographie classique à partir de peu de points de vue où l'on cherche plutôt à reconstruire un plan transverse. Un problème important en tomosynthèse est le manque important de données, et plus particulièrement l'angle limité de prises de vues qui restreint considérablement la résolution spatiale verticale dans les reconstructions. D'un point de vue mathématique, ce problème de reconstruction est un problème inverse mal posé au sens où le débattement angulaire est limité, le nombre de projections réduit, ces projections étant potentiellement bruitées. Pour inverser ce problème, nous avons opté pour les méthodes algébriques et plus particulièrement les algorithmes ART (Algebraic Reconstruction Technique). Ce type de méthode permet d'améliorer la résolution par rapport à l'approche classique de reconstruction en tomosynthèse (une simple rétroprojection) mais ne traite pas le problème du bruit. Afin de stabiliser l'inversion du problème, nous adoptons un algorithme de minimisation semi-quadratique existant, dans le contexte de la tomosynthèse. Afin de limiter les temps de calcul propres à la reconstruction algébrique, nous avons développé un schéma de reconstruction et de régularisation original permettant de décomposer le volume d'intérêt en une série de plans indépendants dans le cas particulier de la tomosynthèse linéaire. Nous proposons par ailleurs des traitements visant à réduire les artefacts de troncature des projections liés à l'angle de projection où les artefacts métalliques dus à la présence éventuelle de prothèses chirurgicales dans le corps humain. Afin de tester et valider nos approches, nous avons également développé un banc de test nous procurant une certaine souplesse dans la géométrie d'acquisition. Nous montrons qu'il est possible de reconstruire des coupes grand champ pour l'imagerie thoracique avec une résolution verticale de l'ordre du centimètre et une résolution dans le plan égale à celle du détecteur (100 micronmètres au maximum). Pour d'autres applications osseuses telles que la radiographie de la cheville ou le vissage pédiculaire, les résultats sont très satisfaisants en terme de qualité image et d'artefacts de reconstruction
This work deals with reconstruction in digital medical tomosynthesis. This technique allows, starting from a low number of projections (typically twenty) acquired on a digital detector, to obtain three-dimensional information on the structure of the studied object. The main advantage of this technique is the ability to obtain such information using a standard radiological remote table with a digital detector. The X-Ray tube and detector are moving along a specific path defining the acquisition geometry. Furthermore, the total exam dose is equivalent to a single radiograph dose. The main drawback of this acquisition technique is the significant lack of data, and more particularly the limited angle of view which significantly restricts the vertical spatial resolution. From the mathematical point of view, the problem of reconstruction is a severely ill-posed inverse problem : angular range is limited, and only a few possibly noisy number of projections is available. We inverse this problem using the algebraic methods and more particularly the algorithms ART (Algebraic Reconstruction Technique). This type of method makes it possible to improve the resolution but does not deals with the noise problem. In order to improve the quality of the reconstructed object, we adapted the half-quadratic minimization algorithm in this tomosynthesis context. In order to limit the computation time, we developed a dedicated reconstruction and regularization scheme that allows to decompose the volume of interest into a series of independent reconstructed planes. Other processing are necessary to reconstruct high quality tomosynthetic slices. We propose a method to reduce truncation artifacts related to high projection angles and a metal artifacts reduction algorithm due to the possible presence of surgical prostheses within the body. In order to test and validate our approach, we built a radiological remote table with a certain flexibility in the acquisition geometry. Finally we show that it is possible to reconstruct large size images for thoracic imaging with a vertical resolution of about 1cm and a spatial resolution in the detector plane equal to the detector resolution (about 100 μm). For other bone-related applications such as the radiography of ankle or pedicular screwing, the results are very satisfactory in terms of image quality and artifacts suppression

Cette thèse est consacrée à la mise au point d'un code de calcul permettant de simuler rapidement des images radiologiques réalistes en prenant en compte les principaux paramètres physiques à l'œuvre dans une chaîne d'imagerie par rayons X ou gamma. Dans la première partie, nous effectuons un tour d'horizon de l'état de l'art en matière de simulation des phénomènes de transport de rayonnement. Cette étude nous conduit à choisir une approche déterministe et à rechercher des solutions algorithmiques spécifiques, dédiées à la simulation d'images radiologiques et limitées dans un premier temps à la prise en compte du rayonnement directement transmis. Les solutions proposées, qui mettent l'accent sur la vitesse d'exécution et la robustesse, sont implémentées dans un code appelé VXI (Virtual X-ray Imaging). VXI permet d'effectuer aisément des simulations dans des configurations d'imagerie réalistes (spectre polychromatique, objets de géométrie complexe. . . ). La deuxième partie de cette thèse aborde la simulation du rayonnement diffusé par les objets inspectés. Nous proposons une méthode déterministe pour simuler le rayonnement diffusé d'ordre 1 sans recourir à une architecture de calcul parallèle. Cette méthode est validée en comparant les résultats qu'elle fournit avec ceux que donne le code de Monte Carlo Geant4
This PhD thesis is devoted to the development of a computer code enabling to simulate in a short time realistic radiological images, taking into account the main physical parameters acting in an X- or gamma-ray imaging chain. In the first part, we carry out a general survey of the state of the art in the field of radiation transport simulation. This study leads us to choose a deterministic approach and to seek specific algorithms, devoted to the simulation of radiological images and, at first, accounting only for the directly transmitted radiation. The proposed solutions, which emphasize execution speed and robustness, are implemented in a code named VXI (Virtual X-ray Imaging). VXI makes it easy to carry out simulations in realistic imaging configurations (polychromatic spectrum, objects with complex geometry. . . The second part of this thesis broaches the simulation of the radiation scattered by the inspected objects. We propose a deterministic method to simulate first-order photon scattering without having recourse to a parallel computing architecture. This method is validated by comparing its results with the ones given by the Monte Carlo code Geant4

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : Villeurbanne, INSA : 2003.
Chap. 2 et 4 rédigés en anglais. En appendice, 1 article rédigé en anglais intitulé "Optimal calibration via virtual X-ray imaging for dual-energy techniques : application to glass wool", issu du Colloque "Six international Conference on quality control by artificial vision" et paru dans la revue "SPIE", vol. 5132, 2003, p. 422-432. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 143-155.

