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Les applications du térahertz

Le térahertz, un monde de possibilités.

Terahertz
Dominique Conti
Date  Juin 2022

Les ondes térahertz peuvent pénétrer une large variété de matériaux non conducteurs, telles que les tissus, le papier, le carton, le bois, le plastique, la mousse, la céramique et même les murs. Elles sont capables d’identifier les matériaux cachés derrière des obstacles et de les détailler couche par couche. Elles permettent ainsi d’imager, d’identifier et d’analyser un large spectre d’empreintes térahertz.  

Grâce à leurs propriétés uniques, les ondes THz sont d’un grand intérêt pour une multitude d’applications. Elles sont non ionisantes, c’est-à-dire qu’elles n’altèrent pas les objets qu’elles traversent, et donc pas nocives pour la santé. À la lecture de cet article vous découvrirez des exemples concrets d’applications du THz.

Le contrôle de sécurité

Afin de détecter des menaces terroristes dans des lieux à fort achalandage, les sacs et bagages sont généralement inspectés aux rayons X alors que les personnes passent dans un portique détecteur de métal. Toutefois, les détecteurs de métal sont incapables de repérer les dispositifs explosifs à faible densité métallique ou les armes de poing sans métal. Une fouille sommaire peut permettre de trouver ces objets, mais en raison du fort volume d’entrées, les gens sont fouillés seulement si une alarme est déclenchée ou s’il y a un quelconque soupçon. 

La technologie térahertz est à la base du développement de plusieurs outils permettant de détecter, sans contact, les menaces sur les individus, tels que : 

  • Les scanners corporels intégrés dans des portiques qui sont utilisés en complément des détecteurs de métal comme outil de fouille sommaire sans contact, 
  • Dans un futur proche, les voyageurs qui franchissent un contrôle de sécurité pourraient être soumis à une fouille sommaire sans contact effectuée à l’aide d’un appareil portatif d’imagerie active THz à haute résolution,
  • Dans les lieux à fort achalandage comme les aéroports, une caméra de surveillance opérant dans le domaine THz permettrait d’identifier les menaces beaucoup plus tôt, avant même qu’elles arrivent au contrôle de sécurité.

La technologie térahertz utilisée dans un contexte de contrôle de sécurité permet d’améliorer l’efficacité des contrôles de sécurité par la détection d’un plus grand nombre de menaces et de réduire les occurrences de fouille par palpation qui s’avèrent intrusives pour ceux qui les subissent et souvent gênantes pour ceux qui les pratiquent. Pour en savoir plus sur les applications de sécurité du térahertz, visionnez le webinaire Éliminer l’inconfort sans compromettre la sécurité pendant la fouille-palpation manuelle.

L’inspection du courrier

De nos jours, la vaste majorité des menaces qui arrivent par courrier sont des poudres, des liquides ou des dispositifs électroniques qui se trouvent dans des enveloppes ou de petits colis. Puisque la plupart des matériaux d’emballage utilisés sont transparents aux ondes THz, des systèmes d’inspection du courrier opérant dans ce domaine ont récemment fait leur apparition sur le marché. Ils permettent d’observer en toute sécurité le contenu d’une enveloppe ou d’une boîte à travers plusieurs couches visuellement opaques de papier, carton, plastique, mousse, tissu, etc.

Pour en savoir plus découvrez la solution Mailsecur développée à partir d’une technologie de INO. 

L’astronomie

Les astronomes ont été parmi les premiers à s’intéresser au potentiel des ondes THz. Depuis plusieurs années déjà, des télescopes terrestres et spatiaux détectent le rayonnement THz provenant du cosmos afin d’étudier les débuts de l’univers. Les signatures spectroscopiques obtenues révèlent la présence d’éléments chimiques et de molécules qui ne peuvent être détectées dans d’autres bandes spectrales dont l’infrarouge lointain.

Les sciences de la vie

La technologie térahertz a aussi de nombreuses applications dans le domaine des sciences de la vie. En voici quelques exemples : 

  • Malgré leur faible pénétration dans les tissus biologiques composés majoritairement d’eau, les ondes térahertz sont utilisées dans plusieurs applications d’imagerie médicale ou de spectroscopie THz qui utilisent cette propriété à leur avantage. Elles permettent aussi bien la détection de cancers invisibles, la détection des caries naissantes sous l’émail des dents, l’étude de l’hydratation des tissus ou des cellules, que l’analyse des altérations structurales des molécules comme les glucides, protéines, les cristaux de cholestérol ou l’ADN.
  • Dans le domaine pharmaceutique, la spectroscopie THz-TDS permet d’étudier le polymorphisme structural des médicaments. Différentes formes spectrales d’ingrédients pharmaceutiques actifs (IPA) ont déjà été identifiées par l’analyse THz. On utilise aussi les THz pour caractériser les comprimés à libération prolongée (CLP) qui sont constitués de différentes substances pharmaceutiques actives (comprimés multicouches). L’intérieur du comprimé est sondé par des impulsions laser ultracourtes qui sont plus ou moins réfléchies par chacune des couches en fonction de leur indice de réfraction. Cela permet de former une image contrastée de manière non destructive. Cette technique d’imagerie térahertz pulsée (ITP) a l’avantage de fournir des informations quantitatives sur les propriétés de ces revêtements : épaisseur de l’encapsulation, reproductibilité, distribution et uniformité de l’enrobage.

