La quantification de la concentration de radiotraceur en imagerie par tomographie d'émission par positrons (TEP) est capitale, que ce soit au niveau clinique, mais majoritairement dans le domaine de la recherche, notamment pour l'analyse pharmacocinétique, appliquée chez l'humain et l'animal. Parmi les corrections importantes en imagerie TEP, l'effet de volume partiel (EVP) est l'un des plus complexes à corriger. Il dépend de divers phénomènes physiques liés aux performances de l'appareil, à la reconstruction de l'image ainsi qu'aux propriétés de l'objet mesuré.La correction pour l'EVP est cruciale afin de pallier la faible résolution spatiale de l'appareil TEP. Les conséquences principales de l'EVP sont une sous-estimation de la concentration d'un radiotraceur dans les objets de petite taille ainsi qu'une difficulté à cerner correctement les contours de l'objet observé. De nombreuses méthodes appliquées directement sur les images reconstruites sont proposées dans la littérature et sont utilisées dans certains cas, mais aucun consensus sur une méthode n'a encore été établi jusqu'à présent. Ce travail porte sur la compréhension de la problématique de l'EVP par différents tests mathématiques et des simulations, ainsi que sur le développement et l'application d'une nouvelle méthode de correction appliquée à l'imagerie TEP. L'argument principal de cette technique de correction est que le défaut de la résolution spatiale est enregistré au niveau des détecteurs et la correction pour ce défaut devrait être effectuée avant la reconstruction de l'image. En outre, la technique proposée a l'avantage de tenir compte non seulement de la taille, mais également de la forme de l'objet selon les différentes projections, ce qui représente un bénéfice par rapport aux approches appliquées directement sur l'image.La correction est basée sur la déconvolution des projections mesurées par des fonctions d'étalement appropriées. Celles-ci sont obtenues expérimentalement à partir de mires de cylindres de différents diamètres. Pour tester les capacités de cette technique, l'étude s'est limitée à la correction d'objets initialement isolés par régions d'intérêt sur l'image.La technique a ensuite été testée sur des images de tumeurs isolées et du coeur chez le rat, obtenues par injection de [indice supérieur 18] F-fluorodésoxy-D-glucose (FDG). Les conséquences de la correction de l'EVP ont enfin été étudiées par l'application du modèle d'analyse pharmacocinétique compartimentale du FDG dans le coeur de rat.

La pratique clinique a été profondément transformée par l'explosion technologique, ces dernières décades, des techniques d'imagerie médicale. L'expansion de la radiologie interventionnelle a ainsi rendu possible des procédures dites « minimalement invasives » au cours desquelles la thérapie est délivrée directement au niveau de la région pathologique via des micro-outils guidés par imagerie à travers le système vasculaire. Des systèmes dits « C-arm », générant une imagerie rayons X planaire temps-réelle en faible dose, sont utilisés pour le guidage. Ils ont offert plus récemment la possibilité d'une visualisation tridimensionnelle par le biais d'acquisitions tomographiques. C'est dans ce contexte de reconstruction tomographique que s'inscrivent ces travaux de thèse. Ils s'attèlent en particulier à corriger les artefacts de mouvement dus aux variations temporelles des vaisseaux injectés et se concentrent sur un aspect central de la tomographie, à savoir l'échantillonnage angulaire. La théorie du compressed sensing identifie les conditions sous lesquelles des données sous-échantillonnées peuvent être reconstruites en minimisant une fonctionnelle qui combine un terme de fidélité quadratique et une contrainte parcimonieuse. S'appuyant sur cette théorie, un formalisme original de reconstruction est proposé : il repose sur la rétroprojection filtrée itérative, les algorithmes proximaux, la minimisation de normes L1 et l'homotopie. Ce formalisme est ensuite dérivé pour intégrer différentes contraintes spatiales et temporelles. Une telle stratégie s'avère plus performante que la rétroprojection filtrée analytique utilisée dans la pratique clinique, permettant la réduction d'artefacts de mouvement et d'échantillonnage dans des cas cliniques bien identifiés de l'imagerie cérébrale et abdominale. Les résultats obtenus soulignent l'une des principales contributions de ce travail, à savoir : l'importance de l'homotopie, en supplément de la régularisation, pour améliorer la qualité image, un gain indispensable dans le domaine d'applicabilité / Medical imaging has known great advances over the past decades to become a powerful tool for the clinical practice. It has led to the tremendous growth of interventional radiology, in which medical devices are inserted and manipulated under image guidance through the vascular system to the pathology location and then used to deliver the therapy. In these minimally-invasive procedures, X-ray guidance is carried out with C-arm systems through two-dimensional real-time projective low-dose images. More recently, three-dimensional visualization via tomographic acquisition has also become available. This work tackles tomographic reconstruction in the aforementioned context. More specifically, it deals with the correction of motion artifacts that originate from the temporal variations of the contrast-enhanced vessels and thus tackles a central aspect of tomography: data (angular) sampling. The compressed sensing theory identifies conditions under which subsampled data can be recovered through the minimization of a least-square data fidelity term combined with sparse constraints. Relying on this theory, an original reconstruction framework is proposed based on iterative filtered backprojection, proximal splitting, `1-minimization and homotopy. This framework is derived for integrating several spatial and temporal penalties. Such a strategy is shown to outperform the analytical filtered backprojection algorithm that is used in the current clinical practice by reducing motion and sampling artifacts in well-identified clinical cases, with focus on cerebral and abdominal imaging. The obtained results emphasize one of the key contributions of this work that is the importance of homotopy in addition to regularization, to provide much needed image quality improvement in the suggested domain of applicability.