L'imagerie gamma est un des moyens privilégiés pour détecter une structure cachée sans avoir à la détruire. Elle occupe donc une position irremplaçable en contrôle environnemental, dans le milieu industriel et en imagerie médicale. Cette imagerie souffre de limitations sévères en raison de la qualité médiocre des images. Les principaux facteurs dégradant les images sont les phénomènes physiques de diffusion Compton et d'atténuation des rayonnements traversant la matière. En rupture avec les méthodes existantes qui cherchent à éliminer au maximum le rayonnement diffusé, cette thèse propose une approche originale vis à vis du traitement du diffusé en le modélisant en vue d'en tirer profit. Nos travaux ont conduit à deux nouvelles contributions exploitant le rayonnement diffusé qui permettent de : -reconstruire en trois dimensions une source radioactive à partir des mesures de son rayonnement diffusé, -déterminer l'atténuation via la densité électronique à partir du rayonnement diffusé
Gamma ray imaging is one of the best ways to detect a hidden structure without having to take it apart. It is of invaluable help for environmental control, industrial non destructive testing and medical imaging. But it is affected by numerous degradations resulting in poor image quality. They are due mainly to Compton scattering and gamma ray attenuation in traversed medium. In a bold move, instead of discarding scattered rays as usually done, an original approach is proposed in this thesis by taking them into account and turning them into active imaging agent. Our work leads to two novel contributions in this respect: -three dimensional reconstruction of activity distribution from scattered ray data, -attenuation estimation from scattered radiation via the electronic density determination

L'imagerie 3γ est une technique innovante d'imagerie médicale nucléaire qui est étudiée au laboratoire SUBATECH. Elle repose sur la localisation tridimensionnelle d'un radioisotope émetteur (β+, γ), le 44Sc, à l'aide d'un télescope Compton au xénon liquide. Le lieu de désintégration de ce radioisotope est obtenu par l'intersection de la ligne de réponse, construite à partir de la détection des deux photons de 511 keV issus de l'annihilation d'un positron, et du cône déterminé à partir du troisième photon. Un prototype de petite dimension XEMIS1 (XEnon Medical Imaging System) a été développé afin de faire la preuve expérimentale de la faisabilité de l'imagerie à 3γ. Les résultats de ce prototype sont très promoteurs en terme de résolution en énergie, de pureté du xénon liquide et de faible bruit électronique. La simulation Monte Carlo est un outil indispensable pour accompagner la R&D et évaluer les performances de la nouvelle technique d'imagerie proposée. Les travaux rapportés dans cette thèse concernent le développement de la simulation du système d'imagerie 3γ avec GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission). De nouvelles fonctionnalités ont été implémentées dans GATE afin de simuler un détecteur de type TPC (Time Projection Chamber). Nous avons effectué une simulation du prototype XEMIS1 et obtenu des résultats en bon accord avec nos données expérimentales. La prochaine étape du projet consiste à construire une caméra cylindrique au xénon liquide pour l'imagerie du petit animal. Les résultats des simulations de cette caméra présentés dans cette thèse montrent la possibilité de localiser chaque désintégration le long de la ligne de réponse avec une très bonne précision et une bonne sensibilité de détection. Des premières images de fantômes simples, réalisées évènements par événements, et après reconstruction tomographiques ont également présentées.

Ce mémoire présente une analyse de la réponse des fibres optiques soumises à divers environnements radiatifs (X pulsé, g continu, UV). Le premier chapitre détaille les applications envisagées pour les fibres dans les différents domaines du nucléaire ainsi que le phénomène de pertes induites par irradiation. Le second présente les moyens expérimentaux mis en œuvre pour caractériser leurs réponses sous irradiation et les défauts à l'origine des pertes. Dans le chapitre suivant, les réponses des fibres optiques à 1. 31 et 1. 55 æm à des irradiations X et g sont classées en fonction des dopants en cœur, en gaine ainsi que de certains paramètres de fabrication. Le quatrième chapitre est consacré à une étude des mécanismes physico-chimiques régissant la tenue des fibres. Une dernière partie de la thèse est consacrée à la comparaison entre les effets induits par les irradiations g et UV. A partir de l'ensemble de ces travaux, nous proposons des pistes en vue du durcissement des fibres optiques
This thesis presents a study of the radiation responses of optical fibers under different radiative environments (pulsed X rays, steady state g rays, cw UV). The first chapter describes the possible applications for the fibers in different nuclear fields and the radiation-induced losses phenomenon. In the second one, we describe our experimental set-up used to characterize the fiber radiation responses and the radiation-induced defects. In the third chapter, the radiation responses at 1. 31 and 1. 55 æm of the fibers are classified with respect to their core and cladding dopants and process parameters. The following chapter gives an analysis of the different mechanisms related to the origin of the radiation-induced losses. The last part of the thesis presents the comparison between the effects of g-rays and UV exposure on the optical fibers. From our whole study, we propose some rules for the design of radiation-hardened fibers

L'étoile γ Cassiopeiae (B0. 5IVe; γ Cas), archétype des étoiles Be classiques, présente un comportement très particulier en rayons X: une émission thermique dominée par un plasma chaud (avec une température de ~ 1,4x108 K), une luminosité modérée (~1032-33 erg s-1), et une variabilité intense et chaotique sur des échelles de temps allant de la seconde jusqu'à quelques centaines de secondes. Des telles caractéristiques la distinguent clairement des étoiles massives « normales » et des systèmes Be/X connus. L'origine de son émission X reste une énigme en dépit de nombreuses études exhaustives. D'une part les rayons X émis par les étoiles massives normales montrent une variabilité modérée, et bien qu'elle soit d'origine thermique, cette émission est dominée par une composante dont la température est de seulement ~ 6X106 K. D'autre part, les rayons X provenant de systèmes Be/X ne sont pas d'origine thermique, et malgré leur variabilité, ils sont normalement modulés par la rotation d'un objet compact. En outre, les systèmes Be/X présentent des éruptions, qui n'ont jamais été observées dans γ Cas. Finalement, la luminosité X de γ Cas se situe entre celle des d'étoiles massives (~1032 erg s-1) et celle des systèmes Be/X variables (~1036-37 erg s-1) ou dans des états quiescents (~1033 erg s-1; du type X Per). Le développement d'un modèle du mécanisme de l'émission X de γ Cas a été considérablement limité par le fait que cette étoile demeurait la seule Be qui présentait des telles propriétés. Dans ce travail, nous présentons les caractéristiques de l'émission en rayons X et dans quelques cas de l'émission optique de 7 autres étoiles Be dont les similitudes avec γ Cas ont permis d'établir l'existence d'une nouvelle classe d'objets bien définie: les systèmes de type γ Cas. A ce jour cette classe comprend les systèmes suivant: HD 161103, SAO 49725, SS 397, HD 119682, HD 110432 et USNO 0750-13549725. Fait remarquable, ces étoiles ont toutes des types spectraux B0. 