1.1 Techniques de mesure par rayons-X
1.1.3 Radiographie `a Rayons-X
1.1.3.3 Le tomographe ULg420kV
Le tomographe ULg420kV est compos´e d’une source RX et d’un d´etecteur lin´eaire, dispos´es sur un bras manipulateur, et d’un plateau tournant. Le g´en´erateur du tomographe est un g´en´erateur de type Baltograph CS450A `a potentiel constant, fabriqu´e par la soci´et´e Balteau NDT, en Belgique. Il est constitu´e de deux unit´es haute tension, utilisant du gaz SF6 comme isolant. Ce g´en´erateur permet de travailler entre 30 et 420 kV.
La source de rayons-X (Ssur la figure1.14) est un tube bipolaire TSD420/0 (Balteau NDT), muni d’un syst`eme de refroidissement `a l’huile et `a l’eau, qui produit un faisceau plan angulaire de 40˚ d’ouverture. La tˆache focale minimum produite repr´esente une surface de 0.8 x 0.8 mm2 selon la norme IEC336-EN12543. Son intensit´e peut ˆetre modul´ee de 2 mA `a 8 mA suivant la tension utilis´ee. Un collimateur en plomb permet d’obtenir un fin faisceau plan de 1 mm d’´epaisseur.
1.1 Techniques de mesure par rayons-X Chapitre 1. M´ethodes de caract´erisation
Le d´etecteur lin´eaire (D) est un X-Scan 0.4f2-512-HE fabriqu´e en Finlande par la soci´et´e Detection Technology. Il s’agit d’un banc de 1280 photodiodes coupl´ees chacune `a un scintillateur de type CdWO4. Le d´etecteur fait 512 mm de long avec un pas de 0.4 mm, un pixel de 0.3 mm de largeur et de 0.6 mm de haut. Le temps d’int´egration peut ˆetre fix´e entre 0.67 et 15 ms et sa gamme dynamique est de 12-bits. Les caract´eristiques du d´etecteur et du manipulateur permettent d’obtenir des images de sections droites dont les pixels ont une dimension de 360µm x 360µm.
Figure 1.14: Sch´ema repr´esentant le tomographe ULg420kV. (S) Source RX, (D) D´etecteur lin´eaire, (A) Bras ´el´evateur ou manipulateur, (R) Plateau tournant, (B) R´eseau de cˆables d’alimentation articul´e
Le manipulateur du tomographe, dessin´e par Pro Actis (Belgique), est constitu´e de deux parties, un bras manipulateur (A), supportant la source et le d´etecteur, et un plateau tournant (R), sur lequel est fix´e l’objet scann´e. Le bras manipulateur est une structure m´etallique rigide assurant l’alignement horizontal entre la source et le d´etecteur. Il est fix´e au chariot ´el´evateur (C) dont le d´eplacement vertical est guid´e par deux rails de pr´ecision.
Le d´eplacement du chariot est obtenu avec grˆace `a une vis h´elico¨ıdale (V) entraˆın´ee par un moteur de pr´ecision coupl´e `a un variateur de fr´equence.
La source (S) est aliment´ee via un r´eseau de cˆables articul´e (B) permettant de suivre le d´eplacement du bras manipulateur. Le plateau tournant (R) assure la rotation de l’objet scann´e grˆace `a un moteur de pr´ecision coupl´e `a un g´en´erateur de fr´equence contrˆol´e par le syst`eme d’acquisition de donn´ees de l’appareil. Le syst`eme ainsi pr´esent´e permet la r´ealisation de scan de sections droites horizontales d’objets dont le diam`etre peut atteindre 0.45 m et la hauteur 3800 mm (Toye et al.(2005)).