L'Optique Adaptative (OA) permet de corriger en temps-réel les perturbations engendrées par l'atmosphère grâce à l'analyse de la turbulence par un Analyseur de Surface d'Onde (ASO) puis une correction grâce à un Miroir Déformable (MD). L'OA est cependant soumise à deux limitations principales : l'anisoplanétisme et la couverture de ciel. Pour les pallier, les concepts d'OA dits grand champ ont été développés. Ces systèmes permettent de sonder le volume turbulent grâce à l'utilisation de plusieurs ASO pour réaliser une reconstruction tomographique de la turbulence. La correction peut ensuite être appliquée dans une direction spécifique du champ à l'aide d'un MD (système d'OA Tomographique Laser (LTAO)) ou dans un large champ grâce à plusieurs MD (système d'OA MultiConjuguée (MCAO) ou d'OA multi-objet (MOAO)). L'objectif des travaux menés au cours de cette thèse est d'étudier le dimensionnement des systèmes d'OA grand champ et la validation expérimentale de ces concepts en s'intéressant aux problématiques posées par la multi-analyse de surface d'onde, la correction et la commande. Pour cela, un banc de validation expérimentale en OA grand champ, appelé HOMER, a été développé. Son intégration a permis l'étude et la mise en place de procédures de calibration du système, nécessaires à l'obtention de très bonnes performances. Ces calibrations ont notamment été utilisées dans le cadre de l'implantation d'une commande optimale de type Linéaire Quadratique Gaussienne (LQG). Cette commande est particulièrement bien adaptée à l'OA grand champ puisqu'elle permet d'estimer et de prédire le volume turbulent grâce à des a priori spatiaux et temporels sur la turbulence, puis d'appliquer la correction sur les MD en optimisant la correction dans un champ donné. Cette commande, qui jusqu'à présent n'avait fait que l'objet d'une étude numérique en OA grand champ, a été mise en oeuvre sur HOMER pour des configurations de MCAO et de LTAO. Nous avons mis en évidence le gain apporté par cette commande comparée à une solution plus classique réalisant une reconstruction moindres carrés associée à un contrôleur intégrateur. Ces travaux constituent les premiers résultats expérimentaux obtenus grâce à l'implantation d'une commande LQG en OA grand champ ainsi qu'en LTAO boucle fermée. Nous avons ainsi débuté une étude de la robustesse de la commande LQG aux erreurs de modèles. Ces études expérimentales ont en outre été complétées par des études théoriques sur le dimensionnement de systèmes d'OA grand champ et le dimensionnement des MD pour répondre aux problématiques posées par ces nouveaux concepts d'OA.

