Les granulats naturels alluvionnaires sont utilisés actuellement à hauteur de 70 à 80% en volume dans la composition d'un béton et représentent désormais une ressource non renouvelable dont l'accessibilité diminue. Les formulations actuelles de béton visent à augmenter la part de granulats de roche massive concassés. Ces matériaux, de par leur histoire de fabrication, n'ont pas du tout la même morphologie. La substitution des granulats roulés par des granulats concassés affecte considérablement la mise en œuvre du matériau. Dans un premier temps, nous étudions spécifiquement l'influence de la morphologie des granulats sur les propriétés d'empilement des grains. Nous montrons que, le facteur d'aspect des grains affecte fortement la compacité dense et lâche aléatoire. À l'inverse, pour des grains de facteur d'aspect identique, l'impact de la convexité sur la mesure de la compacité dense est faible. Nous étendons, dans un deuxième temps, notre étude au comportement rhéologique de nos systèmes composés d'émulsion inverse et de sables monodisperses. Pour cela, nous construisons des courbes d'écoulement à l'échelle locale grâce à un imageur à résonance magnétique. Nous montrons que cette méthode est, de nos jours, la plus précise pour des mesures de viscosités, car elle prend en compte la migration et la localisation du matériau durant l'écoulement. Nous montrons également que le facteur d'aspect contrôle tout d'un point de vue rhéologique dans le régime où il n'y a pas de réseau percolé de contacts entre grains / Natural alluvial aggregates compose up to 70 at 80% of the volume of today's concrete and now represent for a non-renewable resource whose accessibility is reduced. Actually, concrete mix designs tend to increase the share of aggregate crushed rock mass. These materials have a very different morphology because of their manufacturing process. The substitution of rolled aggregates by crushed aggregates affects the concrete workability. At first, we study specifically the influence of the morphology of the aggregates on the packing properties. We show that the aspect ratio strongly affects the dense and random loose packing. However, for particles of the same aspect ratio, the impact of the convexity of the measure of dense packing is low. In a second step, we go further in our study by measuring the rheological behavior of our systems composed of inverse emulsion and monodisperse sands. To that purpose, we construct flow curves at the local scale thanks to a magnetic resonance imager. We show that this method is, nowadays, the most accurate for viscosity measurements because it takes into account the migration and location of the material during flow. We also show that the aspect ratio control everything of a rheological point of view in the regime where there is no percolated network of contacts between particles

Cette thèse a été réalisée entre 2014 et 2017 en vue de la préparation d'une mission probatoire du projet Imageur de Fresnel permettant de réaliser des observations astronomiques dans le domaine ultraviolet (UV). Il s'agit d'un modèle de télescope spatial diffractif imaginé et développé principalement par Laurent Koechlin depuis 2004. Son optique primaire est une grille de Fresnel, optique très légère (de l'ordre du kilogramme) parfaitement adaptée pour servir à une mission d'observation spatiale de très grande envergure, utilisant le principe des réseaux zonés de Fresnel. Afin de prouver la faisabilité d'une mission probatoire sur la Station Spatiale Internationale (ISS) fonctionnant dans l'ultraviolet, l'instrument doit d'abord faire la preuve de ses performances au sol. Le premier objectif a donc été de concevoir un nouveau prototype sol adapté à l'observation dans l'ultraviolet. Cela a nécessité la définition d'une nouvelle configuration de l'ensemble du système imageur, ainsi que la réalisation de nouvelles optiques, et en particulier celle du correcteur du chromatisme induit par la grille d'un nouveau genre. Il s'agit d'un miroir de Fresnel blazé concave, qui a été réalisé pour la première fois avec succès. Le second a été de perfectionner le modèle de grille de Fresnel, afin d'en améliorer ses qualités de haut contraste en conservant sa résolution maximale. Cela s'est fait par la modification des barreaux de maintien des anneaux, ainsi que par l'application d'une apodisation adaptée à cette optique particulière. La nouvelle