11
Révéler l’invisible
Interdisciplinaire
Les scientifiques de l’IN2P3 mettent en œuvre leurs connaissances des rayonnements dans l’exploration d’autres domaines scientifiques. C’est le cas de l’imagerie, qui les utilise pour voir là où le regard n’a pas accès.
Voir l’intérieur de la Terre
La radiographie des volcans...
Les muons atmosphériques sont des particules élémentaires produites dans la haute atmosphère terrestre lors de collisions entre les rayons cosmiques primaires et les noyaux d'oxygène et d'azote. Il en tombe en moyenne 1 par cm2 et par minute au niveau de la mer. Ces particules interagissent faiblement avec la matière et les plus énergétiques peuvent même traverser de grandes quantités de roches. C’est pourquoi ils sont utilisés pour radiographier des édifices archéologiques entiers, des volcans, ou encore des couches géologiques.
La tomographie terrestre
Une autre particule, le neutrino, encore plus élusif que le muon, permet de sonder le globe terrestre tout entier. Il est envisagé d’utiliser le télescope sous-marin KM3NeT/ORCA en Méditerranée au large de Toulon, pour sonder la structure interne de la Terre à partir de la mesure des paramètres des neutrinos provenant du sous-sol marin, après avoir traversé la planète de part en part.

Le télescope à muons capte le rayonnement qui traverse le volcan de part en part et permet de cartographier les diérences de densité. Ici sur le site du volcan La Soufrière en Guadeloupe.
crédits : D. Gibert - Géosciences Rennes - CNRS Photothèque et Collaboration DIAPHANE

Voir l’intérieur de la matière
Certains accélérateurs de particules développés au sein de l’IN2P3 sont utilisés pour servir de sources pour l’imagerie scientifique de pointe.
Le rayonnement synchrotron
C’est un rayonnement X très pur et intense. Il est produit par les électrons relativistes quand leur trajectoire est courbée par des aimants. Il va de l’infra-rouge aux rayons X et est mis en œuvre dans des installations de grande ampleur (ESRF, SOLEIL). Tout récemment les équipes de l’IN2P3 ont contribué au développement de la source de rayons X la plus puissante du monde (projet European XFEL).

Accélérateur linéaire de l’European XFEL
crédits : European XFEL - H. Müller-Elsner

La rétrodiffusion Compton
Source de rayons X très purs qui repose sur l’interaction entre un faisceau d’électrons relativistes et des impulsions laser. Sa mise en oeuvre, assez compacte, rend cette technologie intéressante pour des hôpitaux ou des musées. Un démonstrateur, ThomX, est en cours de construction à l’IN2P3.

Installation ThomX à IJCLab (Orsay)
crédits : P. Dumas - Photothèque CNRS

Site en construction d’ESS avec son bâtiment accélérateur qui s’étend vers le haut à gauche
crédits : Perry Nordeng - ESS

Les faisceaux de neutrons
Les neutrons traversent la matière encore plus facilement que les rayons X. Cette imagerie en pleine expansion peut être mise en œuvre en accélérant des protons qui sont ensuite convertis en neutrons. L’IN2P3 construit une partie de l’accélérateur du futur grand centre européen ESS (European Spallation Source) en Suède.
Voir l’intérieur des organismes
Certains isotopes radioactifs sont utilisés comme sonde pour explorer le métabolisme ou pour rechercher des lésions. C’est par exemple le principe de l’examen scintigraphique. Il consiste à injecter dans l’organisme d’infimes quantités d’isotopes liés à des vecteurs biologiques qui vont les acheminer spécifiquement sur les zones à visualiser. Des « gamma-caméras » vont ensuite détecter les désintégrations et permettre de cartographier les zones marquées. La combinaison de ces images scintigraphiques avec des scanners anatomiques pris aux rayons X fournit des vues morphologiques et fonctionnelles complètes.

Combinaison d’un scanner X (en gris), montrant l’anatomie, et de l'image d'un agent de contraste à base d'iode obtenue en analysant l’énergie des rayons X (en vert)
crédits : Christian Morel - CPPM IN2P3

Image TEP/TDM simultanée d’une souris marquée au [18F]-FDG acquise avec le prototype ClearPET/XPAD
crédits : Christian Morel - CPPM IN2P3

Interroger les vestiges du passé
S’appuyant sur son expertise autour des faisceaux d’ions, l’IN2P3 contribue également à l’étude des vestiges du passé. Par exemple, la technique d’analyse PIXE (Particle Induced X-ray Emission) permet d’imager précisément à l’échelle de quelques dizaines de microns la répartition des éléments chimiques présents dans des échantillons d’intérêt archéologique..

Analyse d’une tête de Saint par la technique PIXE au CENBG
crédits : Collection privée, copyright CARAA / M. Bouchard