Développements applicatifs dans le domaine des ondes terahertz. Application de l'imagerie Radar pour le contrôle non destructif et de la spectroscopie terahertz à la bio-détection

par Adrien Chopard

Projet de thèse en Lasers, Matière et Nanosciences

Sous la direction de Patrick Mounaix et de Jean-Paul Guillet.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système (laboratoire) et de Test par faisceau laser des circuits intégrés et systèmes électroniques (LASER) (equipe de recherche) depuis le 08-10-2018 .


  • Résumé

    Pour soutenir les normes élevées de construction et de réparation de pièces composites, de nouveaux tests non destructifs (NDT) sont recherchés pour compléter les outils classiques existants tels que les Rayons X, les tests Ultrasoniques (UT) et en thermographie Infrarouge (IRT). L'utilisation des ondes THz ou millimétriques (entre 100 et 300 GHz), devient réalisables pour une imagerie haute résolution sans contact en particulier des applications typiques avec des matériaux composites utilisés dans l'aéronautique ou l ‘automobile. Ces matériaux composites sont utilisés sur les marchés commerciaux de l'avionique dans des parties telles que le radome, le stabilisateur vertical et horizontal de la queue et certaines parties des ailes Le THz appliqué à NDT est capable de surmonter les limitations que les techniques conventionnelles de NDT rencontrent dans certaines circonstances. Notre projet consiste à développer un radar modulé en fréquence capable de détecter la majorité des défauts présents dans les matériaux composites aéronautiques, tels que les délaminations, déformations, et les inclusions matérielles. De plus cette solution offre ce potentiel en fournissant des mesures sans contact (inconvénient des ultra sons) sans impliquer de risques pour la santé de l'opérateur ou des personnes à proximité de la configuration de mesure. Une attention sera donc fournie à la fois sur le hardware mais aussi sur le pilotage et la synchronisation de la mesure. En deuxième lieu, des études en spectroscopie seront menées sur des objets d'intérêt pour en extraire des fréquences optimales ciblant des applications biomédicales. Par exemple, deux hormones, estradiol et sulfate d'estrone, présentent des signatures spécifiques dans le domaine THz. Une méthode basée sur la spectroscopie THz grâce à l'utilisation de deux sources fines à hautes puissances, centrées sur ces raies d'absorptions, pourrait donc s'avérer être une méthode concluante pour une discrimination. Une illumination au travers des zones d'intérêt de l'œuf permettrait cette analyse non invasive. Une étape préliminaire des différents composants de l'œuf dans le domaine Terahertz permettra tout d'abord de valider la faisabilité d'un tel système et demandera une mise en relation avec les différents acteurs du secteur d'élevage. La deuxième étape sera la calibration et les performances à pouvoir différencier les espèces chimiques. Des études statistiques associés à des modèles de chimiométrie permettront d‘élaborer des modèles. Après l'obtention de ces résultats, une phase de mise en place d'un banc d'essai pour des tests de validation en laboratoire permettra de mettre en application la discrimination par l'utilisation de sources THz continues hautes puissances centrées sur les raies d'absorptions caractéristiques des composants hormonaux. En cas de résultats probants, le développement d'un système compact et adapté à l'industrie pourra être envisagé.

  • Titre traduit

    Application developments in the field of terahertz waves. Radar Imaging for Non Destructive Testing and Spectroscopy Terahertz for Bio-Detection


  • Résumé

    To support the high standards of composite part construction and repair, new non-destructive tests (NDTs) are being developed to complement existing conventional tools such as X-ray, Ultrasonic (UT) and Infrared (IRT). The use of THz or millimeter waves (between 100 and 300 GHz), becomes feasible for a non-contact high resolution imaging, in particular typical applications with composite materials used in the aeronautics or the automobile. These composite materials are used in commercial avionics markets in such areas as radome, vertical and horizontal stabilizer of tail and wing parts THz applied to NDT is able to overcome the limitations that conventional NDT techniques encounter under certain circumstances. Our project is to develop a frequency-modulated radar capable of detecting most of the defects present in aeronautical composite materials, such as delamination, deformation, and material inclusions. Moreover, this solution offers a large potential by providing contactless measurements (ultra sonic inconvenience) without implying any health risks for the operator or the people close to the measurement configuration. Attention will be given both on the hardware but also on the control and synchronization of the measurement. Second, spectroscopic studies will be conducted on objects of interest to extract optimal frequencies targeting biomedical applications. For example, two hormones, estradiol and estrone sulfate, have specific signatures in the THz domain. A method based on THz spectroscopy through the use of two high power fine sources, centered on these absorption lines, could thus prove to be a conclusive method for discrimination. An illumination through the areas of interest of the egg would allow this non-invasive analysis. A preliminary step of the various components of the egg in the Terahertz domain will first of all make it possible to validate the feasibility of such a system and will require a link with the different actors of the breeding sector. The second step will be calibration and performance to differentiate chemical species. Statistical studies associated with chemometric models will make it possible to develop models. After obtaining these results, a phase of setting up a test bench for laboratory validation tests will make it possible to implement the discrimination by using high-power continuous THz sources centered on the laser lines. characteristic absorptions of hormonal components. In the case of conclusive results, the development of a compact system adapted to the industry may be considered