Le rayonnement X permet de scruter la mati\u00e8re, que ce soit pour des applications m\u00e9dicales ou pour contr\u00f4ler des pi\u00e8ces industrielles. Mais les d\u00e9tecteurs de rayons X sont encombrants, ce qui limite leur usage m\u00e9dical, sp\u00e9cialement pour des endoscopies. Les scientifiques cherchent donc \u00e0 les miniaturiser, ce qui est loin d’\u00eatre \u00e9vident. En effet, la d\u00e9tection est indirecte : les rayons X sont d’abord absorb\u00e9s par un mat\u00e9riau luminescent (un scintillateur), qui lui-m\u00eame \u00e9met alors des photons de lumi\u00e8re visible d\u00e9tect\u00e9s par une cam\u00e9ra ou un photod\u00e9tecteur. Or, \u00e0 petite \u00e9chelle, un scintillateur n’\u00e9met que tr\u00e8s peu de photons, et dans toutes les directions : difficile pour une cam\u00e9ra de d\u00e9tecter le faible flux qui parvient jusqu’\u00e0 elle !<\/p>\n
Des chercheurs ont pourtant trouv\u00e9 une solution fond\u00e9e sur l’utilisation d’une antenne optique qui redirige et canalise les photons \u00e9mis par un scintillateur miniature. Ce dispositif ultra-compact rend possible la d\u00e9tection de rayonnements X dans des volumes de seulement quelques microm\u00e8tres cubes.
\nInvent\u00e9 par une \u00e9quipe du laboratoire Femto-ST (CNRS\/Universit\u00e9 de Franche-Comt\u00e9\/UTBM\/ENSMM) en collaboration avec des chercheurs du CiNaM (CNRS\/AMU) et de l’Institut Utinam (CNRS\/Universit\u00e9 de Franche-Comt\u00e9), il est construit sur une fibre optique de quelques dizaines de microm\u00e8tres de diam\u00e8tre. A une extr\u00e9mit\u00e9 de la fibre, les chercheurs ont fait cro\u00eetre une micro pointe de polym\u00e8re. Par-dessus cette structure, ils ont greff\u00e9 un fragment minuscule de scintillateur, puis ont recouvert le tout d’une fine couche de m\u00e9tal afin de finaliser l’antenne optique dont le r\u00f4le est de canaliser la lumi\u00e8re, comme le font les antennes cornets pour les micro-ondes. Quand le fragment de scintillateur re\u00e7oit des rayons X, il \u00e9met alors de la lumi\u00e8re que l’antenne redirige vers la fibre. Il ne reste plus qu’\u00e0 placer un d\u00e9tecteur de lumi\u00e8re \u00e0 l’autre extr\u00e9mit\u00e9 de cette fibre.
\nL’id\u00e9e \u00e9tant d’aboutir \u00e0 un dispositif industrialisable, la r\u00e9alisation de l’antenne optique sur la fibre par photo polym\u00e9risation, tout comme le greffage du scintillateur, sont des proc\u00e9d\u00e9s qui permettraient de produire en s\u00e9rie et \u00e0 bas co\u00fbt.<\/p>\n
La d\u00e9monstration a \u00e9t\u00e9 effectu\u00e9e avec des rayons X basse \u00e9nergie de 10keV (eV = electronvolt, une unit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie utilis\u00e9e en physique et en chimie). Pour envisager des applications m\u00e9dicales, l’\u00e9quipe veut maintenant passer le cap des hautes \u00e9nergies allant de quelques dizaines de keV pour la radioscopie, \u00e0 plusieurs centaines de keV pour des applications th\u00e9rapeutiques.
\nA plus long terme, les chercheurs ont d’autres id\u00e9es. Ainsi, les antennes optiques pourraient permettre de r\u00e9duire le d\u00e9lai entre l’absorption des rayons X et l’\u00e9mission de lumi\u00e8re par le scintillateur, et d\u00e9boucher sur des d\u00e9tecteurs de rayons X beaucoup plus rapides. Par ailleurs, alors que sa r\u00e9solution spatiale est aujourd’hui de l’ordre du microm\u00e8tre, de nouvelles proc\u00e9dures permettraient de descendre jusqu’\u00e0 100 nanom\u00e8tres. Une perspective serait d’utiliser le d\u00e9tecteur comme une sonde de microscopie \u00e0 balayage pour, par exemple, analyser localement la composition chimique de mat\u00e9riaux composites.<\/p>\n
Ces travaux ont \u00e9t\u00e9 financ\u00e9s par le Labex Action et un projet a \u00e9t\u00e9 d\u00e9pos\u00e9 \u00e0 l’ANR par l’\u00e9quipe de recherche afin d’explorer ces nouvelles voies scientifiques et applicatives.<\/p>\n