Le tomographe est install´e dans un local en b´eton haute densit´e. Par ailleurs, une plaque de plomb est dispos´ee derri`ere le d´etecteur afin d’´eliminer tout risque de radiation
`a l’ext´erieur. Outre ces protections, des boutons d’arrˆet d’urgence sont dispos´es de mani`ere
`a couper le circuit d’alimentation de l’appareil en cas de disfonctionnement ou d’erreur de manipulation et ainsi pr´evenir tout d´egˆat mat´eriel.
Programmation des mesures
La configuration du d´etecteur lin´eaire (param´etrage, calibrage) est r´ealis´ee sur PC via le logiciel “Soft-Lyser”. Comme on peut le voir sur la figure1.15, la fenˆetre de travail de ce logiciel est divis´ee en trois sous-fenˆetres :
– Fenˆetre gauche : cette fenˆetre repr´esente une pr´evisualisation de la capture effectu´ee permettant ainsi de s’assurer que les donn´ees acquises sont coh´erentes (exemple : absence d’obstacle entre la cible et la source d’´emission de rayons X) ;
– Fenˆetre sup´erieure droite : elle reprend les param`etres de configuration du d´etecteur.
(exemple : Integration Time est le param`etre le plus important, il permet notamment de configurer le temps d’int´egration du d´etecteur, ce qui a pour but d’am´eliorer la qualit´e de la projection) ;
– Fenˆetre inf´erieure droite : dans cette fenˆetre se trouvent les param`etres permettant de modifier l’aspect de la fenˆetre de visualisation (nombres de bits,...).
Le programme d’aquisition des donn´ees permet ´egalement de r´ealiser une succession de scans de type radiographique sur la hauteur totale d’un objet. Les radiographies obtenues directement par le programme d’acquisition peuvent alors ˆetre visualis´ees et post-trait´ees sous Matlab (Images Analysis TOOLBOX).
1.1 Techniques de mesure par rayons-X Chapitre 1. M´ethodes de caract´erisation
Figure 1.15: Fenˆetre de contrˆole du logiciel d’acquisition du tomographe ULg420kV Mode op´eratoire du tomographe ULg420kV
Deux modes de fonctionnement sont possibles, le mode tomographique (scan angulaire avec rotation du plateau tourant, figure1.16) qui ne sera pas utilis´e dans ce travail et le mode radiographique (scan vertical sans rotation du plateau tournant,figure1.17).
Figure 1.16: Sch´ema du fonctionnement du tomographe ULg420kV en mode tomographique
Afin de r´ealiser la radiographie d’un objet, le plateau tournant doit tout d’abord ˆetre d´esactiv´e. L’utilisateur choisit ensuite la position verticale de d´epart, celle d’arriv´ee ainsi que le pas de d´eplacement du bras manipulateur. En fonction du pas choisi, le nombre de projections `a r´ealiser est calcul´e et la position d’arriv´ee modifi´ee (si n´ecessaire). La vitesse de d´eplacement du bras manipulateur est alors fonction du temps d’int´egration de chaque radiographie et du pas vertical de d´eplacement entre deux radiographies successives. Le temps d’int´egration est choisi en fonction du mat´eriau composant l’objet scann´e afin d’obtenir une radiographie de bonne qualit´e. Le pas de d´eplacement vertical est choisi `a son minimum, soit 0.4 mm car la distance entre deux photodiodes du d´etecteur est ´egalement de 0.4 mm, ce qui permet d’obtenir un pixel de 0.4 mm de cˆot´e. Bien sˆur, l’objet n’´etant pas positionn´e directement devant le d´etecteur et la source ´etant de type “fan-beam”, une compensation devra ˆetre r´ealis´ee sur la dimension horizontale du pixel.
Un deuxi`eme choix est possible, il s’agit d’une radiographie temporelle o`u pour une position verticale choisie, un nombre de projections est r´ealis´e pour un pas de temps donn´e (correspondant au temps d’int´egration choisi). Cette m´ethode est utilis´ee afin d’observer les fluctuations temporelles des ´ecoulements ´etudi´es.
Figure 1.17: Sch´ema du fonctionnement du tomographe ULg420kV en mode radiographique