grille du prototype d'une largeur de 65 mm seulement, permet théoriquement d'atteindre une dynamique de 10^6 à 15 resels (éléments de résolution), probablement meilleure avec la grille qui sera utilisée pour la mission probatoire, et bien supérieure encore avec les grilles de grandes dimensions si un jour elles sont utilisées pour l'astrophysique UV. / This Ph.D. thesis work was made between 2014 and 2017, in order to prepare a probatory mission of the Fresnel Imager for astronomical observations in the ultraviolet (UV) domain. The Fresnel Imager is a concept of diffractive telescope created and developed mainly by Laurent Koechlin since 2004. Its primary optics is a Fresnel grid: a very light weight optics (in the range of kilograms) using the principle of Fresnel zone plates. Fresnel arrays are adapted to large apertures in space. In order to prove the feasibility of a probatory mission on the International Space Station (ISS), the instrument has first to prove its performances on the ground. The initial goal of my thesis was to conceive a new prototype adapted to UV. This required a new configuration of the entire imaging system, as well as the realization of new optics, particularly those correcting the chromatism induced by that new kind of diffractive imaging. This chromatic corrector is a concave blazed Fresnel mirror, which has been successfully realized for the first time. The second goal was to improve the design of the Fresnel grid, in order to enhance its high contrast performances while preserving its diffraction-limited resolution. This was obtained by modifying the setup which holds the rings in place, as well as by the application of an apodization adapted to this particular optics. The new Fresnel grid in the prototype is 65 mm x 65 mm only, but its point spread function reaches a dynamic range of 10^6 at 15 resels (resolution element) from center. This will be further improved when a slightly larger array planned for the probatory mission on the ISS. Later, space missions could feature Fresnel grids several meters in size, yielding diffraction-limited images in the UV.

Ce travail de thèse étudie les moyens d’étendre les zones de charge d’espace des photodiodes PN d’un imageur CMOS afin d’améliorer la collection des charges photogénérées dans le silicium, en particulier dans le proche infra-rouge. Deux possibilités sont abordées : l’augmentation de la tension de polarisation des photodiodes et la diminution du dopage du silicium. Dans un premier temps, une étude théorique articulée autour de modèles analytiques et de simulations TCAD montre les difficultés technologiques pour parvenir à une augmentation de polarisation des photodiodes, ainsi que les conséquences de l’utilisation de substrats résistifs sur les éléments de l’imageur et sur ses performances. Ces simulations permettent de définir les éléments influençant l’extension de la charge d’espace d’un pixel. Sur la base de cette étude, un imageur CMOS à pixel 3T a été développé et fabriqué sur substrat float-zone très fortement résistif afin de valider les observations théoriques. La caractérisation de ce composant confirme la dépendance de la zone dépeuplée à la conception du pixel. Elle démontre également la corrélation entre l’extension des zones dépeuplées et les performances électro-optiques. Des règles de conception sont définies permettant d’optimiser les performances tout en limitant les courants de fuite entre pixels. / This work investigates solutions to extend the space charge region in CMOS image sensors in order to enhance the photo-generatedcharge collection from near-infraredradiations. Photodiode bias increase and low doped silicon substrate are proposed for this study. A theoretical analysis based on analytical model and TCAD simulations shows technological difficulties for photodiode bias in crease and the consequences of using high-resistivity silicon substrates on the imager performances. Space charge region dependency on the pixel design is assessed through simulations. A 3T pixel CMOS image sensor was developed and fabricated on a high resistivity float-zone silicon. Sensor characterization confirms space charge region dependency on the pixel design and the correlation between its extension and electro-optical performances. Design rules are defined to optimize electro-optical performances while limiting punchthrough current in the pixels array.

