Dans une première partie, une méthode de reconstruction du profil de permittivité et de conductivité -- basée sur une méthode de bigradient conjugué et une technique de préservation des discontinuités, précédemment développée dans le cas d'une illumination par ondes planes -- est étendue de façon à prendre en compte le champ proche arbitraire d'antennes émettrices. La robustesse de l'algorithme est étudiée en simulant des erreurs de mesure du champ diffracté. Le choix des différents paramètres est examiné de façon à appréhender la quantité d'information nécessaire pour une reconstruction optimale. Dans une deuxième partie, on développe une méthode de différences finies pour la résolution des équations de Maxwell en régime harmonique, en deux et trois dimensions. Le maillage est terminé par des couches parfaitement adaptées et l'intégrale de Kirchhoff est appliquée à la transformation champ proche - champ lointain. Cette méthode se prête à une utilisation en imagerie tridimensionnelle.

Au cours des dernières années, la tomographie d'émission par positrons (TEP) s'est imposée comme l'outil diagnostique par excellence pour déceler la présence de tumeurs et caractériser leur statut métabolique. Comme les images TEP souffrent généralement d'une localisation anatomique imprécise, le diagnostic est d'autant plus fiable lorsque l'information fonctionnelle et moléculaire fournie par la TEP peut être complétée par l'information anatomique détaillée obtenue par une autre modalité d'imagerie comme la tomodensitométrie (TDM) ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'émergence de l'imagerie multi-modale TEP/TDM (ou"PET/CT") permet d'obtenir, à tour de rôle, l'information anatomique et métabolique du patient en effectuant successivement les examens TDM et TEP sans avoir à déplacer le patient d'une salle à l'autre, ce qui facilite beaucoup les procédures de recalage d'images. Toutefois, il peut arriver, vu le déplacement du lit du patient d'un scanner à l'autre, que le patient bouge volontairement ou involontairement (mouvement péristaltique, cardiaque ou pulmonaire), ce qui cause des imprécisions dans les images fusionnées. Afin d'éviter ce problème, un simulateur TEP/TDM reposant sur un système de détection commun, celui du scanner LabPET(TM), a été développé. Détectant à la fois le rayonnement émis par le radiotraceur utilisé en TEP et les rayons-X de plus faible énergie utilisée en TDM, des images TEP/TDM ont été obtenues sans aucun déplacement du sujet. Pour obtenir ces images, des algorithmes numériques de traitement de signal ont été développés afin de diminuer l'empilement de signaux et ainsi mieux discerner les photons incidents du niveau de bruit électronique. De plus, des algorithmes de reconstruction d'images adaptés à la géométrie du simulateur ont été développés. Les résultats obtenus ont démontré qu'il est possible d'obtenir, avec relativement peu de radiations ionisantes, des images anatomiques avec un contraste suffisant pour l'imagerie moléculaire. Cependant, la résolution spatiale obtenue avec cet appareil n'était pas suffisante pour bien identifier les structures anatomiques fines chez la souris (le modèle animal par excellence en recherche biomédicale). Le détecteur LabPET II, dont les pixels font 1.2 × 1 2 mm[indice supérieur 2] a donc été développé afin d'atteindre une résolution submillimétrique en imagerie TEP et de l'ordre de 500 [micro]m en imagerie TDM. Fabriqué à partir de deux matrices de photodiodes avalanches, ce détecteur comptant 64 canaux d'acquisition individuels a été caractérisé ainsi que son électronique. Le rehaussement du simulateur avec ces détecteurs permettra de construire sous peu le premier appareil TEP/TDM avec un nouveau système de détection. Les applications de ce type d'appareil en recherche sur modèle animal sont nombreuses et diversifiées : étude de la croissance normale, étude de l'évolution des maladies et évaluation de l'efficacité des thérapies, développement de produits radiopharmaceutiques, etc.... Chez l'humain, l'approche TEP/TDM combinée proposée permettra d'améliorer la détection précoce des cancers et de faciliter le suivi des patients sous thérapie grâce à une réduction importante des doses de radiations.

For the qualification and validation of two-phase CFD-models for medium and large-scale industrial applications dedicated experiments providing data with high temporal and spatial resolution are required. Fluid dynamic parameter like gas volume fraction, bubble size distribution, velocity or turbulent kinetic energy should be measured locally. Considering the fact, that the used measurement techniques should not affect the flow characteristics, radiation based tomographic methods are the favourite candidate for such measurements. Here the recently developed ultrafast X-ray tomography, is applied to measure the local and temporal gas volume fraction distribution in a vertical pipe. To obtain the required frame rate a rotating X-ray source by a massless electron beam and a static detector ring are used. Experiments on a vertical pipe are well suited for development and validation of closure models for two-phase flows. While vertical pipe flows are axially symmetrically, the boundary conditions are well defined. The evolution of the flow along the pipe can be investigated as well. This report documents the experiments done for co-current upwards and downwards air-water and steam-water flows as well as for counter-current air-water flows. The details of the setup, measuring technique and data evaluation are given. The report also includes a discussion on selected results obtained and on uncertainties.

