La tomographie à émission de positons (TEP) est une modalité bien établie de formation d'images de radio-traceurs qui offre la possibilité de faire des mesures quantitatives des processus physiologiques et biochimiques "in vivo", mais aussi de fournir un outil diagnostique clinique utile. Dans cette thèse, nous avons développé, validé et réalisé une implémentation parallèle d'un simulateur par la méthode de Monte Carlo, "Eidolon", qui permet de simuler diverses configurations des modules d'acquisition de données TEP et d'obtenir une information détaillée sur les différents processus se produisant dans le fantôme et les détecteurs. Nous avons aussi développé un modèle paramétrique simple des fractions et fonction de distribution du rayonnement diffusé. Une nouvelle technique pour la correction du rayonnement diffusé pour l'imagerie TEP appelée correction du diffusé basée sur une reconstruction utilisant un modèle statistique (SRBSC) est également proposée et évaluée avec des fantômes simulés, des mesures expérimentales et des études cliniques.