Les progrès effectués dans le domaine des instruments optiques permettent d’envisager désormais de placer des capteurs à moyenne résolution spatiale et haute résolution spectrale sur des orbites géostationnaires ce qui permettrait d’observer la Terre à la fois avec une moyenne résolution spatiale, une bonne résolution spectrale et une haute résolution temporelle, ce que ne permettent pas les satellites héliosynchrones. L'objectif de cette thèse est donc de simuler les images en luminance qui seraient acquises par un capteur géostationnaire hypothétique dédié à l'observation de la couleur de l'océan, afin de caractériser les images qui seraient acquises, de spécifier les futurs instruments et de valider des algorithmes de traitement sur des images réalistes. Pour parvenir à simuler les luminances spectrales qui seraient mesurées par le capteur, nous avons combiné les modèles de transfert radiatif directs de l'eau (Hydrolight) et de l'atmosphère (MODTRAN). Les données d’entrée d’Hydrolight ont été déduites des données provenant des cartes climatologiques de GlobColour (chlorophylle, matières minérales et organiques en suspension) pour simuler des images de couverture globale (Global Area Coverage) d'un capteur géostationnaire à basse résolution spatiale, moyenne résolution spectrale et haute résolution temporelle. L'analyse de ces images permet de déterminer la gamme de luminances pour chaque bande spectrale et pour différentes acquisitions au cours de la journée. Les résultats indiquent aussi les limites angulaires pour éviter le phénomène du sunglint et pour assurer un niveau minimum de luminance provenant de l'eau, contenu dans le signal mesuré. Les images en luminance ainsi simulées ont permis d’évaluer aussi la performance d’un algorithme d'estimation de concentration en chlorophylle de rapport de bandes dans les eaux au large. Les résultats montrent que l'erreur d'estimation est moyennement sensible aux angles d'observation et d’éclairement, importants dans les images géostationnaires. / Improvements of optical sensors now make it possible to launch medium spatial and high spectral resolution sensors on the Geostationary Earth Orbit (GEO). The GEO allows sensors to observe the Earth with high temporal resolution, unlike Low Earth Orbit (LEO) satellites. The objective of this thesis is to simulate radiance images that would be provided by a theoretical ocean color sensor, on a geostationary orbit, in order to characterize the images to be acquired, to specify the future instruments and to validate the image processing algorithms. For this purpose, we have combined a radiative transfer model for ocean waters (Hydrolight) and a radiative transfer model for the atmosphere (MODTRAN) to obtain simulated radiance images at the sea surface level and at the Top-Of-Atmosphere (TOA) level. The inputs of Hydrolight have been deduced from GlobColour Project data (chlorophyll, mineral suspended matter and organic matter) to simulate the Global Area Coverage (GAC) images of a geostationary sensor with low spatial resolution, medium spectral resolution and high temporal resolution. The analysis of these images enables to determine the radiance dynamic range for each spectral band over the day. The results indicate the angular limits to avoid the sunglint phenomenon and to ensure a minimum proportion of water leaving radiance in the measured TOA radiance. The simulated radiance images allow to evaluate the performance of an ocean color algorithm for chlorophyll concentration estimation in open waters. The results show that the error of chlorophyll estimation is moderately sensitive to observation and lighting angles, which are so important in geostationary images.

La cellule photovoltaïque à porteurs chauds est un dispositif de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique dont les rendements théoriques approchent les 86%. Additionnellement à une cellule photovoltaïque standard, ce dispositif permet de convertir l’excédent d’énergie cinétique des porteurs photogénérés, en énergie électrique. Pour cela, le phénomène de thermalisation doit être réduit et des contacts électriques sélectifs en énergie ajoutés. Afin de déterminer les performances potentielles des absorbeurs, tout en surmontant le défi de fabrication des contacts électriques sélectifs, un montage et une méthode de cartographie d’intensité absolue de photoluminescence résolue spectralement ont été utilisés. Ceci a permis d’obtenir la température d’émission et la séparation des quasi-niveaux de Fermi, les deux grandeurs thermodynamiques caractéristiques de la performance des absorbeurs. Dans cette étude, des absorbeurs à base de puits quantiques d’InGaAsP sur substrat d’InP sont utilisés. Les grandeurs thermodynamiques sont estimées et la technique de caractérisation utilisée permet l’accès à des grandeurs tel que le facteur de thermalisation mais aussi un coefficient thermoélectrique, appelé photo-Seebeck. L’analyse quantitative de porteurs chauds dans des conditions pertinentes pour le photovoltaïque est une première ; le dispositif étudié permettrait de dépasser la limite de