Les techniques d'élaboration par déformation plastique intense permettent d'obtenir des matériaux nanostructurés à l'état massif. La grande quantité de défauts (dislocations, lacunes,...) peut donner lieur à des transformations de phases hors équilibre. L'objectif de ce travail à été de produire par HPT (high pressure torsion) une solution solide hors équilibre à partir du système modèle Cu-Fe et de comprendre les mécanismes physiques à l'origine de sa formation. Le matériau initial est un nanocomposite filamentaire Cu-cfc/Fe-α. Des tranches de ce composite ont été déformées par HPT pour une large gamme de taux de déformation. Le matériau obtenu a été caractérisé par DRX, spectroscopie Mössbauer, MET et sonde atomique tomographique. Les filaments de ferrite sont dans une premier temps amincis jusqu'à environ 5nm. Le mélange forcé commence alors par diffusion de Fe dans Cu-cfc pour enfin aboutir à une solution solide homogène de Fe dans Cu-cfc. A la vue des données, les dislocations et le cisaillement répété des interfaces ne peuvent pas expliquer la formation du mélange forcé. Celle-ci est attribuée à la diffusion accélérée par les lacunes en excès.

Plusieurs phénomènes modifient la redistribution du bore dans le silicium fortement implanté. Pendant le recuit thermique d'activation, les interactions entre les dopants et les défauts d'implantations viennent affecter et complexifier la redistribution du bore. A cela peut venir s'ajouter des phénomènes de précipitation dans les régions sursaturées en dopants. Ces interactions peuvent conduire à la désactivation partielle des dopants. Cette thèse traite en particulier de la précipitation ou mise amas du bore dans le silicium fortement implanté. Ces questions sont étudiées en sonde atomique tomographique. Des outils statistiques sont développés pour caractériser la mise en amas. Les théories non classiques de germination sont explorées pour comprendre la formation de germes dilués. Enfin, un modèle couplant diffusion et germination classique est proposé pour prédire l'allure des profils de concentration en dopant après recuit thermique.

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'influence de la nanostructuration du système Cu-Co sur ses propriétés magnétiques et magnétorésistives. Dans un premier temps, l'alliage granulaire Cu 80 Co 20 a été synthétisé sous différentes formes : poudres, couches minces et nanofils. Les poudres d'alliage ont été obtenues par broyage mécanique et les couches minces et nanofils par électrodépôt. Cela a permis d'étudier, d'une part, l'influence de la forme de l'échantillon et, d'autre part, l'influence de la technique d'élaboration sur la nanostructure et les propriétés magnétiques et magnétorésistives des échantillons. Dans un second temps, des nanofils multicouches Cu/Co ont été réalisés par électrodépôt. Des protocoles expérimentaux pour l'analyse à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission et par sonde atomique tomographique ont été mis en place. De telles analyses se sont avérées indispensables à la compréhension et à la corrélation complète des propriétés magnétiques et magnétorésistives. Contrairement aux nombreuses études publiées, qui ont souvent conclu à l'obtention de solutions solides sur la base de caractérisations microstructurales, les analyses à l'échelle nanométrique par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à transmission de nos alliages granulaires ont montré qu'aucune solution solide Cu-Co n'a pu être obtenue. De plus, un effet positif de magnétorésistance sous faible champ magnétique appliqué a été observé, et corrélé à la présence d'oxydes.

