Pour préparer les futures missions d'astronomie haute énergie, nous avons développé, à l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de Toulouse, un système de détection pour l'imagerie et la spectroscopie des rayons X-durs. Celui-ci est basé sur un détecteur en Germanium haute pureté en configuration planaire, avec des électrodes segmentées par pistes, et vise une couverture en énergie allant de quelques keV jusqu'à quelques centaines de keV. En plus d'une réflexion très poussée au niveau de la conception du détecteur, ce projet se montre également innovant par l'utilisation extensive d'algorithmes de traitement numérique pour l'analyse des impulsions. C'est ce point qui constitue le sujet principal de cette thèse. L'astrophysique dans le domaine des rayons X-dur voit s'ouvrir une ère de grande évolution pour les années à venir. Des progrès technologiques dans la fabrication de miroirs permettent maintenant de focaliser les photons au delà de 10 keV, ce qui était une limite technique depuis de nombreuses années. L'observatoire NuSTAR de la NASA, lancé en 2012, et Astro-H (JAXA), qui sera lancé en 2015, sont les premières missions à exploiter ces nouveaux miroirs pour des énergies allant jusqu'à 80 keV. Cependant, des recherches récentes montrent que des optiques capables de focaliser au-delà de cette limite sont sur le point d'être réalisées. Avec cette nouvelle génération d'optiques, apparaît le besoin de nouveaux détecteurs capables de les exploiter pleinement. Une des principales caractéristiques du détecteur proposé à l'IRAP est la possibilité d'obtenir une localisation du point d'interaction des photons en volume, avec application immédiate pour la réduction de bruit de fond et le suivi des événements Compton permettant des mesures polarisation. À ce propos, nous avons implémenté un algorithme pour déterminer la position des interactions, ainsi que des méthodes pour réaliser la calibration du détecteur, gérer les déclenchements, réaliser la mise en forme et mesurer l'énergie. Afin d'obtenir une simulation complète du système, nous avons adapté MGS, un code Matlab déjà existant, pour la simulation de la collection de charge et de la réponse de notre détecteur, et nous avons utilisé Pspice pour modéliser l'électronique de lecture. Ces deux outils nous ont permis de générer des signaux réalistes pour tester les performances des algorithmes de traitement du signal pour la mesure d'énergie et la localisation de l'interaction. Finalement, nous présentons les premières mesures réalisées avec PheniX, prototype d'un système de détection conçu et réalisé dans le cadre d'une action de Recherche et Développement à l'IRAP, avec un financement CNES.Anticipating future mission opportunities in high-energy astronomy, the development of a hard X-ray detection system for imaging and spectrometry is in progress at the Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie of Toulouse. The system is based on a High-purity Germanium double sided strip detector and aims at energy coverage from a few keV to a few hundred keV. Besides the sophisticated detector design, the extensive use of digital signal processing algorithms for the analysis of the impulsion is another innovation in this project, and constitutes the main topic of this thesis. Astrophysics in the hard X-ray domain expect an era of major evolution in the upcoming years.
Technological progress in mirror manufacturing allows now the focusing of photons well above 10 keV, which for many years had been the upper limit allowed by the technology. NASA's Nustar observatory, launched in 2012, and JAXA's Astro-H, to be launched in 2015, are the first missions to exploit the new mirrors for energies up to 80 keV. However, last research shows that focusing optics beyond this limit are to be expected soon. With this new generation of optics, a need for new detectors capable of exploiting the focusing capabilities is currently developing. One of the main features of the studied detector is the possibility to obtain a three dimensional location of the interaction of the photons in its volume, with immediate applications in background reduction and tracking of Compton events for polarimetry measurements. For this purpose, we implemented an estimator of the interaction position, which is presented in this work, together with the methods used for calibration, triggering, pulse shaping and energy measurement purposes. In order to develop a full simulation of the system, we have adapted to our particular case the
MGS tool, an already existing Matlab code for the simulation of the charge collection processes and signal response provided by the detector, and we have used Pspice to model the analogue readout stage prior to the digitizer. Both tools have allowed us to generate realistic input signals for the testing of the performances of the signal processing algorithms in charge of the energy measurements and the location of the interaction position. Finally, we have completed the study with the first measurements obtained from PheniX, a laboratory prototype of the detection system which has been designed and manufactured in the framework of a Research and Technology action at IRAP, funded by the CNES