Schockley-Queisser. Enfin, le dispositif étant muni de contacts des caractérisations électriques sont faites et comparé aux mesures optiques. Afin de mieux comprendre l’évolution des grandeurs thermodynamiques étudiées, une première simulation est proposée. / The hot carrier solar cell is an energy conversion device where theoretical conversion efficiencies reach almost 86%. Additionally to a standard photovoltaic cell, the device allows the conversion of kinetic energy excess of photogenerated carriers into electrical energy. To achieve this, the thermalisation process must be limited and electrical energy selective contacts added. In order to determine potential absorber performances and overcome the fabrication challenge of energy selective contacts, a set-up and the related method of mapping absolute photoluminescence spectra were used. This technique allows getting quasi-Fermi levels splitting and temperature of emission, both thermodynamic quantities characteristic of the performance of the absorbers. In this study, absorbers based on InGaAsP multiquantum wells on InP substrate were used. The thermodynamic quantities are determined and allow to access at quantities such as thermalisation rate but also a thermoelectric coefficient, so-called Photo-Seebeck. The quantitative analysis of the hot carriers regime, in relevant conditions for photovoltaic is a first: the analysed device indicates a potential photovoltaic conversion over the Schockley-Queisser limit. At last, as the device is supplied with electrical contacts, electrical characterization are made and compared to optical measurements. A first simulation is proposed to better understand the thermodynamic quantities evolution as a function of the electrical bias.

La poursuite de l'intégration de fonctions toujours plus complexes au sein d'un même circuit constitue un des principaux enjeux de la microélectronique. L'intégration tridimensionnelle par empilement de circuits (3D stacking) constitue une voie prometteuse pour y parvenir. Elle permet notamment de dépasser certaines limitations atteintes par les circuits actuels, plus particulièrement dans les circuits pour lesquelles les données sont distribuées et qui nécessitent des bandes passantes importantes. Néanmoins, à ce jour, très peu de travaux ont montré les avantages de l'intégration 3D, en particulier ceux s'appuyant sur des résultats expérimentaux et de circuits concrets notamment dans le domaine des imageurs. Le présent travail de thèse a eu pour objectif d'exploiter la technologie 3D dans le cadre des capteurs d'images et dépasser la preuve de concept présentée dans l'état de l'art afin d'apporter une analyse concrète des apports de cette technologie dans le domaine des imageurs visibles. Nous avons identifié, d'une part l'extension de dynamique qui requiert un traitement proche pixel, d'autre part la compression locale, destinée à adresser les problèmes d'intégrité du signal, bande passante et consommation qui deviennent critiques avec l'augmentation des formats des imageurs. Ce choix permet d'apporter une réponse à la limitation de la dynamique des capteurs d'images 2D actuels, tout en gardant une architecture classique des pixels et en adressant le problème de la réduction de la quantité de données à transmettre. Une nouvelle méthode de codage flottant par groupe de pixels a été proposée et implémentée. Le principe s'appuie sur l'adaptation du temps d'intégration par groupe de pixels via l'application d'un exposant commun au groupe. Le temps d'intégration est ajusté à l'image suivante. Un premier niveau de compression est ainsi réalisé par le codage mantisse-exposant proposé. L'implémentation de cette technique a été validée sur un démonstrateur 2D au détriment de pixels sacrifiés aveugles de chaque groupe de pixels, comportant l'électronique de génération des signaux de commande de la HDR. La technique d'extension de dynamique proposée est suivie d'une compression à base de DCT (Discrete Cosine Transform} permettant de réduire le flux de données en sortie de la puce imageur. Les deux niveaux de compression permettent d'atteindre des taux de compression élevés allant jusqu'à 93% en maintenant un PSNR de 30dB et une qualité d'image acceptable pour des post-traitements. Une étude théorique de l'apport de l'intégration 3D en termes de consommation a été élaborée. Enfin, un démonstrateur 2D a été réalisé en technologie CMOS 180 nm en vue de valider l'architecture grande dynamique proposée. L'utilisation de la technologie 3D, dans la suite des travaux, permet l'implémentation d'une boucle courte, devenue possible grâce aux interconnexions verticales sans sacrifier des pixels morts. Le traitement local proche du pixel et la réduction de la latence, du flux de données et de la consommation sont les apports majeurs de l'intégration 3D étudiés dans ce travail / With the increase of systems complexity, integrating different technologies together has become a major challenge. Another challenge has traditionally been the limitation on the throughout between different part of the system coming from the interconnections. If