L’expertise métrologique au cœur des grands projets scientifiques
Dans le monde académique, la tomographie constitue une technologie de pointe au service de la recherche et de l’innovation.
Véritable fenêtre sur la matière, elle offre une visualisation d’une précision exceptionnelle des microstructures des matériaux avancés, permettant de mieux appréhender les phénomènes complexes liés à leur élaboration et à leur mise en œuvre. De nombreuses institutions, telles que l’INSA de Lyon, ont mené des travaux de référence démontrant tout le potentiel de la tomographie pour identifier et quantifier les défauts internes et enrichir la modélisation numérique au cœur de la recherche fondamentale.
Etude de cas – La révolution numérique du musée Senckenberg
Depuis sa fondation en 1817, la Société Senckenberg pour la recherche sur la nature étudie l’évolution de la terre et l’importance de la biodiversité. Le musée d’histoire naturelle Senckenberg, situé sur le site principal de Francfort-sur-le-Main, est l’un des plus grands musées d’histoire naturelle d’Europe. Les collections scientifiques de Senckenberg qui comptent environ 41 millions d’objets sont les plus importantes d’Allemagne, et constituent, en tant qu’«archives de la vie», une base indispensable pour l’étude de notre environnement biotique et abiotique.
Un grand nombre de ces collections sont déjà accessibles en ligne et donc utilisées dans le monde entier. Les technologies numériques sont cruciales à cet égard, car la manière dont le matériel de collecte est utilisé a constamment évolué. Le progrès technique et les nouvelles méthodes d’examen permettent de tirer de plus en plus d’informations des objets. Pour la numérisation extrêmement précise des objets de recherche uniques, un TomoScope® XS Plus avec un nouveau tube sub-microfocus est utilisé, financé conjointement par des fonds du ministère hessois de l’enseignement supérieur, de la recherche, des sciences et des arts (dans le cadre de l’EFRE) et par les fonds propres de la Société Senckenberg (y compris SOSA).
L’Institut de recherche Senckenberg à Francfort-sur-le-Main (ici un Diplodocus (au centre) et un Iguanodon (à gauche)
au musée d’histoire naturelle Senckenberg est l’un des premiers utilisateurs du nouveau tube à rayons X sub-microfocus.
Le TomoScope® XS Plus avec tube à rayons X sub-microfocus
En 2017, Werth a présenté le TomoScope® XS, la première machine compacte à rayons X pour des mesures rapides avec une haute résolution structurale. La nouvelle conception du tube permet pour la première fois d’augmenter l’intervalle de maintenance de ces machines à 12 mois. Avec le premier TomoScope® XS Plus – à l’époque encore avec une tension maximale de 130 kV ou 160 kV – le volume de mesure a été quadruplé. Aujourd’hui, la machine compacte est disponible avec une tension de tube allant jusqu’à 200 kV. La tension plus élevée permet de l’utiliser même pour des pièces en matériaux denses avec de grandes longueurs radiographiques difficilement pénétrables. Aujourd’hui, Werth introduit ce type de machine avec le premier tube sub-microfocus de conception monobloc et des composants à longue durée de vie. Jusqu’à présent, les tubes sub-microfocus nécessitaient une maintenance particulièrement importante, ce qui entraînait des temps d’arrêt prolongés et des coûts élevés. Les nouveaux tubes d’une tension allant jusqu’à 160 kV permettent une grande disponibilité et des coûts de maintenance nettement inférieurs à ceux des tubes sub-microfocus conventionnels dotés d’un générateur séparé.
C’est la première fois qu’un tube sub-microfocus est également disponible dans cette catégorie de machine. La résolution structurale maximale de l’image de transmission 2D est souvent spécifiée en tant que paramètre. Pratiquement, seule la taille de la tache focale de la source de rayons X est pertinente ici, les autres variables d’influence étant largement négligées. Cela permet de qualifier de très petites valeurs numériques de quelques centaines de nanomètres. Pour le TomoScope® XS Plus avec le nouveau tube sub-microfocus, cette valeur est d’environ 0,8 µm. Cependant, la coordination correcte avec les autres composants de la machine, tels que l’axe rotatif et le détecteur, est également cruciale pour obtenir une résolution structurelle élevée dans le volume 3D.
Révéler les détails cachés du passé
Le TomoScope® XS Plus de Werth permet de numériser des pièces de collection vieilles de plusieurs millions d’années, comme cette mouche dans l’ambre, pour en faire des archives de la vie. Les yeux composés sont clairement visibles et l’épaisseur de la coquille chitineuse de 3 µm est mesurable La température a également une grande influence sur les résolutions dans la plage limite. C’est pourquoi un contrôle actif de la température à 20 °C ± 1 K est utilisé à l’intérieur de la machine. En outre, il y a une correction automatique de la dérive liée à la température.
Toutes ces mesures permettent d’atteindre une résolution structurelle de volume 3D d’environ 1 µm, qui est à peine dépassée par les systèmes conventionnels dits « nanofocus ».
Le TomoScope® XS Plus de Werth permet de numériser des pièces de collection vieilles de plusieurs millions d’années, comme cette mouche dans l’ambre, pour en faire des archives de la vie. Les yeux composés sont clairement visibles et l’épaisseur de la coquille chitineuse de 3 µm est mesurable.
En mode sub-microfocus, le tube à rayons X permet de mesurer des structures de quelques micromètres avec une résolution structurelle volumique très élevée. Un mode haute puissance est également disponible et permet des mesures rapides et à haute résolution d’objets dont les structures ne mesurent que quelques dizaines de micromètres, avec les temps de mesure courts habituels des machines Werth TomoScope®.
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