Un tomographe pour scanner l'intérieur des matériaux
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L’EPFL s’est dotée d’un tomographe unique en Suisse. Cet appareil permet de livrer des images à très haute résolution de l’intérieur d’un matériau. Conçu pour le domaine de l’ingénierie, il peut aussi être utilisé en sciences de la vie, en archéologie et en histoire de l’art.
Comment voir l’intérieur d’un morceau de béton sans le détruire? Réponse: en le radiographiant. Pour cela, les ingénieurs ont recours à un tomographe, une sorte de scanner à rayons X offrant des images dont la résolution peut atteindre jusqu’à quelques microns pour des objets de petite dimension. L’EPFL vient de faire l’acquisition d’un appareil de ce type, unique en son genre en Suisse.
Un tomographe s’apparente à un scanner médical. Il est toutefois adapté aux matériaux, et non aux organismes vivants. Explications de Pascal Turberg, collaborateur scientifique à l’Institut d’ingénierie civile et au Laboratoire des systèmes écologiques: «Contrairement au scanner dans lequel le patient est immobile, le tomographe irradie un objet qui tourne sur lui-même. L’appareil permet de récolter plusieurs milliers d’images d’un matériau et, donc, de reconstituer sa structure interne en trois dimensions, couche par couche, et ce avec une grande précision.»
Observer la déformation d’un matériau
Sur le scan d’un cylindre de béton, par exemple, de multiples nuances de gris apparaissent à l’image. Les points noirs montrent la porosité naturelle ou les fractures du matériau, le vide, les points les plus clairs, ses agrégats et les tons intermédiaires, son ciment. L’hétérogénéité, la qualité et les imperfections de l’intérieur du matériau apparaissent ainsi en toute transparence.
L’usage de telles images recèle de nombreuses applications. Les ingénieurs pourront par exemple effectuer des «expériences couplées» pour tester la réponse des matériaux à diverses sollicitations: ils pourront scanner un élément de métal, de bois ou de béton, lui faire subir des déformations, le scanner à nouveau, et suivre ainsi son évolution jusqu’à sa fracturation. L’observation de la déformation d’un matériau en direct est aussi possible. Ce genre d’images permet aux ingénieurs de confronter leurs modèles numériques théoriques avec les observations réelles effectuées sur le matériau.
De nombreuses applications
A l’EPFL, le potentiel d’utilisation du tomographe est élevé. Plusieurs facultés sont concernées, notamment l’ENAC, qui est à l’origine du projet et dont les locaux abritent l’équipement, les Sciences et techniques de l’ingénieur (STI) et les Sciences de la vie (SV). «Le tomographe permet de vérifier la qualité d’un matériau et d’en contrôler le processus de fabrication, à l’exemple d’une soudure, en électronique. Au niveau des sciences de l’environnement, on peut imaginer scanner des roches, des végétaux, des sédiments de rivières… L’appareil peut aussi tester la résistance de nouveaux matériaux composites destinés à l’architecture ou à la fabrication de prothèses médicales», détaille Pascal Turberg.
Ce dernier espère également voir fleurir des collaborations en dehors de l’EPFL. Selon le chercheur, les archéologues, les historiens de l’art et les restaurateurs d’art y trouveront aussi un intérêt: «Nous avons déjà eu plusieurs contacts avec des personnes souhaitant tester l’appareil. Dans sa catégorie, cet instrument est ce qui se fait de mieux sur le marché. Il complète donc parfaitement les autres types de scanners auxquels nous avons accès pour nos recherches, notamment, ceux des Centres hospitaliers universitaires romands ou du Paul Scherrer Institute. Ce qui est novateur ici, c’est la conjonction d’un rendu d’image à très haute résolution et d’un design adapté aux objectifs de recherche de l’ingénierie.»
Plateforme de réservation/contact pour les personnes intéressées à utiliser le tomographe