traditional two dimensional integration solutions like System In a Package (SIP) bring heterogonous technologies together there is still limitations coming from the restricted number and lengths of interconnections between the different system components. Three Dimensional stacking (3D), by exploiting short vertical interconnections between different circuits of mixed technologies, has the potential to overcome these limitations. Still, despite strong interests for the 3D concepts, there is no advanced analysis of 3D integration benefits, especially in the field of imagers and smart image sensors. This thesis study the potential benefits of 3D integration, with local processing and short feedback loops, for the realisation of a High Dynamic Range (HDR) image sensor. The dense vertical interconnections are used to locally adapt the integration time by group of pixels, called macro-pixels, while keeping a classic pixel architecture and hence a high fill factor. Stacking the pixel section and circuit section enables a compact pixel and the integration of flexible and versatile functions. High Dynamic Range values producing an important quantity of data, the choice has been made to implement data compression to reduce the circuit throughout. A first level of compression is produced by coding the pixel value using a floating format with a common exponent shared among the macro-pixel. A second level of compression is proposed based on a simplified version of the Discrete Cosine Transform (DCT). Using this two level scheme, a compression of 93% can be obtained with a typical PSNR of 30 dB. A validation of the architecture was carried out by the development; fabrication and test of a prototype on a 2D, 180 nm, CMOS technology. A few pixels of each macro-pixel had to be sacrificed to implement the high dynamic range control signals and emulate the 3D integration. The test results are very promising proving the benefits that will bring the 3D integration in term of power consumption and image quality compared to a classic 2D integration. Future realisations of this architecture, done using a real 3D technology, separating sensing and processing on different circuits communicating by vertical interconnection will not need the sacrifice of any pixel to adjust the integration time, improving power consumption, image quality and latency

Les capteurs intelligents permettentaux systèmes embarqués d’analyser leurenvironnement sans transmission de donnéesbrutes, consommatrice d’énergie. Ce mémoireprésente donc un travail sur un imageur intégrantdu traitement d’image. Deux figures de méritesont introduites pour classer l’état de l’art desimageurs intelligents en fonction de leurversatilité et de leur préservation de la surfacephotosensible. Cela met en évidence uncompromis que ce travail essaie d’améliorer enexplorant une approche par macropixels. Eneffet, en regroupant les éléments de calculs (PEs)pour plusieurs pixels, les traitements sont à lafois massivement parallèles et potentiellementplus versatiles à surface photosensible donnée.Une adaptation du filtrage spatial et du filtragetemporel en adéquation avec une architecture parmacropixels est proposée (sous-échantillonnagepar 3x3 pixels et par 2x2 pixels respectivement),et validée fonctionnellement. Une architectured’imageur en macropixels asymétriques est doncprésentée. Le PE conçu est un circuit analogiqueà capacités commutées, programmable par uncontrôle numérique extérieur à la matrice. Sondimensionnement est discuté pour descompromis entre surface et précision des calculs,avant d’être implémenté en calcul approximépour notre cas. La matrice proposée a été simuléeen vue extraite et présente des images de résultatsde détection de contours ou de différencetemporelle corrects, avec un facteur deremplissage de 28%. / Smart sensors allow embeddedsystems for analysing their environment withoutany transmission of raw data, which consumes alot of power. This thesis presents an imagesensor integrating image processing tasks. Twofigures of merit are introduced in order toclassify the state of the art of smart imagersregarding their versatility and their preservationof photosensitive area. This shows a trade-offthat this work aims at improving by using amacropixel approach. By merging processingelements (PEs) between several pixels,processing tasks are both massively parallel andpotentially more versatile at givenphotosensitive area. An adaptation of spatial andtemporal filtering, matching such anarchitecture is proposed (downsampling by3x3 and 2x2 pixels respectively for eachprocessing task) and functionnally validated. Anarchitecture of asymmetric macropixels is thuspresented. The designed PE is an analogswitched capacitor circuit that is controlled byout-of-matrix digital electronics. The sizing ofthe PE is discussed over the trade-off betweenaccuracy and area, and implemented in anapproximate computing approach in our study.The proposed matrix of pixels and PEs issimulated in post-layout extracted views andshows good results on computed images of edgedetection or temporal difference, with a 28% fillfactor.