Les pathologies cardio-vasculaires d’origine athéroscléreuse, premières causes de mortalité dans les pays occidentaux, sont insuffisamment prises en charge par les outils de dépistage et de suivi thérapeutique actuels. La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est susceptible d’apporter au clinicien des outils puissants pour le diagnostic et le suivi thérapeutique des patients, en particulier grâce au traceur Fluorodésoxyglucose marqué au fluor 18 ([18F]-FDG). Cependant, l’Effet de Volume Partiel (EVP), dû notamment à la résolution spatiale limitée dans les images (plusieurs millimètres) en regard des faibles dimensions (de l’ordre du millimètre) des VOlumes d’Intérêt (VOIs), et les fluctuations statistiques du signal mesuré présentent des défis pour une quantification fiable.Un modèle original de lésion athéromateuse, paramétré par ses dimensions et sa concentration d’activité, a été développé et des simulations Monte-Carlo d’acquisitions TEP au [18F]-FDG de 36 lésions ont été produites. A partir des acquisitions simulées, nous avons montré que le nombre d’itérations des reconstructions itératives, le post-filtrage appliqué et le moyennage dans le VOI,paramètres relevés comme hautement variables dans une revue de la littérature dédiée, peuvent induire des variations des valeurs de fixation mesurées d’un facteur 1.5 à 4. Nous avons montré qu’une modélisation de la réponse du tomographe pouvait réduire le biais de mesure d’environ 10% par rapport au biais mesuré sur une image reconstruite avec un algorithme itératif standard et pour un niveau de bruit comparable. Sur les images reconstruites, nous avons montré que la fixation mesurée reste très biaisée (sous-estimation de plus de 50% du SUV réel) et dépend fortement des dimensions de la lésion à cause de l’EVP. Un contraste minimum de 4 par rapport à l’activité sanguine est nécessaire pour qu’une lésion soit détectée. Sans correction d’EVP, la mesure présente une corrélation faible avec la concentration d’activité, mais est très corrélée à l’activité totale dans la lésion. L’application d’une correction d’EVP fournit une mesure moins sensible à la géométrie de la lésion et plus corrélée à la concentration d’activité mais réduit la corrélation à l’activité totale dans la lésion.En conclusion, nous avons montré que l’intégralité de la fixation du [18F]-FDG dans les lésions athéromateuses inflammatoires totale peut être caractérisée sur les images TEP. Cette estimée ne requiert pas de correction de l’EVP. Lorsque la concentration d’activité dans la lésion est estimée, les mesures sont très biaisées à cause de l’EVP. Ce biais peut être réduit en mesurant le voxel d’intensité maximale, dans les images reconstruites sans post-filtrage avec au moins 80 itérations incluant un modèle de réponse du détecteur. La mise en œuvre d’une correction d’EVP facilite la détection des changements d’activité métabolique indépendamment de changements de dimensions de la zone siègede l’inflammation. Une quantification absolue exacte de la concentration d’activité dans les lésions ne sera possible que via une amélioration substantielle de la résolution spatiale des détecteurs TEP. / Cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries. New strategies and tools for diagnosis and therapeutic monitoring need to be developed to manage patients with atherosclerosis, which is one major cause of cardiovascular disease. Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography (FDG-PET) is a powerful imaging technique that can detect at early stages plaques prone to rupture. Yet, Partial Volume Effect (PVE), due to the small lesion dimensions (around 1 mm) with respect to the scanner spatial resolution (around 6 mm full width at half maximum), and statistical variations considerably challenge the precise characterization of plaques from PET images. An original model of atheromatous lesion parameterized by its dimensions and activity concentration, was developed. Thirty six Monte Carlo simulations of FDG-PET acquisitions were produced. Based on the simulations, we showed that the number of iterations in iterative reconstructions, the post filtering of reconstructed images and the quantification method in the Volume Of Interests (VOI) varied sharply in an analysis of the dedicated literature. Changes in one of these parameters only could induce variations by a factor of 1.5 to 4 in the quantitative index. Overall, inflammation remained largely underestimated (> 50% of the real uptake). We demonstrated that modeling the detector response could reduce the bias by 10% of its value in comparison to a standard OSEM recontruction and for an identical level of noise. In reconstructed images, we showed that the measured values depended not only on the real uptake but also on the lesion dimensions because of PVE. A minimum contrast of 4 with respect to blood activity was required for the lesion to be observable. Without PVE correction, the measured values exhibited a correlation with activity concentration but were much more correlated with the total uptake in the lesion. Applying a PVE correction leads to an activity estimate that was less sensitive to the geometry of the lesion. The corrected values were more correlated to the activity concentration and less correlated to the total activity. In conclusion, we showed that the total activity in inflammatory lesions could be assessed in FDG-PET images. This estimate did not require PVE correction. Tracer concentration estimates are largely biased due to PVE, and the bias can be reduced by measuring the maximum voxel in the lesion in images reconstructed with at least 80 iterations and by modeling the detector response. Explicit PVE correction is recommended to detect metabolic changes independent of geometric changes. An accurate estimation of plaque uptake will however require the intrinsic spatial resolution of PET scanners to be improved.

L'intégration du siliciure de nickel allié à un faible pourcentage de platine dans un environnement de transistors CMOS génère des difficultés à contrôler sa formation. Ces problèmes peuvent se traduire par une migration anormale du nickel court-circuitant le transistor, impactant les rendements de fabrication. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension de ce phénomène physique apparaissant de manière aléatoire à l'échelle d'un circuit intégré pour la microélectronique avancée. L'étude de ce phénomène rare a été conduite à l'aide de méthodes de caractérisation locales aux limites des possibilités techniques actuelles : détection des fuites par contraste de tension, SIMS, Microscopie électronique et sonde atomique tomographique. L'ensemble des résultats statistiques et des caractérisations réalisées ont permis de proposer un scénario de formation des défauts du siliciure en fonction des conditions de sa formation et de la redistribution des éléments chimiques en présence.

