Microtomographe à rayons X

La tomographie par absorption de rayons X est une technique non destructive qui permet l’obtention d’une image tridimensionnelle (3D) d’un objet. Son principe repose sur l’analyse de l’interaction entre un faisceau de rayons X et l’objet étudié. Celui est placé dans le faisceau,  sous différentes positions angulaires.  Pour chaque position, le rayonnement X transmis après la traversée de l’objet est enregistré par un détecteur plan. L’ensemble des radiographies ainsi obtenues est ensuite  traité et  une image 3D est reconstruite mathématiquement. A chaque voxel de l’image 3D est associé un  niveau de gris qui renseigne le coefficient d’atténuation local du faisceau incident. La tomographie à rayons X permet donc d’accéder au cœur de la matière pour en apprécier les variations d’absorptions radiologiques et les différences de composition. Elle permet également de localiser très finement toute hétérogénéité, singularité, vide ou inclusion présents dans un objet, ainsi que de vérifier l’assemblage et le positionnement des ensembles mécaniques complexes.

Ces informations  sont de première importance dans le domaine de l’élaboration des matériaux et l’étude des milieux poreux. La technique de tomographie X a donc un positionnement central  au sein de FERMAT. Ajoutons que les compétences en terme de simulations et de modélisations au sein de FERMAT permettent d’aller plus loin que la seule étude de la structure interne de l’échantillon et d’étudier par exemple ses propriétés effectives de transferts.

Par exemple, un sujet d’étude en cours porte  sur les fibres creuses polymériques obtenues  par inversion de phase. Ces fibres peuvent être utilisées dans différents procédés de séparation (filtration membranaire ou contacteur diphasique liquide/liquide ou gaz/liquide pour l’extraction ou l’absorption d’un soluté). L’optimisation de ces procédés  nécessite une bonne compréhension des écoulements et des transferts se déroulant au sein de la fibre, eux-mêmes fonctions de sa structure interne. La tomographie X permet dans un premier temps de caractériser la structure des fibres creuses (et notamment comment celle-ci dépend des paramètres du procédé de fabrication), Cf Figure 1. Dans un second temps, des simulations numériques directes sur les images obtenues permettront d’obtenir les propriétés effectives  des fibres (perméabilité, coefficient de diffusion effectif) et d’élucider le rôle de la structure sur les propriétés de transferts.

L’appareil acquis par FERMAT est le premier de ce type  sur la région Midi-Pyrénées.  Outre sa polyvalence (en terme de type d’échantillons pouvant être imagés), sa particularité est qu’il permet d’atteindre des résolutions spatiales de l’ordre du micromètre (taille du voxel), ce qui en fait un des appareils les plus performants sur le marché sur ce point. Ces potentialités en font un outil d’analyse phare au sein de FERMAT.