Les micro-bolomètres non-refroidis bénéficient de développements technologiques récents qui se traduisent par des matrices de plus en plus grandes (1024*768 pixels), pour des pixels de plus en plus petits (17 µm) et de plus en plus sensibles bien que non-refroidis (NETD<60 mK @300 K). L'objectif de cette thèse est d'étudier les détecteurs micro-bolométriques non-refroidis afin de tester leurs capacités en imagerie et en spectroscopie en vue de leur utilisation dans le cadre d'une mission spatiale vers les petits corps du système solaire, dont en particulier la mission Marco Polo R. J'ai étudié le fonctionnement de ces détecteurs en prenant pour exemple le détecteur Nano640Etm de la société Ulis, représentatif de la technologie des micro-bolomètres non-refroidis disponible actuellement. J'ai mesuré la stabilité dans le temps de son signal, l'homogénéité de la matrice du détecteur, et l'influence de différents paramètres de fonctionnement (température du plan focal, temps d'intégration des pixels, gain). La réponse du détecteur est linéaire en fonction de la température de scène à la puissance 4. Les résultats de cette caractérisation m'ont permis de mesurer le NETD du détecteur dans le cadre de cette expérience. J'ai ensuite testé les capacités du détecteur Nano640Etm en imagerie radiométrique calibrée afin d'estimer les erreurs maximales de calibration pour un, deux, ou trois points de calibration placés différemment dans la gamme de température observée / The recent progress of the uncooled micro-bolometer technology has lead to larger detector matrices (1024*768 pixels), with smaller pixel sizes (17 µm) and a higher sensitivity although it is an uncooled technology (NETD<60 mK @300 K). The objective of this thesis is to study uncooled micro-bolometer detectors in order to assess their performance for imagery and spectroscopy within the framework of a space mission towards small bodies of the solar system, including the Marco Polo R mission. I have studied these detectors through the example of the Nano640Etm detector of the Ulis society, which represents well the currently available uncooled micro-bolometer technology. I have measured its signal stability through time, the detector's matrix homogeneity, and the influence of various operating parameters (focal plane temperature, integration time of the pixels, gain). The detector's response is linear as a function of the scene temperature to the power of 4. The results of this characterization allowed me to measure the detector's NETD within this experiment. Then, I tested the Nano640Etm detector's ability to perform calibrated radiometric images in order to estimate the maximum calibration error for one, two, or three calibration points chosen differently within the observed temperature range. Lastly, I assessed the detector's performances for dispersive spectroscopic measurements, using its signal to noise ratio, as a function of the observation wavelength, the scene temperature, and the spectral resolution. The results of these tests are very positive.