L’environnement

Le pouvoir discriminant des ondes THz devrait permettre la détection à distance de gaz polluants ou toxiques dans l’atmosphère par spectroscopie d’absorption. Plusieurs gaz comme le disulfure d’hydrogène ou l’ozone produisent un spectre d’absorption typique dans le domaine THz alors qu’ils sont difficilement détectables dans le visible ou l’infrarouge. C’est aussi le cas d’agents chimiques ou biologiques létaux dont le gaz moutarde, le sarin et l’anthrax qui présentent une signature THz unique. 

Pour détecter ces substances à plusieurs dizaines de mètres de distance, il faut illuminer la scène avec un faisceau THz suffisamment puissant pour que l’énergie réfléchie par les molécules du gaz revienne jusqu’au détecteur. Le défi est de taille puisque la plage spectrale d’intérêt coïncide avec celle où l’air est très absorbant, causant une forte atténuation du signal. Les efforts de développement se poursuivent, autant du côté des lasers THz puissants et compacts que des détecteurs spectroscopiques ultra sensibles.

Les télécommunications

Le THz devrait jouer un rôle déterminant dans le développement des réseaux sans fil du futur qui devront satisfaire une demande de bande passante en forte croissance. Les fréquences THz étant supérieures à celles des ondes radio et Wi-Fi présentement utilisées, elles devraient permettre d’atteindre des débits de transmission de données significativement plus élevés (> 10 Gbit/s).  

Les ondes THz faciliteront aussi les communications satellites sans perte sur de longues distances. 

La culture et histoire

Puisque l’utilisation des ondes térahertz n’altère pas les objets qu’elles traversent, une des applications phare de la technologie térahertz est de réaliser l’inspection d’échantillons sans les détruire. Cela offre la possibilité d’inspecter 100% de composants ou de produits assemblés, emballés ou pas, pour détecter les défauts de fabrication et assurer le contrôle qualité. 

Dans de nombreuses industries telle que l’industrie manufacturière, pharmaceutique ou encore de transformation alimentaire, la technologie térahertz permet de détecter des erreurs de production avant que cela n’impacte la chaine de production afin de réduire les coûts associés à la non-qualité et livrer de meilleurs produits aux clients. On pourrait éviter les essais destructifs dans un grand nombre de situations en mettant à profit le pouvoir pénétrant des ondes THz.  

Pour en apprendre davantage sur l’utilisation de la technologie térahertz pour contrôler la qualité des assemblages et des produits emballés, lisez l’article de blogue L’imagerie térahertz : pour une inspection en profondeur et sécuritaire en temps réel. 

Les solutions d’inspection faisant appel aux ondes THz ont l’avantage d’être sécuritaires pour les travailleurs qui les utilisent puisque l’énergie émise dans le spectre THz n’est pas ionisante. Ces solutions sont donc plus simples et moins coûteuses à mettre en place qu’un système utilisant des rayons X. Des systèmes compacts sont déjà sur le marché, incluant des appareils portatifs mieux adaptés à certaines applications.  

La technologie térahertz permet de voir à travers certaines matières comme le plastique. Apprenez-en plus sur son utilisation pour l’inspection non destructive des pièces de plastique, en visionnant le webinaire Comment détecter instantanément les défauts cachés dans la masse lors de la production de pièces de plastiques. 

Les applications de la technologie térahertz sont variées et touchent une multitude d’industries. L’innocuité et le pouvoir de pénétration couche par couche des ondes térahertz en font un outil d’inspection non destructif et de détection sans contact dont la valeur dans de nombreux domaines d’applications n’est plus à prouver.

À propos de l'auteur

Dominique Conti

Gestionnaire marketing et analyse d’affaires

Après près de 10 ans passés en agences de communication et d’événement en France et au Canada, Dominique Conti travaille pour plusieurs entreprises canadiennes œuvrant dans des domaines reliés aux applications de l’optique, avant de rejoindre l’INO en septembre 2020. 

Elle est détentrice d’un baccalauréat en administration des affaires de Kedge Business School à Marseille et cumule plus de 25 années d’expérience, en marketing BtoB dans le domaine des hautes technologies. 

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