Faits: A. A.a Par jugement du 17 août 2010, le juge des districts de Martigny et St-Maurice a condamné X._ pour contravention à la loi fédérale sur les stupéfiants (art. 19a LStup) et violation de l'art. 33 al. 1 let. a de la loi fédérale sur les armes, les accessoires d'armes et les munitions (Loi sur les armes, LArm) à une peine pécuniaire de 15 jours-amende et à une amende de 500 fr. Au cas où le condamné ne s'acquitterait pas de l'amende de manière fautive, la peine privative de liberté de substitution a été fixée à cinq jours (art. 106 al. 2 CP). X._ a été exempté de toute peine pour les faits en relation avec la violation des art. 123 al. 1 et 180 al. 1 CP (lésions corporelles simples et menaces), mais soumis à un traitement institutionnel dans un établissement psychiatrique ou pénitentiaire fermé ou dans la section fermée d'un établissement pénitentiaire ouvert (art. 59 CP). A.b Invité à faire exécuter la mesure institutionnelle, le directeur des établissements pénitentiaires du Valais (ci-après : EPV) a signalé, par courrier du 11 octobre 2010, que les établissements susceptibles d'accueillir ce genre de condamnés étaient pleins et disposaient d'une liste d'attente d'environ 8 mois. Par lettres des 20 octobre 2010, 22 novembre 2010, 30 novembre 2010, 26 janvier 2011 et 28 janvier 2011, X._ s'est adressé alternativement à la direction de la prison des Iles et au juge du Tribunal des districts de Martigny et St-Maurice, en requérant une réévaluation de sa détention et sa libération conditionnelle. Le 3 février 2011, il a demandé à Me Carron de bien vouloir défendre ses intérêts. Le 11 février 2011, il a signé une procuration en sa faveur aux fins de "le défendre vis-à-vis de toutes autorités pénales et d'exécution, prendre connaissance de tous ses dossiers, entreprendre toute démarche pour sa libération ou changement de détention". Par courrier du 16 février 2011, Me Carron a demandé au juge de l'application des peines et mesures une copie du dossier et une autorisation permanente de visite ; en outre, il a fait état des conditions de détention non conformes (régime strict, mesures disciplinaires vexatoires, absence de prise en charge psychiatrique sérieuse). Enjoint à s'adresser à la direction des EPV, il a réitéré sa demande auprès de cette autorité, le 17 février 2011, sollicitant alors l'assistance judiciaire, ainsi que sa désignation en qualité d'avocat d'office. Le 8 mars 2011, le directeur des EPV a signalé que X._ avait été transféré aux Etablissements de la plaine de l'Orbe (ci-après : EPO) en date du 3 mars 2011. Par écriture du 11 mars 2011, il a transmis à Me Carron une copie du dossier du détenu, l'a invité à s'adresser aux EPO s'agissant de l'autorisation de visite et a observé que, dans la mesure où la demande d'assistance judiciaire concernait la procédure de l'art. 62d CP (examen de la libération et de la levée de la mesure), celle-ci relevait de la compétence de l'autorité saisie de la procédure principale, à savoir le juge de l'application des peines et mesures. B. B.a Le 25 mars 2011, X._ a déposé devant le Tribunal de l'application des peines et mesures une requête tendant à la levée de la mesure de traitement institutionnel, subsidiairement, au remplacement de cette mesure par un traitement ambulatoire au sens de l'art. 63 CP, plus subsidiairement par un traitement institutionnel en milieu ouvert. Il a sollicité l'octroi de l'assistance judiciaire et a requis la mise en oeuvre de diverses mesures d'instruction. B.b Par décisions des 8 et 14 avril 2011, le juge de l'application des peines et mesures a exonéré X._ des frais de la procédure et désigné Me Carron en qualité de défenseur d'office, avec effet dès le 25 mars 2011. Le 20 avril 2011, X._ a recouru auprès de la Chambre pénale du Tribunal cantonal valaisan contre ces décisions d'assistance judiciaire, contestant le refus de faire rétroagir l'assistance judiciaire au 6 février 2011, date à laquelle Me Carron avait reçu la lettre dans laquelle il lui demandait de défendre ses intérêts. B.c Par décision du 19 juillet 2011, le juge de l'application des peines et mesures a admis l'audition de X._, mais a refusé les autres moyens de preuve. X._ a recouru le 28 juillet 2011 contre cette décision auprès de la Chambre pénale du Tribunal cantonal valaisan, concluant, notamment, à l'admission du recours, à l'annulation de la décision attaquée et à l'administration des moyens de preuve requis le 25 mars 2011. B.d Par décision du 22 mars 2011, le service juridique et administratif de l'exécution des peines et mesures en milieu ouvert du canton du Valais a ordonné la mise à exécution de la peine privative de liberté de substitution de cinq jours, en raison du défaut de paiement de l'amende de 500 fr., malgré deux rappels-sommations. Il a suspendu l'exécution de cette peine au profit de la mesure de traitement institutionnelle. Contre cette décision, X._ a déposé un recours auprès du juge de l'application des peines et mesures. S'étonnant que cette décision ne lui ait pas été notifiée et qu'elle ait été prise sans l'entendre, il a conclu à l'annulation de la décision attaquée et a requis l'octroi de l'assistance judiciaire pour cette procédure. Par décision du 15 juillet 2011, le juge de l'application des peines et mesures a rejeté la requête d'assistance judiciaire. Le 27 juillet 2011, X._ a formé un recours auprès de la Chambre pénale du Tribunal cantonal valaisan contre ce refus. C. Par ordonnance du 31 août 2011, le Juge unique de la Chambre pénale du Tribunal cantonal valaisan a joint les trois causes (consid. B.b, B.c et B.d) et a rejeté les trois recours dans la mesure où ils étaient recevables. D. Contre cette dernière ordonnance, X._ dépose un recours en matière pénale devant le Tribunal fédéral. Il sollicite l'assistance judiciaire. Il n'a pas été ordonné d'échange d'écritures.