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3 mars 2019

Traitement de l’image moderne appliqué à la radiographie neutronique


Catégorie : Stagiaire


Encadrement: AntoineDrouart(DRF/IRFU/DPhN),JérômeBobin(DRF/IRFU/DEDIP), Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers

CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex

Contact : antoine.drouart@cea.fr
Niveau du stagiaire : M1 ou M2, universitaire ou école d’ingénieur. Durée : de 3 à 6 mois.

 

La neutronographie, ou radiographie neutronique, consiste à réaliser une image 2D d’un objet traversé par un flux de neutrons en mesurant les différences d’absorption et de diffusion de ces particules lors de la traversée des matériaux. Les neutrons qui traversent l’objet sont capturés par une couche de gadolinium, qui se désexcite en émettant des électrons, qui illuminent à leur tour un film argentique. C’est un contrôle non- destructif et ces images possèdent des caractéristiques extrêmement intéressantes, très différentes de celles obtenus par radiographie X, du fait des propriétés de l’interaction neutron-matière. En effet, les neutrons, essentiellement sensibles à l’interaction nucléaire, sont affectés par les éléments chimiques légers (surtout hydrogène), présents notamment dans les matières organiques, alors que les éléments plus lourds, comme les métaux, leur sont transparents. Ils permettent d’imager des substances organiques à l’intérieur d’objets métalliques. Ainsi la neutronographie trouve-t-elle des applications uniques en science des matériaux, en ingénierie, en archéologie ou dans l’étude d’œuvres d’art.
Les installations pratiquant la neutronographie sont traditionnellement localisées auprès des réacteurs nucléaires de recherche, ceux-ci fournissant une source abondante de neutrons de faible énergie (E<0,5 eV). Toutefois, ce type de réacteurs se fait de plus en plus rare, une grande partie d’entre eux arrivant en fin de vie. Ainsi le réacteur de recherche Orphée a-t-il fermé en octobre 2019, alors qu’il était la seule installation de neutronographie en France. De nouvelles sources alternatives sont en cours de développement, basées sur les neutrons émis lors de réactions nucléaires produites par un faisceau de particules (par exemple des protons) accélérées, comme le projet SONATE. Ces nouvelles installations ont l’avantage d’être moins chères et plus souples que les réacteurs nucléaires, mais fournissent des flux de neutrons significativement moins élevés. Pour éviter des temps de mesures trop longs, il est nécessaire d’utiliser des technologies d’imagerie plus sensibles que les films argentiques. Une de ces technologies est « l’Image plate », qui est une plaque mince recouverte un substrat phosphorescent dopé en gadolinium. L’image plate est exposée au flux de neutrons, puis la radiographie est révélée et numérisée par un scanner laser. Les image plates ont la propriété d’être bien plus sensibles que les films argentiques, mais ont le désavantage d’avoir une moins bonne résolution spatiale intrinsèque (de l’ordre de 100μm, contre 25μm pour les films argentiques) et d’être plus sensibles aux bruits ambiants (gamma, neutrons rapides...). Mais on peut imaginer améliorer ces caractéristiques par un traitement de l’image adéquat. Le travail de ce stage sera d’analyser des images d’objets produites par neutronographie, à la fois avec des films argentiques et des images plates, et d’étudier les possibilités d’amélioration de ces dernières. En particulier, le problème considéré sera celui de la déconvolution d’image, afin d’améliorer la résolution spatiale des images à traiter. Pour ce faire, le stagiaire utilisera des algorithmes modernes de traitement de l’image, qui seront utilisés pour la première fois dans ce domaine d’application. Ces algorithmes seront construits à partir d’algorithmes proximaux récents, qu’il sera nécessaire d’adapter à l’application considérée: modélisation du bruit, modélisation/estimation de l’opérateur de convolution. Les algorithmes pourront être basés sur des modèles empiriques, mais aussi sur des simulations réalistes du processus d’imagerie, de l’interaction avec le neutron jusqu’au scan laser. L’objectif final sera d’évaluer la capacité des image plates à repérer des défauts caractéristiques dans les pièces étudiées.

Le stagiaire, de niveau équivalent à un M1 ou M2, sera accueilli à l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers (Irfu), sur le site du CEA Saclay. Il travaillera, pour une durée de 3 à 6 mois, au sein du département de physique nucléaire, en étroite collaboration avec le département de détection qui est expert dans le domaine du traitement de l’image. Le stage, rémunéré, doit faire partie du cursus obligatoire de l’étudiant.

 

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