Présentation « grandeur réelle » de la technologie LIMS à l'aide du démonstrateur d'un portique de détection pour passagers. Le spectromètre LIMS est capable de détecter d'infimes traces d'explosifs, de produits chimiques ou de drogues
Lors du dernier salon aérospatial du Bourget, à Paris, EADS a dévoilé trois nouvelles technologies de capteurs destinées à détecter les menaces – y compris chimiques, nucléaires et biologiques – pour la sécurité d'un pays.
Ces nouvelles technologies sont conçues pour assurer une sécurité maximale, tout en minimisant la gêne pour le trafic des passagers ou l'acheminement des marchandises. Les explosifs, et autres matériaux énergétiques, avec les menaces chimiques et biologiques, sont les armes de prédilection des terroristes pour les attentats de masse. EADS développe aujourd'hui des technologies capables de contrer ces menaces, avec un système de détection de traces sur les personnes et les objets ; un système d'interrogation à neutrons qui permet d'examiner les bagages et le fret ; et un système automatique pour détecter rapidement tout contaminant biologique pathogène qui serait versé dans l'eau potable.
Offrant de meilleurs niveaux de sensibilité, ces technologies permettent de réduire le pourcentage de fausses alarmes, mais aussi de diminuer très sensiblement les coûts d'exploitation par rapport aux solutions existantes. Deux des trois technologies développées – un capteur à spectromètre LIMS (Laser Ion Mobility Spectrometer) et un système de détection automatique des agents pathogènes biologiques –, sont issues des activités de développement menées dans le cadre de EADS Innovation Works, l'entité de recherche et de technologie du groupe. Quant au système d'interrogation à neutrons, il est basé sur les systèmes industriels et de dé- l'intérieur d'un objet complète le tube à neutrons miniaturisé d'ULIS fense déjà mis en œuvre par EADS SODERN. A l'heure actuelle, EADS est en quête d'accords de partenariat qui déboucheront sur l'industrialisation et la commercialisation de ces trois technologies révolutionnaires.
Le LIMS – Laser Ion Mobility Spectrometer
Au Bourget, EADS a présenté sur son stand les capacités de son portique de détection pour passagers. Le capteur utilisé est ici le spectromètre LIMS, de la taille d'un livre, capable de détecter d'infimes traces d'explosifs, de produits chimiques ou de drogue.
Lorsque la personne se trouve sous le portique, un ventilateur situé en partie haute est activé pendant une dizaine de secondes. Le flux d'air ainsi créé entraîne toutes les matières en suspension vers le bas du portique, jusqu'à un système d'échantillonnage, avant de pénétrer dans le spectromètre. Les molécules sont alors séparées en ions – des particules chargées électriquement –, au cours d'un processus que l'on nomme l'ionisation. Le LIMS soumet ensuite les différents ions à un champ électrique, dans lequel ils vont se déplacer à des vitesses différentes en fonction de leurs caractéristiques propres. C'est à partir de ce spectre de mobilité, en le comparant à une base de données mémorisée, que le LIMS peut déterminer la présence d'une substance particulière.
La véritable nouveauté de la technologie LIMS réside dans le fait que l'ionisation ne se fait pas au moyen d'une source radioactive, comme c'est habituellement le cas, mais avec un faisceau laser, d'où le haut niveau de sélectivité du détecteur, dont l'efficacité se trouve encore renforcée par la technologie de réflecteur. Ce « nez artificiel » offre une sensibilité très largement supérieure à l'odorat d'un chien. Qui plus est, il ne se fatigue pas au bout de trente minutes de recherches souvent laborieuses, comme son homologue canin.
Un détecteur de rayons gamma pour déterminer la position des matières identifiées à l'intérieur d'un objet complète le tube à neutrons miniaturisé d'ULIS
Pour les chercheurs d'EADS Innovation Works, il s'agit maintenant de poursuivre la miniaturisation du capteur LIMS afin de pouvoir l'installer dans des équipements portables similaires aux détecteurs de métaux utilisés pour assurer la sécurité en différents endroits. Les faibles besoins énergétiques du LIMS, comparativement aux autres dispositifs de détection, constitueront un avantage indéniable pour le modèle portable.