When L-band radio waves of space-based radio navigation systems such as Global Positioning System (GPS) travel through the atmosphere and ionosphere, their ray paths are bent and their travel time are increased as a result of refractive-index gradients. As the ionosphere is a dispersive medium the two GPS frequencies are subject to different delays in time and modifications in amplitude, phase and polarisation which is an effect of free electrons. By using these two radio frequencies one can derive information about the Total Electron Content integrated along the ray path. After calibration, these data are included into the tomographic reconstruction. The tomographic methode presented in this paper works on algebraic iterative methodes like SART and MART. Calculations are based on International GPS Service (IGS) ground received data. Space-based GPS is provided by LEO (Low Earth Orbiter) satellites like CHAMP. By means of incorporating such occultation data into tomography an improvement of reconstruction of the vertical structure of the electron density is expected. First confirming interpretations of a selected occulation event are presented in this paper. It is shown, that space-based GPS data can improve tomographic results mainly in middle to lower altitudes of the ionosphere. / Wenn sich Radiowellen eines Navigationssystemes, wie das des Global Positioning Systems (GPS), in der Atmosphäre und Ionosphäre ausbreiten, erfahren sie eine Beugung des Strahlweges und eine Erhöhung der Laufzeit aufgrund der Gradienten des atmosphärischen Refraktionsindexes. Da die Ionosphäre ein dispersives Medium darstellt, unterliegen beide GPS-Frequenzen dort unterschiedlichen Störungen in Laufzeit und Veränderungen in Amplitude, Phase und Polarisation, was auf die Effekt der freien Elektronen zurückzuführen ist. Unter der Verwendung der beiden Radiofrequenzen kann man Informationen über die Anzahl der über den Strahlweg integrierten Elektronen erhalten. Nach der Kalibrierung dieser Daten, können sie zur tomographischen Rekonstruktion verwendet werden. Die hier vorgestellte Tomographie verwendet algebraisch iterative Methoden, wie SART und MART. Die tomographischen Berechnungen bauen auf bodengestützte GPS-Daten des International GPS Services (IGS) und satellitengestützten GPS-Daten von LEO (Low earth orbiter) Satelliten wie CHAMP auf. Durch die Intergration von Okkultationsdaten in die Tomographie wird eine Verbesserung der Rekonstruktion der vertikalen Struktur der Elektronendichte erwartet. Erste bestätigende Interpretationen eines ausgewählten Okkultationsereignisses werden in diesem Artikel vorgeführt. Es wird gezeigt, dass satellitengestützte GPS-Daten die tomographischen Ergebnisse vorallem in der mittleren und unteren Ionosphäre verbessern können.

Conventional micro-meteorological measuring methods are not particularly suitable for the investigation of the energy exchange under heterogeneous surface conditions. To consider the influence of the different surface properties, area-covered and spatially averaged meteorological measurements in combination with highly resolved simulations are necessary. In this context, the method of acoustic travel time tomography is introduced to provide information about the horizontal temperature and wind field. Within a field experiment (STINHO-1; Melpitz 2001) the tomographic system and conventional meteorological equipment were utilised inside the investigation area with an extension of several hundred meters (300 x 700 m2), which was arranged over areas with different surface properties: grassland and bare soil. The results of the field experiment show that differences between the measuring systems (insitu and remote sensing) exist and the heterogeneity of the underlying surface is visible in the near surface temperature and wind field at a scale, which can be resolved with highly resolved numerical models. Depending on the incoming solar radiation and the local advection regional distinctions in the air temperature and wind field as well as in the vertical sensible heat fluxes were observed. The investigations demonstrate that the sensitivity of the Acoustic Tomography is sufficient to verify gradients in the meteorological fields even when the horizontal differences are small. / Zur Untersuchung des Energieaustausches über heterogenem Gelände sind konventionelle mikro-meteorologische Messungen und Modellvorstellungen allein nicht ausreichend. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächen besser berücksichtigen zu können, sind flächendeckende und räumlich mittelnde meteorologische Messungen kombiniert mit hoch aufgelösten numerischen Simulationen notwendig.In diesem Kontext wird die Methode der Akustischen Laufzeitomographie vorgestellt, mit der horizontale Wind- und Temperaturfelder in geeigneter Weise bereitgestellt werden können. Im Rahmen eines Feldexperimentes (STINHO-1; Melpitz 2001) wurde das tomographische System zusammen mit konventionellen meteorologischen Geräten in einem Untersuchungsgebiet mit einer Ausdehnung von mehreren hundert Metern (300 x 700 m2) über unterschiedlichen Oberflächen (Wiese und gepflügter Acker) eingesetzt. Die Ergebnisse des Feldexperimentes zeigen, dass Unterschiede zwischen den einzelnen Messverfahren existierten und die Heterogenität der Unterlage in den oberflächennahen Temperatur- und Windfeldern auf einer Skala sichtbar ist, die mit kleinskaligen numerischen Modellen aufgelöst werden kann. Die vorgestellten Untersuchungen demonstrieren, dass die Sensitivität der Akustischen Tomographie hinreichend ist, um Gradienten meteorologischer Felder auch bei geringeren horizontalen Unterschieden nachzuweisen.

