Superman possède un pouvoir extraordinaire: sa vision aux rayons X peut pénétrer des obstacles complètement opaques à la lumière visible, ce qui s’avère bien pratique pour voir ses ennemis à travers les murs. Toutefois, les rayons X ne sont pas les seules ondes qui permettent de voir à travers la matière. Les ondes térahertz ont aussi cette capacité. Elles permettent de voir des choses que les rayons X ne permettent pas de voir. Superman aimerait certainement détenir cette faculté.
Dans l’article qui suit, nous allons expliquer les différences entre les technologies térahertz et rayons X et les limites de chacune d'elles.
Le térahertz et les rayons x : quelles différences?
Les bandes de fréquence
Le térahertz et les rayons X sont deux technologies qui opèrent dans des gammes de fréquences du spectre électromagnétique différentes l’une de l’autre. La fréquence du térahertz, dont la longueur d’onde est supérieure à celle des rayons X, s’étend en fréquence de 0.3 THz à 10 THz, ou de 30 μm à 1 mm (1000 μm) en longueurs d’onde, bien que ces valeurs limites varient légèrement d’une référence à l’autre.
La fréquence des rayons X quant à elle s’étend entre 1016 Hz et 1020 Hz, soit plus de 10 000 THz.
Le pouvoir discriminant
Plusieurs matériaux et substances d’intérêt ont une signature spectrale unique dans le domaine THz, telles que des raies d’absorption caractéristiques ou une variation de la transparence particulière en fonction de la longueur d’onde. L’analyse de ces signatures spectrales rend possible l’identification de nombreux composants solides, liquides ou gazeux, ainsi que la caractérisation de leur composition et de leur structure.
Ce grand pouvoir de sélectivité chimique du THz a été démontré pour divers types de grosses molécules organiques : explosifs, narcotiques, ingrédients actifs des médicaments, protéines, aliments, etc.
La résolution
Les ondes du domaine THz permettent de distinguer de fins détails dans les milieux sondés. Bien que leur pouvoir de résolution ne soit pas aussi bon que ceux obtenus dans le visible et l’infrarouge, il est bien meilleur que celui des microondes dont les longueurs d’onde sont encore plus grandes. De plus, comme les ondes THz sont plus longues que celles du domaine visible ou infrarouge, le phénomène de diffusion de la lumière qui affecte le contraste et la netteté des images est réduit.
On obtient généralement une résolution spatiale de l’ordre du millimètre (ou moins) dans le THz, ce qui s’avère satisfaisant pour de nombreuses applications.
Le pouvoir de pénétration
Les ondes THz traversent facilement de nombreux matériaux non conducteurs ne contenant pas d'eau, comme les diélectriques ou les semi-conducteurs intrinsèques, parce que l’énergie des photons THz est très faible – quelques milliélectronvolt (meV). Grâce à ce fort pouvoir pénétrant, presque tous les matériaux non métalliques sont transparents dans le domaine THz : béton, brique, bois, carton, papier, mousse, tissu, plastique, etc.
Le rayonnement THz est toutefois incapable de pénétrer le métal et l’eau. Alors que le métal est très réfléchissant à ces longueurs d’onde, l’eau occasionne une forte absorption des ondes THz.
Les rayons X quant à eux se propagent dans l’eau et dans les milieux aqueux. C’est donc la technologie utilisée dans le domaine médical et dentaire pour voir à travers le corps humain dont la teneur en eau est très élevée. Toutefois, une exposition fréquente ou prolongée aux rayons X peut s'avérer dangereuse pour la santé.
La sécurité du rayonnement
Le grand avantage des ondes THz est qu’elles sont sans danger pour les personnes qui y sont exposées. Comme l’infrarouge et contrairement aux rayons X, les radiations THz sont non ionisantes : leurs photons ne sont pas suffisamment énergétiques pour déloger des électrons dans les atomes formant les molécules d’un organisme vivant, ce qui pourrait déclencher une réaction nocive. Ainsi, un système opérant dans le THz ne nécessite pas d’isolation spécifique ni d’équipement de protection supplémentaire pour éviter l’exposition aux radiations. Les ondes térahertz ne chauffent pas. Elles ne sont pas destructives ni dangereuses comme les rayons X. Pour opérer les ondes térahertz il n'est pas nécessaire de protéger les opérateurs et les objets exposés et personnes irradiées de la nocivité des rayons.
Conclusion
Bien que les ondes térahertz, tout comme les rayons X, permettent de voir à travers la matière, la résolution des images produites par le THz est moindre que celle générées par les rayons X. Toutefois, les facultés non ionisante et non invasive des ondes THz leur confèrent un réel avantage sur les rayons X dont les émissions sont nocives pour la santé pour des durées d’expositions longues ou répétées et qui altèrent à l’usage les matériaux qu’ils imagent.
Les caractéristiques intrinsèques de ces deux technologies nous conduisent à les utiliser pour des applications différentes puisque les technologies ne peuvent être substituées l’une à l’autre. Complémentaire l’une de l’autre, elles permettent d’élargir le spectre de l’imagerie dans le domaine de l’invisible. Pour en apprendre plus sur son utilisation pour l'inspection non destructive des pièces de plastique, visionnez le webinaire Comment détecter instantanément les défauts cachés dans la masse lors de la production de pièces en plastiques.
