Dans un aéroport, chaque bagage – à main ou en soute – fait l'objet d'un contrôle minutieux, afin de déterminer l'éventuelle présence d'armes, d'explosifs ou de stupéfiants. À cet effet, Smiths Detection, leader mondial des technologies de détection, en particulier à destination de l'aviation, des ports et des frontières, de la sécurité urbaine et de la défense, équipe de nombreux aéroports mondiaux avec des scanners à rayons X, permettant d'identifier un objet en profondeur de façon fiable et rapide.
De la transmission à la diffraction des rayons X
Traditionnellement, ces appareils utilisent l'imagerie par transmission.
« Il s'agit d'émettre des photons, via des sources de rayons X, et d'observer ceux qui sont passés à travers les objets examinés, grâce à des détecteurs », explique Loïck Verger, responsable de partenariats industriels pour l'activité imagerie X et gamma au CEA-Leti. « Cette analyse nous permet alors de recréer une image de contraste des objets, en 2D ou 3D. »
Néanmoins, les informations fournies par un tel scanner ne s'avèrent pas toujours suffisantes pour déterminer avec précision la nature d'un objet. Par exemple, deux liquides différents, dont la densité est similaire, sont susceptibles de s'afficher de la même manière. Et dans un aéroport, en cas de doute, un opérateur doit ouvrir le bagage et procéder à un contrôle manuel, ce qui induit une perte de temps et un risque d'erreurs humaines. Des limites qui peuvent être dépassées en analysant la diffraction des rayons X aux petits angles, à l'aide de détecteurs spectrométriques innovants.
« Parmi les photons émis, certains vont "rebondir" sur les objets et voir leur trajectoire déviée selon un petit angle, et ce, sans perdre d'énergie »,
développe Loïck Verger. « Cette information est caractéristique de la matière traversée. Par conséquent, en détectant correctement ces photons et en mesurant leur énergie avec précision à des angles donnés, il est possible d'en déduire la signature moléculaire caractéristique des distances interatomiques. »
Cette information, plus précise que celle fournie en imagerie par transmission, permet ainsi d'examiner rapidement un bagage, sans devoir l'immobiliser et l'ouvrir.
Le nouveau scanner SDX 10060 XDi, présenté en première mondiale au Passenger Terminal Expo, du 16 au 18 avril 2024, à Francfort
Un module de détection développé par le CEA-Leti
C'est pour déployer cette innovation au sein de ses produits que Smiths Detection s'est rapprochée du CEA-Leti. Une collaboration entamée dès 2010 et qui a dernièrement abouti au lancement d'un nouveau scanner, le SDX 10060 XDi, reposant sur la diffraction des rayons X.
« Le module de détection que nous avons dimensionné par simulation, intégré, testé et transféré à Smiths Detection se compose d'un détecteur semi-conducteur CdZnTe fonctionnant à température ambiante, d'un "ASIC" – un circuit intégré permettant d'extraire les très faibles signaux – développé initialement par le CEA-Irfu pour l'astrophysique spatiale et d'un traitement du signal spécifique »,
décrit Loïck Verger.
Chaque scanner embarque ainsi plusieurs modules de détection, auxquels s'ajoutent des algorithmes de traitement de l'information et des générateurs de rayons X. L'équipement est aujourd'hui commercialisé, après avoir obtenu l'aval des organismes de régulation et les certifications les plus exigeantes quant à la détection de substances illicites.
Module de détection CEA-Leti comprenant un détecteur semi-conducteur CdZnTe, un ASIC et un traitement du signal
La technologie, développée par le CEA et protégée par quinze brevets, a été transférée à Smiths Detection dans le cadre d'un accord de licence.
"Cette technologie de détection nous a permis de réaliser une nouvelle géométrie de scanner permettant des vitesses de balayage plus rapides pour des coûts de système et de maintenance nettement inférieurs à ceux qui auraient été possibles avec des détecteurs cryogéniques",
explique Jens-Peter Schlomka, responsable R&D pour la diffraction chez Smiths Detection.
Néanmoins, son application ne se limite pas à la sécurité des aéroports et s'étend jusqu'au secteur médical. En effet, le CEA-Leti envisage l'utilisation de cette technologie en imagerie moléculaire, en particulier pour la théranostique – une nouvelle approche médicale visant à privilégier le développement simultané des aspects de diagnostic et de thérapeutique en médecine nucléaire.
« Ces applications n'ont rien à voir »,
note Loïck Verger. « Cependant, elles reposent sur le même principe : un détecteur à semi-conducteur, associé à un circuit intégré ASIC et à un traitement du signal. »