6 bonnes raisons d’aller voir l’ExoConférence d’Alexandre Astier

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Depuis le temps qu’on me parle de l’ExoConférence d’Alexandre Astier ("ExoConf" pour les habitués), j’ai cédé à la pression populaire et je suis allé voir le spectacle vendredi dernier (merci pour les places Rodolphe, c’est con que t’aies préféré Gérardmer). Bon, ben je vous le dis tout net : c’est bien. Et ça c’est chiant. C’est chiant parce que je ne vais pas pouvoir jouer mon snob, comme  je
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Le scanner à rayons X de demain ? (1/2)

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Des chercheurs essaient de comprendre depuis quelques années les mécanismes à l’oeuvre lorsqu’on déroule un rouleau de scotch. Ne riez pas, ça mènera peut-être à une nouvelle technologie de scanners à rayons X. Mais pour voir en quoi cette nouvelle technologie est intéressante, voyons d’abord comment fonctionne les scanners actuels…

La première génération : les tubes de Crookes

Les tubes à rayons X actuels, qui servent à faire des radiographies, fonctionnent peu ou prou de la même façon depuis un siècle, avec la première radiographie prise par Wilhem Röntgen. A cette époque, on utilisait les tubes de Crookes, du nom de leur inventeur, William Crookes. Ceux-ci sont constitués d’une ampoule en verre dans lequel on a fait un vide partiel, d’une centaine de Pascals à l’époque à quelques dixièmes de Pascals aujourd’hui. Ces tubes sont parfois encore utilisés pour des applications spécifiques, mais on leur préfère généralement les tubes de Coolidge.
Un tube de Crookes en fonctionnement

Les tubes de Coolidge, le niveau supérieur

Par la suite, ces tubes ont été améliorés, et William Coolidge – oui, encore un William, mais ne vous inquiétez pas, c’est le dernier de ce post – propose ce qu’on appellera les tubes de Coolidge en 1913. Il s’agit encore d’un tube, mais avec un vide plus poussé, de l’ordre de du micropascal. Ce tube comprend un filament servant de cathode et une plaque métallique faisant office d’anode. Lorsque le filament est chauffé, des électrons sont éjectés dans de multiples directions ; cependant, le champ électrique intense entre la cathode et l’anode accélère ces électrons vers l’anode. Deux phénomènes peuvent mener à la production de rayons X : (1) la trajectoire initiale des électrons est courbée par le champ électrique (2) les électrons entrent en collision avec les atomes de l’anode. x-ray-diagram.jpg
On peut distinguer sur ce schéma la cathode, le faisceau d’électrons, l’anode, et les rayons X émis (source)
Dans le premier cas, il s’agit d’un phénomène que les scientifiques appellent par le nom barbare de Bremsstrahlung (ou rayonnement de freinage dans la belle langue des Fatals Picards). Lors que les électrons sont déviés, quelle qu’en soit la raison, ils perdent de l’énergie : celle-ci est émise sous la forme d’ondes électromagnétiques dont des rayons X. Dans le deuxième cas, les électrons peuvent être absorbés par des atomes de l’anode, mais seulement s’il a la bonne quantité d’énergie. Une fois absorbé, l’atome est excité, et peut être désexcité en émettant justement un rayon électromagnétique d’énergie précise, notamment des rayons X. coolidgege.jpg
Un tube de Coolidge, où l’on distingue à gauche, au sein de l’ampoule, l’anode, et sur la droite, le filament servant de cathode (source)

L’utilisation en radiographie médicale

Pour une radiographie médicale, on préfère avoir des rayons X d’énergie précise, pour avoir des radiographies de bonne qualité, et dans une seule direction, afin de concentrer les rayons vers le patient. Ainsi, les rayons X produits par le Bremsstrahlung dégradent le plus souvent les images, et on essaie de filtrer tous les rayons X d’énergie à éviter grâce à des blocs solides placés à la sortie du faisceau. Dans l’une des configurations les plus courantes (les tubes à fenêtre latérale), on place l’anode avec un certain angle par rapport au faisceau d’électrons, si bien que la plupart des rayons X de collisions partent dans la direction du patient. Intuitivement, on l’aurait placée à 45°, mais la réalité physique est un peu plus compliquée, et la “meilleure” valeur se situe plutôt autour de 10 degrés. De plus, on place des collimateurs, c’est à dire des blocs de plombs, pour filtrer les rayons X qui ne partent pas tout à fait dans la bonne direction. Un élément qui va capter les rayons X est placé de l’autre côté, derrière le patient. Pour une radiographie simple, ça peut être un simple négatif de photographie qui va s’assombrir lorsque des rayons X l’atteignent. Cependant, on utilise de plus en plus des capteurs numériques pour obtenir directement une image sur ordinateur.
Le principe de fonctionnement expliqué en à peine plus d’une minute.

Un problème ? Quel problème ?

