Résumé de la thèse en français (English below) :
La caméra Compton XEMIS2 a pour objectif de démontrer expérimentalement l’efficacité d’une chambre à projection temporelle au xénon liquide pour la détection de traceurs émettant trois photons gamma, en vue de produire des images de petits animaux. Cette nouvelle modalité d’imagerie permettrait d’obtenir une qualité d’image comparable à celle des systèmes TEP utilisés en contexte clinique, mais avec une activité injectée 100 fois plus faible. Un nouvel axe d’optimisation de la caméra XEMIS2 consiste à réduire le temps d’acquisition des images, passant de 20 minutes à seulement 2 minutes. En contrepartie, une augmentation par un facteur 10 de l’activité injectée est nécessaire. Pour gérer cette hausse d’activité, le développement d’une nouvelle électronique frontale, reposant sur la méthode du Multi Time Over Threshold (MTOT), constitue le coeur de ce travail de thèse. Un prototype de carte électronique a été conçu pour s’intégrer au système d’acquisition actuel. Ce prototype a ensuite été évalué à l’aide d’un banc de test, avec la mise en place d’un protocole d’étalonnage. Les résultats obtenus démontrent une réduction significative du bruit électronique, validant ainsi les efforts de conception. Les mesures expérimentales sur le banc de test confirment l’amélioration apportée par la méthode MTOT. Pour compléter ces résultats, une simulation a été développée afin de reproduire l’acquisition des données avec la nouvelle électronique dans les conditions de fonctionnement de XEMIS2. Les résultats montrent l’intérêt du MTOT pour XEMIS2, avec des améliorations significatives par rapport à l’électronique actuelle : jusqu’à 70 % pour la résolution sur le nombre de photons de scintillation et jusqu’à 30 % pour la résolution temporelle.
### English
The Compton camera XEMIS2 aims to experimentally demonstrate the efficiency of a liquid xenon time projection chamber for detecting radioactive tracers emitting three gamma photons, with the goal of producing images of small animals. This new imaging modality is expected to achieve image quality comparable to that of PET systems used in clinical settings but with an injected activity reduced by two orders of magnitude. A new optimization focus for the XEMIS2 camera is to reduce the image acquisition time from 20 minutes to about 2 minutes. This requires increasing the injected activity by a factor of ten. To address this increase in activity, the development of new front-end electronics based on the Multi Time Over Threshold (MTOT) method forms the core of this thesis work. A prototype electronics board was designed to integrate with the current acquisition system. This prototype was then evaluated using a test bench with the implementation of a calibration protocol. The results show a significant reduction in electronic noise, validating the chosen approach. Experimental measurements on the test bench confirm the improvement provided by the MTOT method. To complement these results, a simulation was developed to reproduce the data acquisition with the new electronics under XEMIS2 operating conditions. The results demonstrate the benefits of MTOT for XEMIS2, with significant improvements compared to the current electronics : up to 70% increase of the resolution of the number of scintillation photons and up to 30% increase of the temporal resolution