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Pour la Science N°389 - mars 2010

synthese -

Le nouveau monde des ondes térahertz

Entre l'infrarouge et les micro-ondes, les ondes térahertz ont longtemps constitué un domaine en friche. Ce n'est plus le cas. Leurs applications se multiplient, du contrôle de qualité aux scanners corporels.

Patrick Mounaix
en temps réel, pour toutes les fréquences à la fois. L'acquisition d'un tel spectre térahertz permet de caractériser sur le plan physico-chimique la substance examinée.

Images et spectres combinés

En combinant imagerie et spectroscopie, on peut obtenir une série d'images du même objet, mais prises à plusieurs dizaines de longueurs d'onde différentes – qui correspondent à autant de « couleurs ». Avec une telle spectro-imagerie, il est possible d'inspecter des personnes ou des objets et d'identifier au moins une partie des substances présentes. Certains appareils sont par exemple capables de caractériser le pouvoir explosif d'un liquide contenu dans une bouteille. On peut détecter des substances dangereuses ou illicites dans le courrier postal : au Japon, certains centres de tri postal sont équipés d'un analyseur térahertz qui, à travers les enveloppes, analyse et identifie des produits douteux (tels les germes de la maladie du charbon envoyés par courrier peu après les attentats du 11 septembre 2001), sans contact ni ouverture de l'enveloppe. Il existe même des systèmes térahertz qui, à plusieurs mètres de distance, réalisent des images et détectent des drogues ou des explosifs de façon passive, c'est-à-dire en n'utilisant que le rayonnement ambiant comme source d'ondes térahertz.

L'eau et les métaux, des obstacles

Les possibilités offertes par le rayonnement térahertz sont nombreuses et alléchantes. Toutefois, il ne faut pas oublier que ces ondes souffrent de quelques inconvénients. L'un d'eux est la faible résolution spatiale, due aux lois de la diffraction et la longueur d'onde relativement élevée du rayonnement térahertz. Par exemple, à une fréquence de deux térahertz, la longueur d'onde est de 0,15 millimètre, et le pouvoir de résolution maximale est d'environ 0,25 millimètre. Mais une telle résolution suffit souvent.

Une autre limitation des rayons térahertz est qu'ils sont totalement absorbés par les matériaux à molécules polaires, l'eau en particulier, et par les bons conducteurs électriques, tels les métaux. C'est pourquoi en biologie et en médecine, l'emploi des ondes térahertz se limite aux régions superficielles, telle la peau sur une profondeur d'une fraction de millimètre, ou aux parties dépourvues d'eau, comme les dents. Toutefois, ces limitations se transforment parfois en avantage quand il s'agit de détecter un contraste lié à la présence de métaux ou d'eau, par exemple lorsqu'on veut mesurer un taux d'humidité dans des processus de fabrication ou de contrôle de qualité. Enfin, même pour les autres matériaux, la zone accessible aux rayons T est d'épaisseur limitée, ce qui est un inconvénient pour certaines analyses.

La technologie térahertz a fait beaucoup parler d'elle ces dernières années et certains se demandent : est-ce vraiment une technologie du troisième millénaire ou n'est-elle qu'un phénomène de mode ?

Le développement des lasers femtosecondes et des composants semi-conducteurs a rendu possible, vers le milieu des années 1980, un essor rapide des techniques de production d'impulsions térahertz et de détection. Du côté des sources de rayonnement, un grand pas en avant a été franchi plus récemment avec les lasers térahertz à cascade quantique. Ces émetteurs compacts

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Il y a 2 réaction(s) à cet article>> Soumettre un commentaire
Jean-Pierre Liégeois Posté le 30-03-2010 à 12:11:53
Voir dans le corps

Dans cet article, Patrick Mounaix explique que ces ondes traversent les vêtements mais ne pénètrent pas dans le corps. On peut alors se poser la question de l’utilité des scanners corporels à ondes térahertz, qui seraient incapables de détecter un objet dissimulé à l’intérieur du corps, dans la bouche par exemple. Qu’en est-il vraiment ?


Patrick Mounaix Posté le 30-03-2010 à 12:13:00
Réponse de L'auteur

Votre lecteur pose une question pertinente. Le scanner corporel basé sur des rayonnements millimétriques ne peut en effet détecter tout objet placé à l’intérieur du corps humain. La raison principale repose sur les propriétés diélectriques de nos constituants, principalement l’eau qui est un véritable rempart face à ce type de rayonnement. Cet appareillage n’a donc pas pour vocation de résoudre tous les problèmes liés à la sécurité. Il s’agit simplement d’un outil complémentaire dans l’arsenal des techniques existantes. Il permet la détection d’objets qui seraient dissimulés lors des passages en douane sur le corps du passager. Les personnes sont alors invitées à se soumettre à une fouille plus conventionnelle et s’expliquer sur leurs intentions et leurs comportements vis-à-vis des lois. Cet instrument répond essentiellement aux récentes tentatives terroristes visant à importer des espèces explosives à l’intérieur des avions de ligne (cf le cas du jeune Nigérian qui a tenté d'utiliser un engin explosif à bord d'un avion de ligne américain entre Amsterdam aux Pays-Bas et Detroit avant d'être maîtrisé par des passagers). Enfin, il est utopique de penser que ce nouvel outil mettra un point final aux risques d’attentats terroristes dans les avions de ligne. Il réduit probablement ce type d’exaction.


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PLUSIEURS AÉROPORTS dans le monde testent ou utilisent des scanners corporels à base d’ondes térahertz pour inspecter les passagers. Ces ondes traversent les vêtements mais pas le corps.

L'auteur

Patrick Mounaix est chargé  de recherche du cnrs au Centre de physique moléculaire, optique et hertzienne cpmo

Pour en savoir plus

M. A. Belkin et al., High-temperature operation of terahertz quantum cascade laser sources, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 15(3), pp. 952-967, 2009.

S. Kumar et al., 186 K operation of terahertz quantum-cascade lasers based on a diagonal design, Appl. Phys. Lett., vol. 94, 131105, 2009.

J.-L. Coutaz (sous la direction de), Optoélectronique térahertz, EDP-Sciences, 2008.

W. L. Chan et al., Imaging with terahertz radiation, Rep. Prog. Phys., vol. 70, pp. 1325-1379, 2007

P. Mounaix, Sous l’oeil des rayons T, Pour la Science, n° 338, décembre 2005.

J.-M. Courty et É. Kierlik, Pas de pudeur avec les rayons T !, Pour la Science, n° 329, mars 2005.

D. T. Emerson, The work of Jagadis Chandra Bose : 100 years of millimeter-wave research, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 45, pp. 2267-2273, 1997.

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