5-B1e et présentent une raie Hα en émission intense, ce qui suggère la présence d'un disque circumstellaire dense et/ou large. Les trois dernières étoiles sont des blue stragglers localisées dans des amas Galactiques relativement âgés (~ 45-60 million d'années): NGC 5281, NGC 4609 et NGC6649, respectivement; elles sont donc dans des stages évolutifs avancés et le produit probable de l'évolution de binaires massives. Nous présentons aussi 41 autres candidats systèmes de type γ Cas qui ont été proposés à partir d'une recherche systématique du catalogue 2XMMp. Ce travail a aussi fait avancer notre connaissance de γ Cas elle même grâce à de nouvelles observations en rayons X. La première partie de la thèse est basée sur l'analyse des observations X réalisées par le satellite XMM, et sur des observations optiques obtenues par plusieurs télescopes terrestres, et extraites de diverses bases de données. La nouvelle classe de sources X découverte dans ce travail constitue une contribution importante à la composante en rayons X durs du contenu stellaire du plan Galactique, qui reste jusqu'à présent mal connue. La nature de l'émission X est discutée à la lumière des modèles proposés dans la littérature pour γ Cas: soit une étoile massive isolée présentant une activité magnétique intense, soit un système binaire contenant un objet dégénéré. Les deux interprétations ont un grand intérêt astrophysique pour le domaine des étoiles massives, et la découverte d'autres objets du type γ Cas permettra de faire avancer les recherches sur cette problématique connue il y a vingt ans et jusqu'à présent exclusive de γ Cas elle même. Dans la première hypothèse, le rayonnement X des systèmes γ Cas aurait une origine magnétique. Il s'agirait néanmoins d'un cas assez inattendu, vu que la présence d'un champ magnétique intense n'est pas prévue dans les modèles de structure stellaire, de par l'absence de couche convective sous-photosphérique dans les étoiles de type spectral B. Cependant, le champ magnétique pourrait être d'origine fossile. En effet un champ magnétique de configuration géométrique stable a été détecté dans certaines étoiles massives de type O-B (ex. , θ OriC). Dans le scénario magnétique, le champ de l'étoile serait responsable de l'emprisonnement des plasmas avec des températures élevées dans de différents et nombreux sites sur la surface de l'étoile. Dans le cas le plus probable, l'interaction des lignes de champ avec les parties les plus internes du disque circumstellaire doit donner lieu à des re-connexions magnétiques que cause l'éjection de particules du disque, qui ensuite se choquent avec l'étoile Be en produisant des rayons X. Le rayonnement X ainsi qu'une partie de l'interaction disque-étoile peuvent être au moins partiellement modulés par un processus du type dynamo à l'intérieur du disque circumstellaire. La présence d'un disque circumstellaire semble donc être un ingrédient nécessaire du modèle magnétique, puisque les étoiles massives pour lesquelles il y a des détections positives de champ magnétique n'ont pas de disque, et que la température du plasma X dans ces objets (T < 5X107 K) n'est pas aussi élevée que dans les systèmes γ Cas (T > 108 K). De plus, tous les systèmes γ Cas identifiés dans ce travail ont des disques circumstellaires systématiquement denses. Ce scénario, purement qualitatif face à la difficulté théorique qui existe pour le décrire, est conforté par quelques preuves indirectes d'activité magnétique présentées dans la littérature pour γ Cas et HD110432. Les variations observées dans les courbes de lumière optique de ces objets ont des périodes qui sont remarquablement cohérentes avec la rotation des étoiles et donc probablement associés à des événements à leurs surfaces. D'autre part, la présence d'irrégularités dans les profils de quelques raies optiques migrant du bleu au rouge le long du spectre de γ Cas et HD 110432, sont interprétées comme étant dûes à la présence de « nuages » qui tournent avec l'étoile, peut-être emprisonnés par le champ magnétique. Dans se sens, les systèmes de type γ Cas pourraient être les précurseurs des magnetars – _c'est à dire, des étoiles à neutrons avec des champs magnétiques très élevés (B~1014-15 G) probablement en conséquence de la « congélation » du champ de l'étoile massive pendant l'explosion de supernova-, des champs donc très élevés dont l'origine est encore inconnue. Dans l'hypothèse du modèle d'émission X par accrétion de matière dans un système binaire, l'hypothèse la plus probable est que le compagnon compact de l'étoile Be soit une naine blanche (NB). Cette configuration est cohérente du point de vue des observations de par les ressemblances de l'émission X de γ Cas avec celles de certaines variables cataclysmiques (CV), c'est à dire un spectre thermique dur, de luminosité, variabilité et raies d'émission semblables. L'évolution des composantes des systèmes binaires proches est gouvernée par l'échange de matière entre les deux étoiles, et dépend fortement des conditions initiales. Etant données certaines de ces conditions, les systèmes binaires évolués contenant une étoile Be peuvent avoir comme deuxième composante un compagnon du type naine blanche, étoile à neutrons (EN) ou trou noir. Les modèles évolutifs des systèmes binaires massifs prévoient l'existence d'un grand nombre de systèmes Be + NB. Selon certains de ces modèles, environ 70% des étoiles Be formées dans les systèmes binaires proches doivent avoir comme compagnon une étoile du type NB. Cette proportion implique que le nombre de systèmes Be + NB doivent dépasser d'un facteur 10 le nombre des systèmes Be + EN. Selon ces modèles la distribution de la population des systèmes Be + NB doit avoir un maximum vers le type spectral B2e, pas trop loin des types spectraux des systèmes γ Cas (B0. 5-B1). Contrastant avec cette prévision théorique, tous les systèmes Be/X connus (de l'ordre de 150) sont constitués d'une Be plus une étoile à neutrons. Le fait que l'on n'ait pas encore observé de systèmes Be + NB remet en question les modèles évolutifs pour les systèmes massives présents dans la littérature. Si, comme prédisent les modèles, on suppose que les systèmes du type Be + NB existent en grand nombre, le fait qu'on ne les observe pas peut être expliqué de différentes manières. D'abord, la luminosité optique et ultraviolette d'un système de ce type est complètement dominée par l'émission de l'étoile massive et la détection directe de la NB est impossible à ces longueurs d'onde. La présence d'un compagnon compact pourrait cependant être détectée indirectement par la variation de vitesse radiale de l'étoile Be. Il faut signaler qu'une recherche de ce type exige des mesures réparties sur des échelles de temps assez longues, puisque les périodes orbitales attendues pour les systèmes Be + NB peuvent être de dizaines à des centaines de jours. Dans le cas de γ Cas, qui contient une étoile d'environ 1 masse solaire dans une orbite de. 205 jours autour de la Be, une telle détection n'a permis qu'une estimation grossière de la masse du compagnon et pour valider le scénario d'accrétion doit être conjuguée avec d'autres informations. En principe, une NB en orbite autour d'une Be doit capturer de la matière du disque circumstellaire et être détectée à partir de l'émission X résultant de l'accrétion. Néanmoins, la quantité de matière disponible pour la NB pourrait être insuffisante pour la rendre suffisamment lumineuse, en raison de la grande distance entre les étoiles, de la faible densité ou de la petite taille du disque. En effet, on s'attend à ce que le disque circumstellaire soit tronqué par l'effet de résonance prévu pour les systèmes binaires quasi circulaires. L'absence d'une explosion supernova lors de la création de la NB favorise les orbites circulaires contrairement à ce qui est observé dans le cas des systèmes Be + EN ou les excentricités orbitales sont normalement grandes. Les principaux résultats de cette thèse sont la découverte et la caractérisation détaillée des propriétés photométriques et spectroscopiques X des nouveaux systèmes γ Cas et aussi de quelques propriétés optiques. La