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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Scanner à rayons X

Caractériser la structure interne du bois grâce aux rayons X.
Scanner a rayons X

C’est quoi ?

Le scanner permet de reconstituer une image 3D du patient ou de l'échantillon soumis à un balayage à rayons X en analysant l'atténuation des rayons X suite à la traversée du patient ou de l'échantillon.
Les rayons X sont une forme de rayonnements électromagnétiques à haute fréquence dont la longueur d'onde est comprise entre 5 picomètres et 10 nanomètres. Ils ont été découverts en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen.
Les rayons X peuvent être produits de plusieurs façons. Dans le cas de notre scanner, on utilise l'accélération d'électrons : les électrons sont extraits d'une cathode et accélérés en direction d'une anode par une tension électrique dans un tube sous vide. Le ralentissement des électrons sur les atomes de l'anode provoque un rayonnement.

Le scanner est un scanner à rayons X General Electric Brightspeed Exel (4 coupes).

Le statif est l'« anneau » constituant la partie mécanique du scanner associé à la table motorisée. Il pèse 1525kilos, dont plusieurs centaines de kilos en rotation à 2 tours/seconde lors des mesures. La table motorisée pèse 335 kg.
Les scans réalisés ont un diamètre allant de 9,6 cm à 50 cm, et la longueur maximale est d'environ 1,5 mètre.
La table accueillant les échantillons supporte un poids de 205 Kg en motorisation. Cependant, entre 180 et 205Kg, la précision des mesures se trouve réduite à +/- 1 mm, contre 0,25mm pour un poids inférieur à 180Kg.

Principe du scanner à rayons X

Pour l'acquisition, deux modes d'expérimentation sont possibles : axial ou hélicoïdal:

• Le mode axial consiste à réaliser des vues en section de l'échantillon, la table étant immobile lors de l'acquisition des données et se déplaçant entre deux mesures. L'émission de rayons X y est ponctuelle.

• En mode hélicoïdal, la table se déplace en continu durant toute l'acquisition et l'émission de rayons X est également continue.

Le tableau suivant présente les différents paramètres réglables et leurs valeurs extrêmes pour les deux modes:

Paramètres

Axial

Hélicoïdal

Temps d'acquisition / coupe

0.5 à 4 secondes

0.5 à 1 seconde

Epaisseur de coupe

0.625 à 100 mm

Intervalle

Int=Epaisseur*nbre d'images/rotations

Ep/10=Intevalle=2*Ep

Tension

80 à 10 kV

Intensité

10 à 440 mA, par pas de 5 mA

Le temps d'acquisition par coupe peut influer sur la résolution de l'image : s'il est trop court, l'image risque d'être bruitée. Le temps d'acquisition est de l'ordre du mètre par minute en mode axial (plus lent mais permettant une reconstruction volumique plus exacte).
L'épaisseur de coupe joue sur la résolution spatiale. Elle est définie en fonction de la dimension et de la configuration des détecteurs. Les configurations des détecteurs sont les suivantes : 4*3.75mm, 4*5.0mm, 1*1.25mm et 2*0.625mm. Le premier chiffre correspond au nombre de détecteur et le deuxième à l'épaisseur.
L'intervalle correspond à la distance entre deux coupes.
La tension détermine la force de pénétration des rayons X, tandis que l'intensité est reliée au débit.

A quoi ça sert ?

La densité du bois est une propriété fondamentale et très variable du bois liée à la biomasse sèche et à la teneur en eau du tissu ou du matériau.

L’analyse de ses variations à différentes échelles est un savoir-faire fondamental pour toutes nos activités. Les technologies basées sur les rayons X permettent des mesures fiables à haut débit. La tomographie permet une acquisition 3D non invasive de la structure sur des échantillons du mm3 à la grume.

Notre prestation comprend la réalisation des scans et l'archivage des données. Les résultats sont rendus sous forme de séries d'images au format .dcm (Dicom), sur un disque dur fourni par vos soins, sur un cd ou via un lien de téléchargement (selon la quantité de données).

Scanner a rayons X

Quelles thématiques /applications ?

Au sein du laboratoire, nos sujets d’études comprennent la cartographie de la densité, la répartition de l’humidité du bois et ainsi que la croissance du bois grâce à l’étude des traces raméales (branches, bourgeons).

Cette méthode d’investigation s’applique à une grande variété de matériaux, dès lors qu’ils sont non métalliques et présentent des variations de densité.

Exemple d’objets d’études scannés : statues et objets archéologiques, échantillons de sol, meule de fromage, coquilles de moule, matériau composite

Qui contacter ?

Charline Mola : charline.mola@inrae.fr – 0383394143-4120

Pour aller plus loin / Documents à consulter