Session 6 - Holographie

 

Présidents de séance :   T. Chartier - FOTON, Enssat, Lannion (F)

                                      J.M. Desse - Onera, The French Aerospace Lab, Lille (F)

 

Sont ici abordés la vibrométrie multi-points haute cadence, la création d’un réseau de diffraction pour une expérience d’holographie sans référence, les systèmes d’enregistrement holographiques photopolymères (nouveaux systèmes et applications) et l’utilisation de la microscopie holographique tomographique pour l’observation de cellules vivantes.

 

1 Vibromètre multi-points basé sur une méthode d’holographie numérique en ligne haute cadence

 

J. Poittevin (1), P. Picart (2), F. Gautier (2), C. Pezerat (1)

(1) IRT Jules Verne, Chemin du Chaffault, Bouguenais (F)

(2) LAUM CNRS, Université du Maine, Le Mans (F)

Un vibromètre multi-points haute cadence a été développé pour mesurer le champ d’une structure excitée par une force transitoire. Ce vibromètre est basé sur une méthode d’holographie numérique en ligne. Dans le cas de la vibrométrie laser, l’objet dynamique est sondé par un faisceau laser avec une haute résolution spatiale et temporelle, la méthode étant basée sur la vibrométrie laser à effet Doppler. Ici, l’holographie numérique est utilisée pour éviter tout balayage de la surface car la technique fournit une mesure plein champ, sans contact. Une séquence d’hologrammes est enregistrée avec plus de 36 000 images correspondant à une fenêtre temporelle de 0,5 s. Après traitement, les cartes de phase modulo 2p  montrent l’évolution d’un front d’onde mécanique émis au point d’excitation.

 

2 Réseau de diffraction pour holographie sans référence

 

F. Olchewsky (1), J.M. Desse (1), P. Picart (2)

(1) Onera, The French Aerospace Lab, Lille (F) 

(2) Université du Maine, LAUM, Le Mans (F)

Une expérience d’holographie sans référence a été mise en place, afin d’analyser de forts gradients d’indice dans un jet d’air supersonique. Un hologramme en réflexion est réalisé en dehors de la soufflerie sur une plaque avec une onde de référence et quatre ondes de mesures. Cette plaque est ensuite insérée dans le montage d’holographie sans référence. L’onde, qui a traversé l’écoulement, est diffractée en quatre ondes et le capteur enregistre un hologramme produit par la superposition des ordres de diffraction. La méthode a été testée pour étudier un jet d’air supersonique à 5 bar et comparée à la méthode basée sur l’interférométrie de Michelson.

 

3 Les systèmes photoamorceurs de polymérisation radicalaire: de la photochimie moléculaire à l'holographie

 

C. Ley (1), X. Allonas (1), J. Christmann (1), A. Ibrahim (1), C. Carré (2)

(1) Laboratoire de Photochimie et d’Ingénierie Macromoléculaire, Mulhouse (F)

(2) FOTON, Enssat, Lannion (F)

Différents photopolymères présentent des propriétés spécifiques intéressantes pour être mis en œuvre en tant que support d’enregistrement pour l’holographie, en particulier lorsqu’il s’agit d’une résine photopolymérisable où un système photosensible est associé à un ou plusieurs monomères. L’activation de la réaction inhomogène de polymérisation nécessite l’introduction de composés photoamorceurs qui voient leurs propriétés modifiés sous l’effet de la lumière et qui génèrent alors différentes espèces (espèces radicalaires, acides et bases). On peut ainsi décrire : - les photoamorceurs de type I, actifs dans le domaine de l’ultra-violet ; - les photoamorceurs de type II, sensibles du proche UV jusqu’à l’infra-rouge, mais qui présentent l’inconvénient d’être moins efficaces que les systèmes de type I ; - et les systèmes 3 composants (photosensibilisateur, coamorceur et additif), qui sont photocycliques. Ce sont ces derniers qui conduisent aux systèmes les plus efficaces du point de vue de l’holographie.

 

 

4 Photopolymères et holographie : exemples et retombées

 

C. Carré (1), C. Ley (2), Y. Renotte (3), P. Smigielski (4)

(1) FOTON, Enssat, Lannion (F)

(2) Laboratoire LPIM, Université de Haute Alsace, Mulhouse (F) 

(3) HOLOLAB, Dept AGO, Université de Liège (BE)

(4) Club CMOI, Mulhouse (F)

Cette présentation propose un bilan des travaux dédiés au développement de matériaux photopolymérisables pour l’enregistrement holographique, avec des retombées dans les domaines du stockage de l’information, de la protection des objets ou de la création de composants optiques diffractifs. Trois exemples sont plus particulièrement présentés, qui reposent sur des systèmes photopolymérisables à base d’acrylates, un matériau sol-gel hybrides en association à un photoresist et un système composite photopolymère/cristal liquide.