problématique de l'origine de l'émission en rayons X de cette classe d'objets est explorée sur la base de l'ensemble de leurs propriétés. Malgré les nouvelles connaissances apportées par notre travail sur les propriétés de ces systèmes, l'origine de l'émission X reste incertaine. Bien que les propriétés de l'émission X des γ Cas soient très similaires à celles de certaines CV, l'absence de preuve claire de la binarité de ces étoiles, à part γ Cas, et la connaissance limitée de la structure du disque circumstellaire, empêchent de conclure sur la validité du modèle d'accrétion. L'absence d'un modèle théorique pour le scénario magnétique, avec lequel les propriétés dérivées pourraient être confrontés avec les observations, ne permet pas d'exclure cette hypothèse. De l'autre côté, la détection directe d'un champ magnétique intense dans ces objets apporterait de l'eau au moulin du scénario magnétique mais reste difficile de par la présence d'un disque circumstellaire très lumineux en lumière visible. La deuxième partie du travail est consacrée à l'étude de la population X des étoiles massives de 7 amas ouverts: NGC 7419, NGC 3766, NGC 663, NGC 884, NGC 869, NGC 3114 et IC 4725. Cette recherche est basée sur des observations XMM et des catalogues en infra-rouge et en optique, notamment à partir des données photométriques du catalogue 2MASS et de la base de données WEBDA. Les amas ont été choisis en raison de la présence d'un grand nombre d'étoiles du type Be (> 146 en total) et couvrant une gamme d'âge suffisante (de ~10 à 300 million d'années), de façon à permettre l'investigation des propriétés X en fonction de l'âge des amas. Les données photométriques en infrarouge du champ de chaque amas contenus dans le catalogue 2MASS ont permis la construction de diagrammes couleur-magnitude (DCM) et l'identification des contreparties IR d'environ 50% des sources X détectées. Cette proportion correspond à la population stellaire galactique attendue, le reste des sources non-identifiées correspondant aux sources extragalactiques vues en arrière plan. Les diagrammes DCM ont fourni notamment une estimation des types spectraux des étoiles massives des amas qui occupent des positions bien distinctes de celles des étoiles du champ, pour lesquelles cette information n'apparaît pas dans la littérature. L'appartenance aux amas des étoiles moins massives n'est pas toutefois très claire pour les étoiles moins brillantes que J > 12 à cause de la contamination du DCM par les étoiles du champ. Malgré le grand nombre d'étoiles de type Be présentes dans les amas et l'espoir de détecter ~5-25 systèmes Be/X, sur la base des modèles évolutifs, une seule étoile Be a été identifiée comme probable contrepartie d'une source X –à part RX J0146. 9+6121, une Be/X classique (Be+ étoile à neutrons) bien connue et située dans NGC 663. Seule l'étoile MWC 39, qui appartient à l'amas NGC 884 (~ 13x106 ans) est corrélée avec une source X relativement dure de température de plasma de ~6,5X107 K et luminosité ~1031 erg s-1. La faible luminosité de MWC 39 indique que l'étoile est probablement un système du type γ Cas, mais compte tenu de la faiblesse du signal, la possibilité qu'il s'agisse d'un système Be + étoile à neutrons classique ne peut pas être exclue. Environ 15 étoiles massives ont été identifiées avec des sources X avec des valeurs de flux proches des limites de sensibilité de détection des observations. Il s'agit en général des étoiles plus chaudes que B2. 5, qui suivent la relation Lx/Lbol~ 10-7, typique des étoiles massives. Un excès en Lx/Lbol est observé dans certains cas, et notamment pour les types le plus tardifs, ce qui suggère la présence d'un compagnon plus jeune de type solaire. Des limites supérieures sur les luminosités X sont dérivées pour les étoiles non détectées. Nous terminons cette thèse en montrant comment l'absence de systèmes Be + NB dans ces amas contraint la fréquence du comportement de type γ Cas dans les étoiles Be, les modèles de l'évolution des binaires massives et en particulier, le chemin binaire conduisant à la formation d'une étoile Be
γCassiopeiae (B0. 5Ve; γCas) has long stood out as having unique X-ray properties among massive stars and Be/X-ray systems. Their properties include hard-thermal X-ray emission (kT ~ 12 keV) of moderate luminosity (~ 1032−33 erg s−1, at 0,2–12 keV) and a light curve that displays marked variability on long and short time scales. In contrast, “normal” O-B-Be stars are usually soft (kT ~ 0,5 keV) and modest X-ray emitters, while all well-known Be/Xray systems (all of them are Be + neutron star binaries) are non-thermal and more intense X-ray emitters. In spite of several multi-wavelength observing campaigns, since its discovery as prototype of Be stars in the end of 19 century, the true nature of the X-ray emission of γCas remains elusive. Two exciting interpretations have been proposed in the recent literature and raise a number of interesting astrophysical issues, and these are that the X-rays are emitted from: (i) the interaction between a single-Be star with unusually strong magnetic activity and its decretion disk; and (ii) a binary system with an accreting white dwarf. In the first case, γCas would be a progenitor to the magnetars, while the Be +WD binary case would be predicted by evolutionary models of massive binary systems, though they are still not identified as such. One of the obstacles in advancing the understanding of the X-rays of γCas is the fact that the proposed models are restricted to one only object:γ Cas itself. This work intends to fill such gap. Our efforts were concentrated on two pillars of inquiry: the investigation of the X-rays of γCas itself, and the search for and study of new γCas analogs. We confirm the main properties already known in the literature of γCas, but a number of peculiarities were also observed for the first time. For example, the local photoelectric absorption of γ Cas is variable and apparently non-correlated with the intensity of the Fe fluorescence line at 6,4 keV. Also, we detect strong and recurrent variations in its energy distribution in the form of flare-like events in the X-ray colours. On the other hand, we present 6 B0. 5e-B1e stars with common X-ray and optical properties quite similar to those of the so far unique star γCas and we point out the emergence of a new class of X-ray emitters: the γ Cas-like sources. Apart the fact that all stars occupy a narrow band of spectral type, all of them have large or dense circumstellar disks. Othermembers of the class are: HD 161103, SAO 49725, SS 397, HD 119682, HD 110432 and USNO 0750- 13549725. The last three stars are blue stragglers in open clusters of ~ 45–60 millions of years (NGC 5281, NGC 4609 and NGC 6649, respectively). Therefore, an evolved status may be a prerequisite to the source being a peculiar X-ray Cas. Other 41 candidates to members of this class wereemitter like identified from an extensive investigation of the 2XMMp catalogue. The massive stars in five young open clusters (~ 10–25 millions of years) especially rich in Be stars (> 135) and in two other old open clusters (~ 95 and 300 millions of years) containing > 11 Be stars were investigated. We paid particular attention to the massive stars, with the aim of constraining evolutionary processes that might lead to the Be phenomenon and to search for low X-ray luminosity massive accreting binaries and γCas-like systems. There is no clear evidence of the presence of these systems in following clusters we have examined so far: NGC 7419, NGC 3766, NGC 663, NGC 884, NGC 869, NGC 3114 and IC 4725. The only exceptions are the well-known Be/X RXJ0146. 9+6121 in NGC 663, and perhaps forMWC 39 in NGC 884, which is most likely a neutron star accreting wind matter originating from its main sequence B star companion. The nature of the X-ray emission of the new class of γCas-like objects is discussed in light of the models proposed for γ Cas, on the basis of the derived properties and frequency of these objects in open clusters. Finally, we discuss the implications of the results in the context of the Be phenomenom. (This work was based on X-ray observations carried out byXMM-Newton satelite and available informations in the literature, and for some targets also on optical and infrared spectroscopy from several Earth-based telescopes. )