Les ébauches de cette technologie ont vu le jour dans le cadre du projet MILAN (Miniaturised Laser Ion Mobility Spectrometer for Analysis) qui a bénéficié du soutien du ministère fédéral allemand de l'Enseignement et de la Recherche, et qui a été conduit en coopération avec Bavarian Photonics, Optimare et l'université de Potsdam.
ULIS – Unattended Luggage Inspection System
Sur le stand EADS du Bourget, également, EADS SODERN a présenté une maquette de son système d'interrogation portable à neutrons, pour la détection et l'identification des explosifs, des produits chimiques et des matériaux nucléaires et radioactifs pouvant être dissimulés dans divers objets.
L'offre de produits d'EADS SODERN comporte notamment une technologie d'interrogation à neutrons utilisée dans des machines qui analysent, en temps réel, la composition exacte de matériaux comme le charbon et le ciment défilant sur une bande transporteuse. La société planche actuellement sur l'adaptation de cette technologie éprouvée à différentes applications pour la sécurité, et notamment le système ULIS. Il s'agit ici d'une valise renfermant un tube à neutrons miniaturisé, un détecteur de rayons gamma, un module électronique, des batteries et une alimentation haute tension, ainsi que deux petites caméras vidéo. La valise est reliée à un ordinateur portable déporté, afin que le système puisse être mis en œuvre à distance de sécurité.
ULIS est très simple à utiliser, et la technologie d'interrogation à neutrons offre des avantages spécifiques pour ce type d'application. Les matériaux requis pour créer le flot de neutrons sont contenus dans un générateur métallique, parfaitement étanche. L'ensemble du système est conditionné sous une forme compacte et peut opérer indépendamment d'une source d'alimentation extérieure. Aucune émission de neutrons ne peut survenir lorsque le système est éteint.
Pour examiner un bagage douteux, la valise ULIS est placée à proximité de l'objet et activée depuis l'ordinateur portable. Le tube émet alors des neutrons qui pénètrent l'objet à examiner. Certains d'entre eux interagissent avec les noyaux atomiques des différents éléments chimiques que renferme le bagage et produisent des rayons gamma caractéristiques, que capte le détecteur de rayons dont est équipé la valise ULIS. Le logiciel compare alors le spectre gamma à une « bibliothèque » de signatures répertoriées, permettant ainsi d'identifier avec certitude le contenu de l'objet ou du bagage douteux.
Le tube à neutrons du système ULIS intègre un composant supplémentaire très important : un détecteur de particules. Cet équipement s'appuie sur le fait que chaque neutron émis libère une particule alpha, en direction opposée. Le traitement ultrarapide assuré par le module électronique prend en compte cette information directionnelle et la combine à des mesures de « temps de vol » dans un algorithme de triangulation, produisant ainsi une image permettant de localiser les matières Images: EADS suspectes dans l'objet examiné. Le résultat apparaît en quelques minutes. Si aucune matière suspecte n'est trouvée, ULIS le signale clairement : « Aucune menace détectée ».
La technologie d'interrogation à neutrons permet de détecter des menaces, même au travers de cloisons d'acier de 2 cm d'épaisseur. C'est dire qu'elle est parfaitement adaptée à l'examen des conteneurs de fret. Quand il s'agit de poids lourds, la combinaison de cette technologie avec les rayons X permet de détecter des personnes ou des animaux, avant que le flux de neutrons ne soit activé. EADS SODERN développe par ailleurs un système d'interrogation à neutrons pour la détection des mines terrestres.
