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Sondage et analyse non destructifs de matériaux

Analyse multi-échelle de milieux fortement diffusant : application au traitement d’eau potable.

Ce projet concerne l’étude du processus de colmatage des matériaux membranaires polymériques de filtration d’eau potable par des techniques optiques, novatrices dans le domaine des procédés membranaires et des techniques de microscopie qui permettent une analyse multi-échelle des états de surface (du mm avec la profilométrie en lumière blanche (WLI) au nm avec la microscopie à force atomique (AFM)).

Métrologie des dimensions critiques : scatterométrie et développements avancés


L’analyse de la lumière diffractée par des structures sub-longueur d’onde permet de reconstruire la forme et la composition de la structure. Cette reconstruction nécessite la combinaison d’une mesure ellipsométrique précise du champ diffracté, de calculs électromagnétiques rigoureux et
d’une méthode d’inversion. Cette technique est depuis peu utilisée dans l’industrie de la microélectronique où elle remplace avantageusement la microscopie électronique à balayage pour la métrologie de dimensions critiques.

Métrologie optique des objets du patrimoine


L’aspect visuel des instruments de musique est lié à la constitution fine de ses traitements de surface (vernis, pigments...). Le but de ce projet est de proposer des outils de caractérisation non destructifs du volume, de l’état de surface et de la stratigraphie.

Diagnostic optique pour le biomédical

Analyse multi-échelle de milieux faiblement diffusant : application à l’étude de la transparence cornéenne


Ce projet concerne le suivi de l’évolution de l’oedème cornéen à travers l’analyse de ses propriétés de diffusion et de ses modifications de structure. Cette approche consiste à lier, par la modélisation, deux techniques expérimentales : la Tomographie de Cohérence Optique (OCT) et la diffusion angulaire. Tandis que l’imagerie tridimensionnelle permet d’analyser à l’échelle du micron l’évolution de la structure cornéenne avec l’œdème, la quantification de cet état d’œdème est réalisée via une mesure angulaire ou intégrée du niveau de diffusion. Ces études, corrélés avec des mesures de transparences, sont réalisées dans l’espace réfléchi afin d’être transférées pour du diagnostic in vivo.

Imagerie de polarisation

Sonder les tissus biologiques en profondeur : utilisation de la polarisation elliptique


L’imagerie optique est un outil précieux pour l’exploration fonctionnelle, non invasive, des tissus biologiques. Basée sur une illumination en champ large du tissus et une détection macroscopique du signal réfléchi par la surface à l’aide d’une simple caméra CCD, cette technique est largement utilisée en neurosciences (imagerie du cortex exposé en réponse à des stimuli), en ophtalmologie (imagerie de la rétine) ou en oncologie (détection et suivi longitudinal de cancers de la peau, col de l’utérus…) car elle permet une visualisation directe des variations locales de propriétés optiques, en particulier le coefficient d’absorption. Cependant, du fait de la forte diffusion des tissus biologiques, les images ainsi collectées sont des projections bidimensionnelles de signaux provenant à la fois de la surface et du volume examiné : toute information sur la localisation de la source produisant les variations du signal est ainsi perdue.
Nous proposons une technique de filtrage polarimétrique permettant de remonter à l’information sur la profondeur de tissus sondé selon l’ellipticité de la polarisation de l’illumination. Intuitivement, à travers un milieu diffusant, la lumière polarisée va maintenir plus ou moins son état de polarisation initial selon le nombre d’événements de diffusion ou d’absorption. Une étude théorique réalisée sur une large gamme de propriétés optiques (Fig. 1), nous a permis de montrer que plus l’ellipticité de la polarisation de la lumière est grande, plus le volume sondé est grand, avec une profondeur de pénétration directement contrôlable par un simple réglage des éléments optiques du système imageur. Cette technique a été testée in vivo pour l’examen du cortex d’un rat.

Mammographie photoacoustique


Le cancer du sein est le cancer le plus courant chez la femme. La guérison dépend fortement d’un diagnostic et d’un traitement précoces. Les méthodes actuelles de dépistage en routine sont l’échographie et la mammographie par rayons x. Le développement de techniques non invasives et non ionisantes est très attendu, en particulier, pour les jeunes patientes dont les mammogrammes présentent très peu de contraste ainsi que par les patientes à risque génétique élevé (BRCA x). Notre but dans ce projet est de mettre en œuvre nouvelle technique d’imagerie non invasive, la Tomographie PhotoAcoutique (TPA), afin d’élaborer de nouvelles stratégies pour le suivi fonctionnel du cancer du sein. Le principe consiste à exciter les molécules absorbantes (hémoglobine Hb), dont la concentration augmente fortement au niveau des tumeurs cancéreuses, à l’aide d’une source lumineuse (laser). L’onde PA, générée par expansion thermo-élastique, est ensuite mesurée par des transducteurs ultrasonores large bande placés en périphérie. Les signaux PA collectés sont ensuite utilisés pour reconstruire la carte des coefficients d’absorption optique (proportionnels à la concentration locale en chromophores, ce qui rend la technique fonctionnelle, quantitative), à l’aide d’algorithmes voisins de ceux utilisés en tomographie ultrasonore. La TPA est tout à fait prometteuse puisque elle combine les avantages de deux types de sondages non invasif :
- la sensibilité de l’optique (la possibilité d’utiliser des agents de contrastes) : elle permet d’accéder à une information fonctionnelle et quantitative ;
- la haute résolution de la modalité acoustique, due à la faible diffusion des ondes acoustiques.
De plus, par rapport aux autres techniques d’imagerie, la TPA s’appuie sur des équipements simples et relativement bon marché, avec un rayonnement non ionisant.