γCassiopeiae (B0. 5Ve; γCas) é uma estrela Be que apresenta uma emissão peculiar em raios X, sem precedentes dentre as estrelas massivas e sistemas binàrios contendo uma estrela Be e uma estrela compacta acretante (sistemas Be/X): emissão térmica em raios X duros (kT ~ 12 keV) de luminosidade moderada (~ 1032−33 erg s−1, em 0,2–12 keV), e que apresenta variabilidade intensa em curtas e longas escalas de tempo. As estrelas massivas O-B-Be “normais” apresentam emissão em raios X moles (kT ~ 0,5 keV) enquanto os sistemas Be/X, todos eles do tipo Be + estrela de nêutrons, apresentam emissão X dominada por processos não-térmicos. Embora γCas tenha sido investigada em todos os comprimentos de onda acessìveis, desde a sua descoberta como protótipo das estrelas Be no final do século 19, a origem de sua emissão em raios X não é entendida. Dois cenàrios foram propostos na literatura, ambos com implicações importantes na astrofìsica estelar: (i) a interação de uma estrela Be isolada com intensa atividade magnética e seu disco circunstelar, contrariamente ao esperado em estrelas massivas e eventualmente progenitores de magnetares; e (ii) um sistema do tipo Be + anã branca, previsto em grande número pelos modelos evolutivos de binàrias massivas mas nunca identificados. Um dos principais obstàculos no avanço do entendimento da fenomenologia em raios X de γCas é o fato desta ser a única estrela Be conhecida na qual os modelos podem ser testados. Este trabalho, de cunho observacional, tem como proposta principal o preenchimento desta lacuna. Avançamos no entendimento da fenomenologia γCas em altas energias a partir de dois pilares: na Cas, e na busca por – e investigação de –investigação dos raios X de estrelas Be com emissão X similar a de γCas. Nós confirmamos as principais propriedades de γCas jà conhecidas da literatura, mas certas peculiaridades foram observadas pela primeira vez. Por exemplo, a absorção intrìnseca é variàvel e aparentemente não é correlacionada com a intensidade da linha do Fe por fluorescência em 6,4 keV. Além disso, nós detectamos fortes e recorrentes variações na distribuição de energia, na forma de eventos do tipo flare na cor em raios X. Por outro lado, apresentamos 6 estrelas B0. 5e-B1e cujas semelhanças em raios X e no óptico com γCas revelaram uma nova classe estelar de emissores em raios X: os sistemas γCas. Além do fato dessas estrelas ocuparem uma região restrita em tipo espectral, todas possuem discos circunstelares extensos ou densos. São elas: HD 161103, SAO 49725, SS 397, HD 119682, HD 110432 e USNO 0750-13549725. As três últimas estrelas são blue stragglers em aglomerados abertos de ~ 45–60milhões de anos (NGC 5281, NGC 4609 e NGC 6649, respectivamente), e portanto um estàgio evolutivo avançado pode ser um pré-requisito para que uma estrela Be seja um Cas. Outros 41 candidatos a membros dessa classe foramsistema identificados numa investigação sistemàtica do catàlogo 2XMMp. Cinco aglomerados abertos jovens (~ 10 a 25 milhões de anos) e ricos em estrelas Be (> 135 no total) e outros dois aglomerados velhos (~ 95 e 300 milhões de anos) contendo > 11 estrelas Be foram investigados. Atenção especial foi dada `as estrelas massivas, com o objetivo de impor limites aos processos evolutivos que devem conduzir ao fenômeno Be, e procurar por binàrias massivas de baixa luminosidade em raios X e Cas. Não hà evidência da presença desses sistemas nospor sistemas aglomerados investigados, a saber: NGC 7419, NGC 3766, NGC 663, NGC 884, NGC 869, NGC 3114 e IC 4725. As duas únicas exceções são o bem conhecido sistema Be/X RX J0146. 9+6121 em NGC 663, e talvez MWC 39 em NGC 884, no qual hà provavelmente uma estrela de nêutrons acretando parte do vento dessa estrela de Sequência Principal. A natureza da emissão em raios X dos objetos da nova classe é discutida segundo Cas, com base nas propriedades derivadas eosmodelos propostos para na frequência desses objetos em aglomerados abertos. Finalmente, discutimos as implicações dos resultados obtidos no contexto do fenˆomeno Be. (Todas as investigações foram baseadas em observações em raios X realizadas a partir do satélite XMM-Newton e em informações disponìveis na literatura, e para alguns dos alvos a partir de espectroscopia no óptico e infravermelho obtidas em diversos telescópios terrestres. )

La localisation des radioéléments émetteurs gamma constitue un enjeu majeur pour l’industrie nucléaire et pour les applications de sécurité intérieure. La caméra gamma à masque codé GAMPIX, développée par le CEA LIST, est apte à réaliser cette localisation. Sa principale limitation est l’absence d’information spectrométrique empêchant l’identification des éléments détectés. De là, l’objectif de la thèse a été le développement d’un spectro-imageur gamma à masque codé permettant d’assurer conjointement la localisation et l’identification des radioéléments émetteurs. Dans un premier temps, nous avons mis en place un système de détection optimisé du point de vue de la spectrométrie en partant du système actuellement intégré à GAMPIX, composé de la puce de lecture Timepix hybridée à un substrat de tellurure de cadmium. Après réglage des paramètres de la puce, nous avons déterminé la tension de polarisation optimale du substrat puis réalisé la calibration du système de détection. Un deuxième axe de recherche a été dédié à l’intégration de l’information spectrométrique issue du système de détection dans le traitement des données. Deux approches ont été mises en œuvre et testées, reposant respectivement sur un fenêtrage en énergie des données et sur l’utilisation d’algorithmes MLEM. Une dernière partie a enfin été consacrée à l’évaluation de détecteurs apportant une plus-value par rapport à Timepix en termes de performances spectrométriques. Deux détecteurs ont été testés : le détecteur Medipix3 développé par le CERN et le détecteur Caliste HD conçu par l’IRFU (CEA). Ce dernier a été intégré à un prototype de caméra gamma et des tests ont prouvé la pertinence de son utilisation dans un tel système
Ocalization of gamma ray emitters is currently a major issue for nuclear industry and for Homeland Security applications. The GAMPIX coded-mask gamma camera developed by the CEA is able to carry out this localization. Its main limitation is the lack of spectrometric information preventing the identification of detected radionuclides and consequently the assessment of radiation dangerousness. Based on this observation, the aim of the PhD was to design a coded-mask gamma imaging-spectrometer for simultaneous localization and identification of gamma ray emitters. In a first time, we implemented a detection system, optimized for spectrometry, based on the system currently integrated in GAMPIX which is composed of a Timepix readout chip (designed by the CERN) hybridized with a cadmium telluride semiconductor substrate. After setting the electronic parameters of the chip, we determined the optimal bias voltage for the substrate and achieved energy calibration of the detection system. A second research path dealt with the integration of the spectrometric information coming from the detector into data treatment. Two trails were considered respectively based on an energy windowing of the data and on the use of MLEM algorithms. A last part was finally dedicated to the assessment of detectors providing an added value compared to Timepix in terms of spectrometric performances. Two detectors were considered: the Medipix3 detector designed by the CERN and the Caliste HD detector developed by the IRFU Institute (CEA). The latter was integrated into a prototype of gamma camera and tests proved the relevance of its use in such a system

