Imagerie térahertz 2D et 3D : application pour l’étude des matériaux du patrimoine culturel

2D and 3D terahertz imaging : application to art science

• Auteur / Autrice : Ayesha Younus
• Direction : Emmanuel Abraham, Patrick Mounaix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière et nanosciences
• Date : Soutenance le 27/09/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Delville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Menu, Pascal Desbarats
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Coquillat, Jean-Louis Coutaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antiquités (objets anciens)

Imagerie tridimensionnelle

Tomographie

Imagerie spectroscopique

Rayonnement terahertz

Mots clés libres

Térahertz

Optique

Analyse spectroscopie

Imagerie

Tomographie

Terahertz

Spectroscopy

Imaging

Tomography

Art objects

Résumé

La portée de cette thèse est de montrer le potentiel de l'imagerie térahertz (THz) pour l'évaluation non-destructive et non-invasive d’objets liés à notre héritage culturel. A cette fin, nous avons développé un spectro-imageur THz permettant une analyse spectroscopique des objets sur la gamme de fréquence 0-3 THz. Le système permet aussi de mesurer des variations d’épaisseur inférieures à 30 µm suite à une analyse du « temps de vol » lié à la propagation des impulsions THz entre l’émetteur et le détecteur. Ainsi, nous avons pu révéler des esquisses dissimulées sous diverses couches de peinture ou de plâtre. Nous avons également mis au point un scanner THz portable monochromatique pour une analyse tomographique des objets. Après une étude en laboratoire, une campagne de mesures a été réalisée au Musée d’Aquitaine (France) afin de démontrer l’intérêt de ce système de caractérisation optique 3D pour diverses pièces du musée et notamment certaines antiquités égyptiennes vieilles de 3500 ans qui ont pu ainsi livrer une partie de leurs mystères.

The scope of this thesis is to demonstrate the potential of terahertz (THz) imaging for non-destructive evaluation of various artworks associated with a complete 3D volumetric inspection. For this purpose we used a pulsed THz time-domain spectrometer and a portable millimeter continuous wave scanner. Time-of-flight of THz electric field and material dependent spectroscopic information allows the analysis of various artistic samples. THz imaging was able to reveal buried layer information, covered by several layers of painting and plaster. It was also possible to evaluate the variations of the painting thickness along with their spectroscopic features in the THz range. The portable imaging system was used for the inspection of real historical art samples preserved at museum of Aquitaine (France). THz computed tomography has been performed for visualizing volumetric objects. Different reconstruction methods have been compared in order to enhance final image quality with the optimization of the number of projections. Finally the tomographic technique was used for a complete 3D inspection of historical art objects.