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Dans le cadre du traitement chirurgical du cancer, des sondes agissant comme des compteurs de radioactivité ont été introduites en bloc opératoire pour assister en temps réel le chirurgien lors de l'ablation des tumeurs radio-marquées. Cette technique de radio-guidage permet d'accéder à la localisation précise et à l'ablation complète des tissus tumoraux. Pour renforcer cette pratique chirurgicale nous avons développé une mini gamma-caméra appelée POCI (Per-Operative Compact Imager). L'objectif de cette thèse était de déterminer l'apport de cette nouvelle génération de détecteur pour assister le chirurgien dans l'exérèse des lésions tumorales et d'aborder également la cancérologie à travers les études in vivo sur petits animaux. Du point de vue instrumental, le principe de détection reposant sur une photodiode à localisation intensifiée validé par un premier prototype a été étendu à l'imagerie à grande surface d'analyse avec la double contrainte de ne pas dégrader les performances spatiales et de réduire l'encombrement de l'imageur. La caméra ainsi réalisée offre un champ de vue de 40mm de diamètre et une masse de 1.2kg. A 140 keV, la résolution spatiale est de 2.1mm pour une efficacité de détection de 2.8 10^-4%. POCI a été évalué à travers le protocole du ganglion sentinelle dans le cadre du cancer du sein selon deux approches : l'une basée sur une étude comparative des performances de détection d'une sonde et de POCI et l'autre reposant sur une évaluation clinique menée en collaboration avec l'Institut Gustave Roussy. Cette étude a permis d'établir la complémentarité entre POCI et la sonde en fonction des différentes configurations cliniques. Les performances de détection de POCI ont également été évaluées chez la souris pour étudier la biodistribution de l'iode dans la thyroïde et les glandes mammaires. L'ensemble de ces résultats prometteurs permet d'envisager l'utilisation du détecteur dans un plus large cadre d'investigations tant cliniques que biologiques.

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Le détecteur ATLAS conçu pour étudier la physique des particules, sera mis en service à partir de 2007 sur le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Il sera dédié à la recherche du boson de HIGGS et à des études dans le cadre du modèle standard ou en dehors. Le calorimètre à tuiles scintillantes est un sous-ensemble du détecteur ATLAS. Les 10000 voies de lecture, composant ce calorimètre, sont constituées de photomultiplicateurs qui transforment la lumière en signal électrique. La reconstruction du passage des particules et l'énergie déposée dans le détecteur doivent être connues avec précision. Pour cela, chaque sous-ensemble dispose de plusieurs systèmes d'étalonnage. Le système utilisé par le calorimètre à tuiles scintillantes pour calibrer les photomultiplicateurs et l'électronique associée est un laser. Le système laser possède son propre système de calibration afin de connaître avec précision l'impulsion lumineuse transmise aux photomultiplicateurs du calorimètre, soit :<br> · quatre photodiodes qui reçoivent une fraction du faisceau laser,<br> · une source radioactive, passant devant les photodiodes dont l'énergie des particules alpha émises est monoénergétique,<br> · une injection de charge pour connaître la linéarité des préamplificateurs des photodiodes.<br> <br><br> Pour commander ce système laser, le prototype d'une carte électronique SLAMA a été développé et réalisé. Cette carte, qui s'insère dans un châssis VME, se compose de trois parties : la première est l'interface avec le logiciel via le bus VME, la deuxième met en forme les signaux analogiques provenant des photomultiplicateurs et des photodiodes et la troisième doit prendre en compte le temps de réponse du laser. Les signaux électroniques issus des entrées analogiques sont mis en forme par des discriminateurs à fraction constante. Ils ont pour particularité d'avoir une gigue sur le temps de réponse peu dépendante de l'amplitude du signal d'entrée. Le temps de réponse du laser est dépendant de l'amplitude de l'impulsion lumineuse. La carte SLAMA intègre une fonction dédiée à ce calcul, pour optimiser les calibrations pendant l'absence d'événements physiques. Elle est dotée de fonctions diverses réalisées à l'aide de composants numériques programmables FPGA et de circuits spécifiques :<br> · une interface avec le bus VME,<br> · un convertisseur temps-numérique TDC, ASIC développé au CERN,<br> · l'unité de calculs et d'ajustements du retard de déclenchement du laser,<br> · une logique de fonctionnement autonome. <br><br> Les tests préliminaires avant l'intégration complète dans le système ont été effectués en laboratoire. Ils permettent de confirmer la faisabilité de la fonction commande et contrôle du laser. Ils montrent également une grande souplesse de la carte, grâce à la possibilité de reconfiguration in-situ.

Ce travail traite d'un système d'Identification Rapide des Ions et de Spectroscopie (IRIS), développé pour la recherche des noyaux de fusion super-lourds. La mesure de l'énergie du noyau, ainsi que l'enregistrement de sa chaîne de décroissance alpha, imposent à l'instrumentation des contraintes spécifiques. Celles-ci concernent la dynamique d'énergie que l'instrumentation doit accepter, mais aussi son temps de récupération après implantation du noyau de fusion dans le détecteur. Le système IRIS est placé en sortie d'un préamplificateur de charge, lui-même connecté à un détecteur (Si) de particule. Le principe du système consiste à numériser le signal de sortie du préamplificateur auquel deux traitements numériques du signal sont appliqués. Le premier traitement a pour but de détecter l'interaction de la particule avec le détecteur. Le second traitement permet de mesurer la charge créée dans le détecteur lors de l'interaction. Le caractère programmé des traitements autorise de nombreuses possibilités concernant tant le choix de la nature des traitements que celui des réglages de leurs paramètres de fonctionnement. Après avoir montré l'impossibilité d'utiliser une chaîne d'électronique conventionnelle pour la détection des noyaux de fusion, la structure d'IRIS est présentée ainsi que différents traitements numériques (étude et tests).