Si ces tubes parviennent à faire des images de haute qualité aujourd’hui, le rendement énergétique est effroyable :
  • On dépense beaucoup d’énergie pour chauffer un filament, et une petite partie de cette énergie sert effectivement à éjecter des électrons
  • Parmi les électrons émis, (quasiment) seuls ceux qui vont effectivement rentrer en contact avec l’anode pour produire des électrons seront réellement utiles.
  • Parmi les rayons X émis par l’anode, on ne prend que ceux qui partent dans la bonne direction
Ces effets combinés font que plus de 99% de l’énergie consommée par l’appareil ne sert pas à produire de rayons X utiles… En d’autres termes, un appareil de radiographie, c’est une sorte de gros chauffage électrique. De plus, la demande énergétique empêche d’alléger l’appareillage et de le rendre facilement utilisables dans une ambulance par exemple (les Petites Curies étant plutôt des appareils pour transporter des appareils de radiologie sur place). Les appareils actuels sont donc en pratique souvent massifs, peu transportables. x-ray-machine.jpg
Photo d’un appareil de radiographie médical typique (source).
Cependant, comme dit au début de ce billet, des chercheurs ont récemment proposé une façon bien différente de faire des radiographies… Continue reading

L’intrication quantique [Vidéo]

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Aujourd’hui une vidéo sur un phénomène bien mystérieux : l’intrication quantique. Comme toujours quand je traite de sujets de ce type en vidéo, j’aime bien apporter quelques compléments et précisions par écrit, qui je l’espère viendront éclairer ceux qui se posent encore des questions après le visionnage de la vidéo. Comme d’hab, c’est un peu […]
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Beautiful Science 6

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2015 fut pourrie, et 2016 commence mal. Mais il n’y aucune raison pour que le reste de l’année ne soit pas abracadabrantesque ! Enfin sauf si elle fait "pshitt" #lol #chirac. Je l’entame avec nouvel épisode de rhino et de Beautiful Science. Le principe, qui vaut un succès grandissant à cette rubrique cotée en bourse, reste inchangé : des images scientifiques, liées par leurs formes, couleurs et
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La philosophie des lumières : empirisme et rationalisme

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L’année 2015 a été proclamée année internationale de la lumière par l’ONU. D’aucuns jugeront qu’elle n’a pas tenu ses promesses tant on a connu d’années moins sombres, et je ne les contredirai pas sur ce point. En tout cas il y a certainement une promesse qu’elle n’aura pas tenue, qui est celle que je m’étais faite à moi même de publier pour l’occasion un article sur ce blog sur le thème de la philosophie des lumières. Qu’à cela ne tienne, 2016 y remédiera avec ce premier article de l’année consacré au débat entre rationalisme et empirisme.
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Sélection scientifique de la semaine (numéro 203)

– Astronomie : une supernova colossale détectée à 3,8 milliards d’années-lumière de la Terre. (en anglais) – L’espoir d’entrer de nouveau en contact avec le robot Philae, posé sur la comète Tchouri est de plus en plus proche de zéro. … Continuer la lecture
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Journée "Regards de Physicien(ne)s" 2016

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Le vendredi 5 février aura lieu la journée “Regards de Physicien(ne)s” de la Société Française de Physique. Lors de cette journée, il y aura une remise du prix “Jeune Chercheur” de la Société Française de Physique pour la thèse que j’ai effectuée à Lyon. La journée “Regards de Physicien(ne)s” de l’année 2016 se déroulera au CNAM, à Paris, le vendredi 5 février de 11h30 à 18h.
Si vous n’avez pas assisté aux précédentes éditions, il s’agit d’un évènement avec des séminaires donnés par des orateurs sélectionnés pour leur réputation d’excellent communicant scientifique. Il s’agit aussi d’un lieu d’échange informel avec des scientifiques de renom. Voici le sujet des séminaires:
  • Les neutrinos: messagers de l’infiniment grand et de l’infiniment petit (Antoine Kouchner)
  • Planetterrela : une expérience d’astrophysique en laboratoire, qui simule entre autre les aurores polaires (Carine Briand)
  • Recherches sur l’enseignement de la physique : objets, enjeux et méthodes (Cécile de Hosson)
  • Faire de la Science avec Star Wars (Daniel Suchet)
Je reviendrai spécialement de Montréal pour cette journée, car il y aura, à 15h, la remise du prix “Jeune Chercheur” de la SFP récompensant la thèse que j’ai effectuée à Lyon, consacrée à des applications en acoustique médicale de la force de Lorentz. Je ferai d’ailleurs une courte présentation de mes travaux de thèse. L’entrée est libre et gratuite, et il y aura un buffet gratuit le midi. Si vous êtes lecteur de ce blog, ça peut être l’occasion de se rencontrer ! Plus de détails peuvent être trouvés à l’adresse officielle : Regards de Physicien(ne)s 2016 Au plaisir de vous y voir ! logo_sfp.png
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