Longtemps cantonnées au secteur de l’observation astronomique, les technologies optroniques terahertz (THz) intéressent depuis quelques années de nouveaux secteurs d’application notamment celui de l’évaluation et du contrôle non destructifs (E&CND). Certaines étapes technologiques ont été franchies, de plus, des composants et systèmes répondant aux attentes des secteurs scientifiques et industriels sont désormais proposés.
La meilleure compréhension interne des nouveaux matériaux et de leurs performances, l’optimisation de la mise au point de procédés de fabrication à l’aide d’une information au cœur de la matière sont au cœur de ces attentes, expliquant, par la même, cette recherche permanente de nouveaux moyens d’inspection et de caractérisation de la matière.
Cette recherche se justifie aussi par la diversité des problématiques matière ou procédé à étudier mettant à contribution non pas une technologie de contrôle mais des technologies complémentaires.
Parmi les technologies existantes d’E&CND, les technologies THz se distinguent par leur dualité à plusieurs niveaux; en premier lieu, de par leur situation dans le domaine électromagnétique, entre deux mondes, celui des radiofréquences et celui de l’optique, les technologies THz empruntent au premier le caractère pénétrant dans les matériaux diélectriques et au deuxième la capacité de focalisation et d’accès à une certaine résolution spatiale submillimétrique ; en deuxième lieu, elles présentent des fortes aptitudes à l’imagerie pénétrante tout en proposant une pertinence spectroscopique.
Propriétés physiques intéressantes des ondes térahertz (THz)
• Dans le spectre électromagnétique, les ondes THz sont situées entre les infra-rouges et les micro-ondes ; 1 THz (=10^12Hz) correspond à une longueur d’onde de 300 µm. Les ondes THz pénètrent un grand nombre de matériaux (avantages par rapport aux infra-rouges) et fournissent une résolution spatiale supérieures aux micro-ondes.
• La profondeur de pénétration est relativement importante pour beaucoup de matériaux diélectriques comme les plastiques, les céramiques, le plâtre, le papier, le carton, les textiles… L’imagerie THz permet d’analyser la structure interne des matériaux pour détecter et localiser en profondeur leurs défauts, inclusions, contaminations… ou caractériser leurs propriétés physiques. La mesure d’épaisseur TeraHertz permet quant à elle d’accéder aux valeurs d’épaisseur individuelle d’un matériaux multicouche.
• Beaucoup de substances comme les médicaments, les stupéfiants, les agents explosifs… soumises au rayonnement THz présentent des signatures spectrales caractéristiques en raison de modes d’excitation de leur arrangement moléculaire. Ainsi la spectroscopie THz permet l’identification de substances ou leur caractérisation chimique (composition, arrangement spatial moléculaire…)
• La propagation des ondes THz dans l’air, même humide, ne présente pas d’atténuation importante ; cette propriété confère aux technologies THz un caractère de mesure sans contact (avantage par rapport aux ultra-sons) très utile pour le contrôle de pièces de grandes dimensions ou le contrôle temps réel de produits sur une ligne de production.
• Les ondes THz ne sont pas ionisantes ; les niveaux d’énergie engendrés sont de l’ordre de 4meV pour 1 THz, loin des niveaux d’énergie des rayons X (≈KeV). L’énergie du photon THZ est comparable à ce que l’on reçoit par rayonnement thermique d’une pièce à 20°C.