L’exérèse des tumeurs cancéreuses est une procédure courante pour le traitement de nombreux cancers. L’enjeu est de réaliser une excision la plus complète possible pour éviter les récidives tout en épargnant le plus possible les tissus sains bordant la tumeur. La détection de positons est une modalité d’imagerie particulièrement adaptée au repérage de résidus tumoraux lors de l'éxerèse car sa forte sélectivité spatiale permet de s'affranchir du bruit provenant de la fixation non spécifique du radiotraceur dans les tissus situés en profondeur, offrant ainsi une meilleur sensibilité et un meilleur rapport signal sur bruit que la détection de photons gamma. L’utilisation pour le contrôle d’exérèse impose cependant une contrainte forte sur les dimensions du détecteur qui doit être manipulable facilement par le chirurgien et pouvoir être inséré dans des plaies opératoires potentiellement étroites. Une nouvelle génération de photodétecteurs appelés photomultiplicateurs silicium (SiPM) est particulièrement adaptée à cette application car ceux-ci allient la compacité et la robustesse des technologies silicium avec d'excellentes performances de détection. Mon travail de thèse porte sur le développement et la caractérisation de nouvelles sondes positon basées sur ces photodétecteurs. Dans un premier temps, un travail de caractérisation des SiPMs a été réalisé pour évaluer leurs performances pour la détection de positons. Deux prototypes de prototypes de détecteurs aux rôles complémentaires ont ensuite été réalisé: le premier est un imageur, basé sur l’assemblage de deux scintillateurs avec une ou deux matrices de SiPMs, qui permet de réaliser rapidement l'image de la distribution de traceur sur une large surface de tissus. Le second détecteur est une sonde de comptage, constituée de fibres scintillantes couplées à des SiPMs individuels via des fibres claires et capable d'être couplée à l'outil d'exérèse. Elle permet de guider l'outil du chirurgien vers les tissus repérés préalablement avec l'imageur. La caractérisation de l’imageur a montré sa capacité à détecter des résidus tumoraux de petite taille (15mg) avec une résolution submillimétrique. La sonde de comptage présente quant à elle, une efficacité de détection de 80%. / Excision of cancerous tumors is a common procedure for the treatment of numerous cancers. The stake is to perform the most complete excision to prevent recurrences while preserving as much as possible surrounding healthy tissues. Positron detection is a well suited imaging modality for detection of tumor remains during excision because its strong spatial selectivity makes it insensitive to the noise coming from the non-specific accumulation of the radiotracer in healthy tissues located far from the detector, leading to a better sensitivity and a better signal-to-noise ratio than gamma photon detection. Its use for the control of excision implies however strong constraints on detector dimensions which must be easy to handle by the surgeon and easy to insert in tight surgical wound. A new generation of photodetectors called Silicon Photmultipliers (SiPMs) is particularly suited for this application because they present the compactness and robustness of silicon technologies and very good detection performances. My thesis aims to develop and characterize a new generation of new positron probes based on these photodetectors. Two prototypes of detectors with complementary roles were realized: the first one is an imaging device based on the assembly of two scintillators with one or two SiPMs arrays which allows to quickly make an image of tracer distribution along a wide surface of tissues. The second detector is a counting probe made of scintillating fibers associated with individual SiPMs through clear optical fibers and can be associated to the excision tool. It guides the surgeon tool to the tissues previously localized with the imaging probe. Characterization of the imaging probe showed its ability to detect small tumor remains (15mg) with a submillimetric resolution. The counting probe showed a detection efficiency of 80%.

La méthode de mesures par PIV (Particle Image Velocimetry) est une technique pour mesurer un champ de vitesse de manière non intrusive et multipoints. Cette technique utilise l'algorithme de corrélation entre deux images consécutives pour déterminer les vecteurs vitesse. La quantité de calcul requis par cette méthode limite son usage à des traitements en temps différé sur ordinateur. Les performances des ordinateurs demeurent insuffisantes pour ce type d'applications sous contrainte temps réel sur des cadences de données élevés. Au vu de ces besoins, la définition et la conception d'architectures dédiées semblent être une solution adéquate pour atteindre le temps réel. L'évolution des niveaux d'intégration permet le développement des structures dédiées au traitement d'images en temps réel à bas prix. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la conception d'une architecture de type SoC (System on-Chip) dédiée aux mesures de paramètres physiques par traitement d'images en temps réel. C'est une architecture hiérarchique et modulaire dédiée à des applications de type flot de données d'entrée dominant. Cette description hiérarchique permet la modification du nombre et/ou de la nature de ces éléments sans modifier profondément l'architecture. Pour le calcul d'une mesure, il faut 267 s avec un FPGA à 50 MHz. Pour estimer les performances du système, un imageur CMOS a été connecté directement au FPGA. Les avantages de ce prototype sont de réduire au minimum le mouvement de grands ensembles de données ainsi que la latence en commençant à traiter des données avant leur complète acquisition.