Pulsar wind nebulae consist of magnetised clouds of positrons and electrons accelerated to very high energies through the action of a central pulsar, often embedded within a host supernova remnant. They are the largest population of firmly identified sources of TeV gamma-rays within the Galaxy and are thought to be contributors to the leptonic Galactic cosmic-ray spectrum,and thus viable source candidates in the quest to interpret the origin of the cosmic-ray positron fraction excess. Their very-high-energy gamma-ray emission is of particular interest for spectral models, as their dominant radiation process is inverse Compton scattering on target photons present in interstellar radiation fields such as the visible, near and far infrared ambient photons in addition to the Cosmic Microwave Background.In this thesis dissertation I present the scope of my research work, which lies on pulsar wind nebula morphology and understanding their very-high-energy radiation.I report the latest morphological and spectral studies of the pulsar wind nebula within the MSH 15-52 composite supernova remnant through High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) observations.In this phenomenological study I have conducted a fit of the very-high-energy emission morphology beyond ~ 0.3 TeV detected in HESS-I data using a template X-ray synchrotron map in the 4–7 keV band based on archival Chandra observations. In the model of the emission, the gamma-ray emission produced by inverse Compton scattering is thought to ensue from the same leptonic population responsible for the observed synchrotron emission, and thus the X-ray template represents the spatial distribution of these electrons and positrons, convolved with the spatial dependence of the magnetic field. Our best-fit results yield an additional extended TeV component located on the south-eastern region of the nebula, centered at ∼4 pc from the position of the associated pulsar PSR B1509-58, with an intrinsic radius of ∼7′(or 9 pc). We also detect a significant steepening in the spectral shape of the total emission from the pulsar wind nebula, occurring above∼10 TeV. This coincides with a shrinking of the emission observed in the sky map, as revealed by our energy-dependent morphological analyses. Several scenarii are presented so as to explain our morphological and spectral results concerning the emission originating from MSH 15-52. Based on the Galactic radiation field characteristics derived from published models, the gamma-ray emission is well described by leptons scattering on the far infrared and cosmic microwave backgrounds, respectively at lower and higher energies than the detected spectral steepening energy, which suggests an interpretation of the energy dependence as a consequence of Klein-Nishina effects in the cross-section.During the last year of my thesis I have worked with collaborators on a study of drivers behind the observed significant offsets of TeV-emitting pulsar wind nebulae with respect to their pulsar. We performed relativistic (magneto)-hydrodynamical numerical simulations and tested physical setups in one-dimensional studies and are pursuing an ongoing two-dimensional investigation to quantify the effect of the pulsar proper motion in comparison to ambient medium density gradients so as to derive constrains on these physical factors leading to asymmetrical evolution in pulsar wind nebulae
Pulsar wind nebulae consist of magnetised clouds of positrons and electrons accelerated to very high energies through the action of a central pulsar, often embedded within a host supernova remnant. They are the largest population of firmly identified sources of TeV gamma-rays within the Galaxy and are thought to be contributors to the leptonic Galactic cosmic-ray spectrum,and thus viable source candidates in the quest to interpret the origin of the cosmic-ray positron fraction excess. Their very-high-energy gamma-ray emission is of particular interest for spectral models, as their dominant radiation process is inverse Compton scattering on target photons present in interstellar radiation fields such as the visible, near and far infrared ambient photons in addition to the Cosmic Microwave Background.In this thesis dissertation I present the scope of my research work, which lies on pulsar wind nebula morphology and understanding their very-high-energy radiation.I report the latest morphological and spectral studies of the pulsar wind nebula within the MSH 15-52 composite supernova remnant through High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) observations.In this phenomenological study I have conducted a fit of the very-high-energy emission morphology beyond ~ 0.3 TeV detected in HESS-I data using a template X-ray synchrotron map in the 4–7 keV band based on archival Chandra observations. In the model of the emission, the gamma-ray emission produced by inverse Compton scattering is thought to ensue from the same leptonic population responsible for the observed synchrotron emission, and thus the X-ray template represents the spatial distribution of these electrons and positrons, convolved with the spatial dependence of the magnetic field. Our best-fit results yield an additional extended TeV component located on the south-eastern region of the nebula, centered at ∼4 pc from the position of the associated pulsar PSR B1509-58, with an intrinsic radius of ∼7′(or 9 pc). We also detect a significant steepening in the spectral shape of the total emission from the pulsar wind nebula, occurring above∼10 TeV. This coincides with a shrinking of the emission observed in the sky map, as revealed by our energy-dependent morphological analyses. Several scenarii are presented so as to explain our morphological and spectral results concerning the emission originating from MSH 15-52. Based on the Galactic radiation field characteristics derived from published models, the gamma-ray emission is well described by leptons scattering on the far infrared and cosmic microwave backgrounds, respectively at lower and higher energies than the detected spectral steepening energy, which suggests an interpretation of the energy dependence as a consequence of Klein-Nishina effects in the cross-section.During the last year of my thesis I have worked with collaborators on a study of drivers behind the observed significant offsets of TeV-emitting pulsar wind nebulae with respect to their pulsar. We performed relativistic (magneto)-hydrodynamical numerical simulations and tested physical setups in one-dimensional studies and are pursuing an ongoing two-dimensional investigation to quantify the effect of the pulsar proper motion in comparison to ambient medium density gradients so as to derive constrains on these physical factors leading to asymmetrical evolution in pulsar wind nebulae

En médecine nucléaire diagnostique, les principaux émetteurs gamma utilisés sont le technétium 99m, l'iode 123, l'indium 111, le thallium 201 et le gallium 67. Ces isotopes émettent également des électrons dont la contribution à la dose délivrée au niveau cellulaire, pourtant importante, est souvent négligé et fait l'objet de ce travail. Dans un premier temps, le dépôt d'énergie des électrons le long de leur parcours est modélisé analytiquement dans l'hypothèse de la source ponctuelle. Dans un second temps, des géométries sphériques de source sont envisagées, simulant la dose délivrée au niveau cellulaire par ces émissions électroniques. Cette dose délivrée est très hétérogène au niveau cellulaire et fortement sous-estimée par les études dosimétriques macroscopiques classiques.