The method of acoustic tomography, based on external sonic energy, is applied inside the atmospheric surface layer to observe near-surface temperature fields. Important advantages of this technique as compared to other measurement methods are their remote-sensing capacity and the possibility to directly derivate area-averaged meteorological quantities. The needed input data for the tomographically inverse algorithm are provided by the interaction of sound waves with the scanned atmospheric layer. The resulting horizontal slices lead to statements on the inhomogeneity of the underlying surface which may result in noticeable difficulties during the analysis of measuring campaigns with conventional methods. / Die auf der Aussendung von Schallenergie basierende Methode der akustischen Tomographie wird in der atmosphärischen Bodenschicht angewendet, um bodennahe Temperaturfelder zu beobachten. Bedeutende Vorteile dieses Verfahrens im Vergleich zu anderen Meßmethoden sind die Fernerkundungskapazität und die Möglichkeit, flächengemittelte Werte meteorologischer Größen direkt abzuleiten. Die für den tomographischen Invertierungsalgorithmus benötigten Eingangsdaten werden durch die Wechselwirkung von Schallwellen mit der durchstrahlten Luftschicht bereitgestellt. Die resultierenden horizontalen Schnittbilder führen zu Darstellungen der Inhomogenität der Oberfläche. Letztere können beachtliche Schwierigkeiten während der Analyse von Messkampagnen mit konventionellen Methoden hervorrufen.

Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of areally averaged meteorological quantities as the air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed were used to obtain estimates of the meteorological parameters. A measuring campaign was carried out at the test site in Lindenberg (DWD) to compare the acoustically derived data with conventional systems. These observations demonstrated that on one side the accuracy of the acoustic system is comparable with in-situ measurements and on the other side the temperature was particularly significant overestimated by the standard sensors, e.g. due to the radiation influence. / Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein experimentelles Verfahren zur Sondierung meteorologischer Parameter, wie z.B. der Lufttemperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren nutzt die horizontale Ausbreitung von Schallwellen in der atmosphärischen Grenzschicht. Hier wird das Verfahren der Laufzeittomographie angewendet, d.h. bei bekannter Weglänge wird die Ausbreitungszeit von ausgesendeten Schallsignalen zwischen mehreren Schallquellen und Empfängern gemessen. Die resultierenden Schallgeschwindigkeitsinformationen werden genutzt, um daraus die entsprechenden meteorologischen Parameter abzuleiten. Auf dem Gelände des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg (DWD) wurde eine Messkampagne durchgeführt, um die akustischen Sondierungen mit konventionellen Systemen zu vergleichen. Die Auswertungen zeigen, dass einerseits die Genauigkeit der Akustischen Tomographie vergleichbar mit den konventionellen in-situ Messungen ist und andererseits, dass die Lufttemperatur aufgrund des Strahlungseinflusses bei Messungen mit den üblichen Sensoren zum Teil erheblich überschätzt wird.

Zur Validierung des Verfahrens der akustischen Tomographie, das als Fernerkundungssverfahren trägheits- und berührungslos arbeitet, werden Vergleichsmessungen mit herkömmlichen Sensoren für die Lufttemperatur und Luftfeuchte durchgeführt. Dabei zeigen sich die Grenzen der Erfassung dieser Größen in Bezug auf Strahlungseinfluss und Trägheit der Messgeräte. Hier werden einige Probleme bei der Verwendung konventioneller Hütten und Lösungsvorschläge aufgezeigt. / In order to validate measurements with the acoustic tomography, which operates as an remote sensing system lagless and contactless, comparison measurements were performed with conventional sensors for the air temperature and humidity. The accuracy of these quantities is limited by the radiation influence and the lag of the instruments. Here some difficulties are pointed out by using conventional shelters and solutions are demonstrated.