Les alliages Al-Mg-Si-(Cu) de la série 6016 sont utilisés sous forme de tôles pour<br />la réalisation d'ouvrants dans l'industrie automobile. Leur particularité est de pouvoir<br />être durcis durant la cuisson des peintures (typiquement 30 minutes à 185°C). Ce phénomène<br />s'explique par un durcissement structural : le traitement thermique de cuisson des<br />peintures appliqué à une solution solide sursaturée active la diffusion des solutés et la précipitation<br />de phases métastables plus ou moins cohérentes avec la matrice d'aluminium<br />qui vont ralentir le mouvement des dislocations.<br />Ces différentes phases métastables ont des tailles extrêmement petites (parfois inférieures<br />à 1nm), ce qui les rend difficiles à analyser autrement qu'en sonde atomique tomographique.<br />Une attention toute particulière a été apportée au développement de nouvelles<br />techniques d'interprétation et de traitement des données afin de faire reculer les limites de<br />l'instrument.<br />Grâce à la sonde atomique, parfois couplée au microscope électronique en transmission,<br />les mécanismes de précipitation de la phase beta" ont été mieux compris. En particulier,<br />nous avons montré qu'un traitement de prérevenu à 90°C appliqué avant le revenu rendait<br />ce dernier plus efficace par la formation d'amas diffus de Mg et de Si qui augmentent la<br />densité numérique d'objets durcissants (amas +beta"). La présence d'aluminium dans les<br />précipités a été démontrée.<br />L'effet du prérevenu sur la corrélation entre les atomes durant les tout premiers stades<br />de décomposition a été étudié directement par le calcul de fonctions partielles de corrélation<br />de paires. Cette méthode a également permis de suggérer un scénario expliquant le<br />durcissement pendant le stockage à l'ambiante par la formation d'atmosphères de solutés<br />autour des dislocations, ralentissant ainsi leur mouvement.

La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de la formation et de l'évolution des galaxies. Pour reconstituer l'histoire de l'évolution des galaxies, le rôle de l'information cinématique est décisif. Dans ce contexte, la spectroscopie intégrale de champ est un outil particulièrement efficace car il permet d'obtenir un diagnostic cinématique complet.<br />Je présenterai dans un premier temps les résultats obtenus grâce à l'instrument GIRAFFE dans le cadre du large programme d'observation IMAGES. Ces résultats montrent que la fraction de galaxies n'ayant pas encore atteint leur équilibre dynamique à z~0.6 est importante. Par ailleurs, l'analyse morphologique détaillée de l'échantillon IMAGES montre que la fraction des galaxies spirales en rotation était environ deux fois plus faible à z~0.6 que dans l'Univers local. En étudiant plus en détails cette population, nous sommes capables pour la première fois d'expliquer la formation d'une partie des galaxies spirales locales.<br />Une des conclusions essentielles de cette étude est qu'en combinant des observations dynamiques et morphologiques, on est désormais en mesure de disséquer et de comprendre l'histoire individuelle de chaque galaxie à z<1. Dans les prochaines années, ces études pourront être étendues à des galaxies à z>>1 grâce à la mise en service des futurs ELTs.<br />Pour cela, ces télescopes géants devront intégrer des systèmes d'Optique Adaptative pour compenser en temps réel la dégradation des images due à la turbulence. La faible luminosité des objets à observer, combinée à la taille des champs à corriger, rend indispensable la mise en place de sources artificielles et d'OA tomographiques. La deuxième partie de cette thèse est donc consacrée à l'étude de l'OA tomographique pour les futurs ELTs.<br />Le travail présenté porte en particulier sur l'étude et l'analyse des limites fondamentales des techniques tomographiques. En nous appuyant sur des développements théoriques dans une base de Fourier, nous proposons plusieurs voies pour l'optimisation de ces futurs systèmes.<br />La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de EAGLE: un projet de spectrographe intégrale de champ multi-objets pour l'ELT européen.<br />A l'aide des résultats obtenus avec GIRAFFE pour la définition des critères scientifiques et de l'analyse des techniques tomographiques, nous proposons un premier design d'optique adaptative capable de répondre aux besoins de la spectroscopie intégrale de champ des galaxies à z>>1. <br />En alliant la haute résolution spatiale et spectrale avec le pouvoir collecteur immense des futurs ELTs, l'instrument EAGLE apportera certainement des indices décisifs dans notre compréhension des processus à l'oeuvre pour l'assemblage de la masse dans les galaxies.