L'exposition de la cellule à des rayonnements entraîne une réponse cellulaire dite radio- induite. D'une manière générale, celle-ci se traduit immédiatement par un arrêt (transitoire ou non) de la division cellulaire et par la réparation des lésions. Mon travail de thèse a consisté à étudier la réponse transcriptionnelle radio-induite à l'échelle génomique chez la levure S. Cerevisiae. En utilisant la technologie des puces à ADN, nous avons comparé le transcriptome de cellules irradiées aux rayons gamma et non irradiées. Une première analyse a porté sur l'état transcriptionnel de 126 gènes, après exposition d'une souche diploi͏̈de à deux doses résultant en une survie cellulaire très différente. Cette étude, réalisée à différents temps après irradiation, pendant la période d'arrêt du cycle cellulaire, a mis en évidence un groupe de gènes potentiellement co-régulés. L'analyse globale du transcriptome après exposition aux rayons gamma a été réalisée en comparant la réponse transcriptionnelle radio-induite dans les trois types cellulaires de S. Cerevisiae: la souche diploi͏̈de Mata/Matα et les souches haploi͏̈des Mata et Matα. La dose à laquelle ont été exposées les cellules conduit à une différence de radiosensibilité selon la ploi͏̈die des cellules. Un des résultats clé de cette analyse est la mise en évidence de l'induction spécifique de l'expression des gènes sub-télomériques dans les souches haploi͏̈des. Une approche différente, rentrant dans la thématique de la réponse biologique aux faibles doses d'irradiation, a consisté à irradier les cellules durant 12 générations à des doses où aucune létalité ni retard de croissance ou modifications du matériel génétique n'étaient observés. Cette étude, assistée de plusieurs méthodes statistiques, montre l'existence d'un groupe de gènes, dont l'expression varie après une telle exposition et dont les produits sont localisés préférentiellement aux mitochondries
Exposure of cells to ionising radiation leads to the so-called radio-induced cellular response. In general, this response consisted in a cell cycle arrest and in the repair of the induced lesions. My PhD work consisted of a study of genome-wide radio-induced transcriptional response in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. Using DNA microarray technology, we compared genome-wide transcription levels in gamma-irradiated and unirradiated cells. The first sub-genomic analysis was carried out on 126 genes, after irradiation of diploid cells at two different doses that led to very different survival rates. The transcription level of the 126 genes was studied at different time points following irradiation and throughout the entire period of cell cycle arrest. It revealed that a group of genes are potentially co-regulated during the radio-induced cellular response. The transcriptional genome-wide analysis following gamma irradiation was carried out on three different S. Cerevisiae cell types: the Mata/Matα diploid strain and the two Mata and Matα haploid strains. Exposure of these strains to the same level of ionising radiation led to very different rates of survival level. A major result of the analysis of these experiments was the demonstration that a specific set of sub-telomeric genes is specifically radio-induced in haploid strains. Using a different approach, we measured biological response to low levels of irradiation. Cells were irradiated during 12 generations at doses that neither led to any detectable lethality nor modifications of the genetic material. This study, which employed several statistical method, showed irradiation-induced changes at the transcription level for a group of genes whose products are preferentially located in the mitochondrion

Depuis 1967 et leur découverte par les satellites VELA, les sursauts gamma n'ont cessé d'être intensivement étudiés. Jusque récemment, la limite de détection de ces sources fut fixée à 100GeV. Les réseaux de télescopes Cherenkov n'avaient encore jamais détecté ce type de sources. L'un de ces réseaux, H.E.S.S. a observé plusieurs dizaines de sursauts gamma durant la dernière décennie. Les améliorations continues du réseau de télescope avec la construction du grand télescope CT5 et les logiciels de reconstruction et d'analyse ont permis de grandement améliorer la qualité des observations et les choix des alertes à suivre. Les observations de H.E.S.S. ont permis de poser de nombreuses contraintes sur les modèles d'émission des sursauts gamma, par exemple la surveillance à long terme de l'évènement GW170817 a permis de contraindre l’intensité du champ magnétique dans l'éjecta. Après de nombreux suivis, la première détection d'un sursaut gamma au-delà de 100GeV a été effectué avec H.E.S.S., 10h après la détection par Swift-BAT. Cet objet exceptionnel est le premier de ce type à être détecté à très haute énergie et pose de nouvelles contraintes pour la modélisation des sursauts gamma.Le futur réseau de télescopes Cherenkov appelé CTA va entrer dans une phase de prise de données. Les améliorations à la fois des composants et des méthodes d'analyse permettront d'améliorer la sensibilité du réseau d'un facteur dix par rapport à la génération actuelle. Les grands télescopes de ce réseau appelés LST seront la pièce maîtresse du suivi des alertes de sursauts gamma. Sa grande sensibilité à basse énergie (environ100GeV) et sa grande vitesse de repointé feront de ces télescopes la meilleure chance de détection d'un large échantillon de sursaut gamma. Les premières estimations provenant de l'application d'un modèle leptonique ont montré que CTA et les LSTs devraient apporter de nombreuses détections de sursauts gamma durant les premières années de fonctionnement.Depuis fin 2018, le premier prototype du LST est phase de construction et de mise en route. Les premières validations des choix faits pour le système de contrôle ont été effectués grâce à un modèle MATLAB/Simulink de la structure du télescope. Ces simulations ont permis de valider les composants utilisés et les objectifs fixés par la collaboration CTA. Lors des premiers mois de mise en fonctionnement du télescope, l'analyse en temps réelle et le bending model vont être implémentés. Le bending model est la prise en compte de la déformation de la structure dans le pointé du télescope. Cette correction cruciale pour atteindre les objectifs de précision fixés (<30arcsec) par la collaboration CTA est maintenant fonctionnelle et devrait être utilisée pour tous les autres grands télescopes.L'analyse en temps réel est l'un des derniers atouts du LST. Il devrait pour la première fois être capable de recevoir et d'envoyer des alertes en provenance et à direction des instruments partenaires. Dans ce but, une analyse en temps réel a été développée et est en fonctionnement depuis les premiers tests de prise de données
Since 1967 and their discovery by the VELA satellites, Gamma- Ray Bursts (GRB) have been intensively studied. Until recently, the detection maximal energy of these sources was set at 100 GeV. Arrays of Cherenkov telescope never detected this type of source up to 2018. One of these networks, H.E.S.S. has observed several dozen of GRBs during the last decade. Ongoing improvements to the telescope network with the construction of the large one, and to reconstruction and analysis software have greatly improved the quality of observations and the choice of alerts to follow. The H.E.S.S. observations allowed to put numerous constraints on gamma ray emission models. For instance the long-term monitoring of the event GW170817 allowed to constraint the magnetic field in the ejecta. After many follow-ups, the first detection of a gamma burst beyond 100 GeV was made with H.E.S.S., 10h after the Swift–BAT detection. This exceptional object is the first of its kind to be detected at very high energy and poses new constraints for the modeling of gamma-ray bursts.The future Cherenkov telescope array called CTA will enter a data acquisition phase. Improvements in both components and methods of analysis will improve the sensitivity of the network by a factor of ten over the current generation. The large telescopes of this array, the LSTs, will be the masterpiece of the monitoring of GRBs. Its high sensitivity in the low-energy regime (environ 100 GeV) and high repositioning speed will make this new telescope the best chance to detect a large sample of gamma-ray surge. Early estimates from the application of a leptonic model have shown that CTA and LSTs should allow multiple detections of gamma-ray bursts during the first years of operation.Since the end of 2018, the first prototype of the LST construction is completed. The first validations of the technical choices for the control system were performed thanks to a MATLAB / Simulink model of the telescope structure. These simulations validated the components used and the objectives set by the CTA collaboration.During the first months of operation of the telescope, the real-time analysis and the bending model will be implemented. The aim of the bending model is to take into account the deformation of the structure in the telescope's pointing. This crucial correction to achieve the set precision objectives (<30arcsec) by CTA collaboration is now functional and should be used for all other large telescopes.Real-time analysis is one of the last assets of the LST. It should for the first time be able to receive and send alerts to and from partner instruments. For this purpose, a real-time analysis has been developed and is in operation since the first data-taking tests