Schéma de fonctionnement du système ULIS : les neutrons émis traversent l'objet à examiner. Certains d'entre eux interagissent avec les noyaux atomiques des différents éléments chimiques que renferme le bagage et produisent des rayons gamma caractéristiques analysés par le système
Autre sujet d'inquiétude majeur : la sécurité de l'eau potable. La large répartition des sources d'alimentation en eau potable nécessite aujourd'hui de pouvoir détecter, en quasi temps réel, une contamination intentionnelle par des agents pathogènes. Les techniques actuelles les plus performantes pour détecter de manière certaine ces menaces biologiques nécessitent toutefois d'apporter des échantillons à un laboratoire, ce qui entraîne des délais d'un ou deux jours. Ce qui s'avère prohibitif si l'on veut disposer d'un système d'alerte véritablement réactif.
Au salon du Bourget, EADS Innovation Works a présenté un système de démonstration capable de détecter les bactéries et les organismes unicellulaires présents dans l'eau potable. Ce système réduit le temps de détection à quelques minutes seulement, et évite d'avoir à fournir des échantillons à un laboratoire. Conçu pour fonctionner automatiquement, ce système offre de surcroît de très faibles taux d'erreurs.
Le logiciel d'ULIS compare le spectre gamma relevé à une « bibliothèque » de signatures répertoriées et affiche le résultat sous forme d'une liste des matières identifiées à l'intérieur de l'objet
Au cœur du système se trouve un filtre micro-mécanique fabriqué à partir d'une galette de silicium, en mettant en œuvre des méthodes de fabrication par lots similaires à celles utilisées pour la production des circuits intégrés. Efficace et économique, cette méthode permet d'utiliser des filtres dont les pores présentent un diamètre de quelques centaines de nanomètres. Les agents pathogènes biologiques comme les bactéries et les organismes unicellulaires, dont les dimensions sont plus importantes, se trouvent donc piégés en surface des filtres, avant de pouvoir être identifiés. Cette opération est réalisée en pompant des anticorps fabriqués industriellement à travers la chambre de filtration, qui vont venir se coller aux bactéries bloquées par le filtre. Ces anticorps présentent la particularité de devenir fluorescents sous une lumière laser. La présence de bactéries est alors détectée par un photomultiplicateur qui mesure le nombre de points lumineux à la surface du filtre. Le résultat est affiché au moyen du programme logiciel qui contrôle le séquençage des valves et des pompes du système. Les bactéries et les anticorps restant à la surface du filtre micromécanique sont ensuite éliminés par rinçage, et le processus de détection peut être relancé, avec un filtre propre.
Les pores de ce filtre micro-mécanique présentent un diamètre de quelques nanomètres. Les bactéries et organismes unicellulaires se trouvent piégés à la surface du filtre et peuvent être éliminés par rinçage après leur identification à l'aide d'anticorps fluorescents et de faisceaux laser
EADS Innovation Works a présenté un démonstrateur équipé d'un filtre micro-mécanique permettant d'identifier en quelques minutes les bactéries et organismes unicellulaires présents dans des échantillons d'eau potable. Entièrement automatisé, ce système fonctionne de façon parfaitement autonome et promet des taux d'erreur extrêmement faibles
Les potentialités de développement de ce système sont considérables, puisqu'elles portent sur la détection des virus et des toxines biologiques, avec maintes applications possibles, qu'il s'agisse de surveiller les réservoirs d'eau et les systèmes de climatisation des avions, ou d'applications militaires avec les véhicules NBC et les hôpitaux de campagne. De nombreuses autres applications liées à la sécurité du territoire sont également envisageables.
Une partie des recherches conduites pour ce projet a été réalisée dans le cadre du projet GaNano de l'UE (Capteurs à base de nitrite de Gallium pour l'analyse biomédicale rapide et fiable de gouttes aqueuses de taille nano- et picométrique). Une partie des travaux portant sur la surveillance automatique de l'eau potable est financée par le ministère fédéral allemand de l'Enseignement et de la Recherche, dans le cadre du projet OptoZell.