Während eines Experimentes an der Forschungsstation Melpitz des IfT (Institut für Tropossphärenforschung) im September 1997 wurden erstmalig zwei verschiedene Meßmethoden gleichzeitig eingesetzt, die flächengemittelte Lufttemperaturen (Akustische Tomographie - Leipziger Institut für Meteorologie (LIM)) sowie liniengemittelte fühlbare Wärmeflüsse (Scintillometertechnik - IfT) lieferten. Es konnte gezeigt werden, daß teilweise erhebliche Temperaturdifferenzen an einem Strahlungstag auf dieser oberflächlich betrachteten horizontal homogenen Wiese existieren. Die geringe Datenbasis, größtenteils bedingt durch die ungünstige Anströmrichtung während dieses Zeitraums, läßt noch keinen sicheren Schluß zu, ob diese horizontalen Temperaturdifferenzen für die ebenfalls beobachteten horizontalen Unterschiede der vertikalen fühlbaren Wärmeflüsse und damit für die manchmal in Melpitz beobachtete Nicht-Schließung der Energiebilanz verantwortlich sind. / During an experiment at the Iff field research station Melpitz in September 1997 for the first time two different techniques were used to determine simultaneously area averaged air temperatures (Acoustic Tomography -LIM) and line averaged sensible heat fluxes (Scintillation technique - IfT). lt could be shown that on a \'golden\' day appreciably large temperature differences occurred on this superficially considered horizontal homogeneous meadow. Because of the weak data base mostly due to difficult fetch conditions it could not be proven that these temperature differences led to the horizontal differences of vertical sensible heat fluxes and therefore to the sometimes observed non-closure of the energy balance in Melpitz.

La recherche en médecine et en biologie s'appuie sur des appareils de mesure divers qui facilitent le diagnostic et le suivi du traitement. Parmi ces appareils, ceux visant l'imagerie moléculaire, par exemple la tomographie d'émission par positrons (TEP), se démarquent par leur capacité à apercevoir les signes distinctifs des maladies comme le cancer dès les premiers stades, et ce grâce à des traceurs métaboliques et/ou fonctionnels spécifiques. En plus du diagnostic, ces appareils permettent de mieux comprendre et étudier ces maladies en vue de développer de nouveaux ou meilleurs traitements. Pour appuyer les biologistes et médecins dans leur travail, les développeurs cherchent toujours à améliorer la qualité des images TEP, notamment grâce à la mesure du temps de vol (TDV) des rayons ionisant issus du positron. Le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke propose un concept de détecteur novateur destiné aux scanners TEP avec TDV, suivant la chaîne de détection connue d'un cristal scintillateur, un photodétecteur et l'électronique de lecture. L'architecture proposée exploite une matrice de photodiodes à avalanche monophotonique (PAMP) à numérisation directe plutôt que par somme en courant. Cette méthode permet de distinguer et compter individuellement chaque photon lumineux sortant du scintillateur, à condition que l'électronique frontale soit assez rapide dans les conditions d'utilisation normale. Afin de maximiser ce potentiel, toute l'électronique doit être intégrée à même le photodétecteur. Puisque l'électronique de détection et de traitement partage a priori la même surface de semi-conducteur, les concepteurs doivent choisir un équilibre entre la surface sensible et le niveau d'intelligence intégrée. Or, la densité croissante des canaux de détection TEP exige de plus en plus de traitement en temps réel pour avoir un appareil d'intérêt pour les biologistes. L'intégration verticale apparaît comme la solution naturelle pour ce problème en permettant de placer les circuits intelligents sous la matrice de photodétection. Ce projet de doctorat vise la conception de l'architecture d'acquisition et l'intégration des sous-systèmes électroniques de ce microsystème. Ces travaux ont mené au développement d'un discriminateur de bruit numérique sans dégradation de la mesure temporelle, à la fabrication et la caractérisation d'un prototype d'architecture à intégration verticale avec un circuit de conversion temps numérique (CTN) par canal, et enfin à une étude qui guidera les développements futurs pour la conception de détecteurs à plusieurs CTN. Ces contributions sont détaillées en trois articles distincts intégrés à la thèse. La recherche conclu que pour le cristal LYSO, d'avoir un ou quelques CTN précis et à faible gigue est plus importante que d'en avoir en grand nombre. Par contre, pour les matériaux à venir, ce nombre de CTN aura aussi un impact significatif sur le résultat final, changeant ainsi le paradigme initial de conception du microsystème.