Les orages sont des sources de phénomènes transitoires intenses, notamment lumineux, dans le domaine visible, mais également dans le domaine des rayons X et gamma. Ces phénomènes sont détectés sous la forme de flash de photons X et gamma appelés "Terrestrial Gamma Ray Flashes" (TGF). L'objet de cette thèse est le développement d'un modèle numérique pour étudier et comprendre les mécanismes associés aux TGF. L'étude des TGF est donc importante pour comprendre la physique des éclairs et des orages (qui sont des phénomènes très communs mais dont la microphysique reste encore très mal comprise) ainsi que le couplage entre l'atmosphère et l'ionosphère de la Terre. Cette thèse s'inscrit plus particulièrement dans le cadre de la préparation de la mission TARANIS du CNES, qui sera lancée en 2017. TARANIS disposera en particulier des instruments XGRE et IDEE, capables de caractériser les photons X/gamma et les électrons relativistes associés. Après son émission, vers 15 km d'altitude, le flux de rayons gamma du TGF est filtré et altéré par l'atmosphère, et une petite partie peut être détectée par un satellite en orbite basse. Cette dernière est constituée de photons primaires diffusés, ainsi que d'électrons, de positrons et de photons produits de manière secondaire. Une partie des leptons secondaires va pouvoir sortir de l'atmosphère et sera ensuite confinée par les lignes de champ géomagnétique. Ainsi, pouvoir établir des contraintes sur le mécanisme source des TGF à partir des observations est un problème inverse très complexe, qui ne peut être traité que par le développement d'un modèle de transport des particules énergétiques impliquées. Dans cette thèse, nous faisons dans un premier temps une synthèse des principaux travaux ayant été effectués concernant les observations et la modélisation associées aux TGF, depuis leur découverte, il y a environ 20 ans, jusqu'à nos jours. Dans un deuxième temps, nous présentons et justifions la validité du modèle MC-PEPTITA de transport des particules énergétiques concernées. Ce dernier utilise des méthodes Monte-Carlo, les jeux de sections efficaces EPDL et EEDL, des méthodes d'interaction similaires à celles présentées dans le code PENELOPE. De plus, des modèles extérieurs pour l'atmosphère (NRLMSISE-00) et pour le champ magnétique terrestre (IGRF-11) y sont intégrés. Le modèle collisionnel de MC-PEPTITA est ensuite validé par comparaison avec le code de référence GEANT4 du CERN. Une fois le modèle construit et validé, nous présentons et décomposons en détail la simulation d'un événement TGF typique pour en faire ressortir toute sa complexité. Finalement, nous procédons à des comparaisons directes entre le modèle et les données mesurées par le télescope spatial Fermi pour établir ou vérifier des propriétés importantes concernant les TGF et les faisceaux d'électrons et de positrons associés
Thunderstorms are sources of intense transient phenomena, including light in the visible range and also in X and gamma rays. These phenomena are detected in the form of photon flashes called "Terrestrial Gamma Ray Flashes" (TGF). The purpose of this thesis is the development of a numerical model to study and understand the mechanisms associated with TGF. Studying TGF is then important to understand the physics of lightning and thunderstorms (which are very common phenomena, but the micro-physics is still poorly understood), together with the coupling between the atmosphere and the ionosphere of the Earth. This thesis is also part of the preparation for the TARANIS mission from the CNES, which will be launched in 2017. Among others, TARANIS will have the XGRE and IDEE instruments, able to characterize X/gamma photons and the associated relativistic electrons. After its emission, at around 15 km altitude, this flux of gamma-rays are filtered and altered by the atmosphere and a small part of it may be detected by a satellite in low earth orbit. This last is made of scattered primary photons, together with secondary produced electrons and positrons. A part of these secondary can escape the atmosphere and will then be confined by geomagnetic field lines. Thus, trying to get information on the initial flux from the measurement is a very complex inverse problem, which can only be tackled by the use of a model solving the transport the involved high energy particles. In this thesis, we firstly make a synthesis of the main work that has been done concerning observations and modeling associated with TGF, since their discovery, around 20 years ago, until today. Secondly, we present and validate the MC-PEPTITA model for the transport of the involved energetic particles. It uses Monte-Carlo methods, the EPDL and EEDL cross-section sets, and the methods of simulation of the interactions are similar to what is presented for the PENELOPE code. Moreover, exterior models for the atmosphere (NRLMSISE-00) and the magnetic field of the Earth (IGRF-11) are also integrated. The collision model of MC-PEPTITA is then validated by comparison with the reference code GEANT4 from the CERN. Furthermore, its ability to reproduce precisely some real lightcurves observed by the Fermi space telescope helps to strengthen even more its validation. Once the model is built and validated, we present and decompose in detail the simulation of a typical TGF event, in order to bring out all its complexity. Finally, we conduct direct comparisons between the model and the data measured by the Fermi space telescope to establish or verify important properties concerning the TGF and the associated beams of electrons and positrons

La micro-tomodensitométrie à rayons X (dite micro-CT, CT = Computed Tomography), est une technique d’imagerie de haute résolution qui consiste d’une part à mesurer l’absorption des rayons X par les tissus, et d’autre part de reconstruire les images et les structures anatomiques en 3 dimensions par traitement informatique. L’agent de contraste est une substance capable d’améliorer la visibilité des structures d’un organe ou d’un liquide organique in vivo. Ce travail de thèse a eu pour objectif le développement d’agents de contraste iodés sous formes de nano-émulsions pour des applications précliniques en imagerie biomédicale. Nous nous sommes proposés d’étudier d’une part des nano-émulsions iodées afin d’avoir une longue rémanence vasculaire in vivo, une meilleure biocompatibilité et d’autre part de mettre au point une synthèse et une formulation plus simples que celles des agents de contraste nanoparticulaires commercialisés. Trois différentes huiles iodées ont été synthétisées et utilisées comme partie contrastante dans les nano-émulsions. Enfin, les nano-émulsions de l’α-tocophérol iodé nous ont permis d’atteindre l’objectif de cette thèse. Ces nano-émulsions iodées ont montré une très bonne biocompatibilité et combinent à la fois les propriétés d’un agent de contraste à longue rémanence vasculaire et un agent de contraste spécifique du foie
The X-ray microtomography (called mico-CT, CT = Computed Tomography) is a high-resolution X-ray tomography, uses X-rays to create cross-sections of a 3D-object that later can be used to recreate a virtual model without destroying the original model. The contrast agent is a substance used to enhance the contrast of structures or fluids within the body in medical imaging. The purposes of the thesis were the development of iodine-containing nano-emulsion based contrast for preclinical applications in biomedical imaging. We proposed to study blood pool contrast agents based on iodine-containing nano-emulsions and to develop simpler procedure for the preparation of these iodine-containing nano-emulsions. Three different iodinated oils were synthesized and used as the contrasting part in the nano-emulsions. Finally, nano-emulsions of iodinated α-tocopherol have been enabled us to achieve the purpose of the thesis. These iodinated nano-emulsions demonstrated very good biocompatibility and showed prolonged and significant contrast enhancement in both bloodstream and liver tissues

Le telescope a ouverture codee sigma, embarque a bord du satellite russe granat, produit des images du ciel dans le domaine des rayons x durs et des rayons gamma de basse energie, de 30 kev a 1,3 mev, avec une resolution angulaire de 15 minutes d'arc. Afin d'exploiter au mieux les donnees recueillies dans la totalite du champ de l'appareil, un outil de traitement a ete developpe pour analyser toutes les sources apparaissant dans la zone de ciel de 18 degres sur 17 degres couverte par le telescope sigma. Mis en uvre a la suite de la serie d'observations des regions centrales de la galaxie, menees de maniere reguliere pendant sept annees, cet outil a permis de decouvrir un amas de dix-sept sources actives au dela de 40 kev. Il s'agit d'un amas dont la structure suit celle du bulbe galactique et dont le cur coincide avec le centre meme de la galaxie. Chacune des sources de l'amas traduit l'accretion de matiere par une etoile effondree en systeme binaire. La nature etoile a neutrons ou trou noir de l'objet compact se distingue par la luminosite et le comportement spectral de l'emission qu'il suscite au dela de 40 kev. Trois des trous noirs accretants du bulbe galactique se caracterisent par une activite particulierement transitoire et par une luminosite identique en phase eruptive, fournissant ainsi un critere pour evaluer la distance d'autres specimens detectes ailleurs dans la galaxie. Aucun signe d'activite n'a ete detecte en direction du centre meme de la galaxie en depit de la presence presumee d'un trou noir super-massif susceptible d'accreter la matiere alentour.