 

5 Microscopie holographique tomographique pour une observation quantitative, tridimensionnelle et non-invasive des cellules vivantes

 

S. Equis, B. Dalla Piazza, Á. Hernández Prieto, S. Pop, L. Pollaro, N. Pignier, Y. Cotte

NANOLIVE S.A., EPFL Innovation Park, Chemin de la Dent d'Oche 1a, 1024 Ecublens (CH)

 La microscopie holographie numérique permet de mesurer l’épaisseur optique de la cellule in vitro de manière non-intrusive et avec une grande bande passante temporelle. Elle n’offre pas de manière directe une reconstruction tridimensionnelle de la structure interne. La microscopie à fluorescence combinée à la microscopie confocale autorise quant à elle de restituer cette structure tridimensionnelle, mais sur des échantillons, qui sont des cellules mortes ou génétiquement modifiées. La combinaison de la microscopie holographique avec un système de balayage spatial permet de restituer la structure interne tridimensionnelle de la cellule de manière non intrusive. Le principe du système consiste à éclairer l’échantillon avec un faisceau laser collimaté incliné à 45°, angle proche de l’angle d’ouverture de l’objectif de la collection de la lumière diffusée par l’échantillon. Les hologrammes sont enregistrés alors que le bras de balayage effectue une rotation complète autour de l’axe optique de l’objectif. Cette nouvelle technique ouvre la voie à l’observation et la mesure de l’activité cellulaire en temps quasi-réel. Les applications sont nombreuses telles que pour le suivi de la réaction cellulaire à des molécules dans la recherche pharmaceutique et cosmétique ou l’aide au diagnostic en oncologie.

 

Session 7 - Green & Biophotonique

 

Présidents de séance : D. Aït - LIGHTVISION, Courbevoie (F)

                                    S. Equis - Nanolive SA, Ecublens (CH)

 

Dans cette session, sont abordés des problèmes liés à l’analyse des tissus biologiques, la caractérisation par spectroscopie optiques des jambons, la détection de colonies bactériennes, l’étude du rôle des frustules des diatomées, la détection de la contamination moléculaire et particulaire d’équipements sensibles de satellites, ainsi qu’à l’élaboration de capteurs en optique intégrée à base de verres de chalcogénures pour la détection des polluants dans le moyen-infrarouge.

 

1 Interaction Laser Tissu Biologique : Effet du rayon du faisceau sur la profondeur de pénétration

 

J.Y. Le Pommellec, J.P. L’Huillier

Arts et Métiers ParisTech - LAMPA, Angers (F)

L’étude numérique et semi-analytique portant sur l’analyse de la pénétration d’un faisceau lumineux dans un tissu biologique est intéressante, sachant qu’elle pourrait permettre d’optimiser certains traitements médicaux. Il serait pertinent de comparer également l’absorption du tissu en fonction du taux d’hémoglobine, de mélanine et d’eau. De plus, l’approche expérimentale réalisée avec du lait doit désormais être complétée par des essais sur des tissus.

 

2 Prédiction du rendement technologique des jambons par spectroscopie optique : mise en place et validation en contexte industriel 

 

R. Le Page (1), J.M. Goujon (1), L. Poffoz (1), A. Vautier(2), T. Lhommeau (2)

(1) FOTON, Enssat, Lannion (F)

(2) IFIP Institut Technique du Porc, Le Rheu (F)

La méthode proposée pour optimiser le rendement de fabrication des jambons s’appuie directement sur une analyse spectrométrique réalisée grâce à des sondes de surface et de pénétration, suivi d’un traitement de spectre par une méthode d'apprentissage automatique. Ce procédé remplacerait les méthodes actuelles basées sur l’analyse du pH et permettrait d’avoir une meilleure prédiction, et ainsi d’optimiser le procédé de transformation de la viande. Toutefois, deux questions très pratiques sont posées : comment passer au travers de la couenne et comment remplacer la profondeur de pénétration de la sonde ?

 

3 Recalage d’images haute résolution de boites de Pétri pour le suivi de croissance de colonies bactériennes

 

M. Betzner (1,2), J. Pierquin (2), S. Kohler (1), A. Dieterlen (1)

(1) MIPS, Université de Haute-Alsace, Mulhouse (F)

(2) Advencis SAS, Mutzig (F)

L’approche proposée par le MIPS pour la détection de micro-colonies de bactéries est intéressante car elle fait appel à du traitement d’images couleur haute résolution. Le problème rencontré par l’équipe porte principalement sur la méthode de recalage de l’image et la recherche de points de références. Le recalage doit être effectué sur quelques pixels sur des images de près de 100 millions de pixels. Deux méthodes ont été utilisées et permettent d’avoir des recalages corrects de 50 % et 80 %. Le laboratoire étudie de nouvelles techniques, telles que la correction des appariements multiples et la prise en compte des rotations et des déplacements complexes.

 

4 Le rôle optique du frustule des diatomées 

 

P.E. Durand (1), K. Heggarty (2), A. Leynaert (3)

(1) Lab. de Mathématiques de Bretagne Atlantique & Lab. de Biotechnologie et Chimie Marines, UBS Lorient (F)

(2) Dpt d'Optique - Télécom Bretagne, Plouzané (F) 

(3) Lab. des Sciences de l'Environnement Marin, IUEM, Plouzané (F)

Les diatomées, micro-algues unicellulaires, jouent un rôle important dans l’écologie et la chaine alimentaire marine. Ces organismes, enveloppés dans un squelette externe de silice appelé frustule, tirent leur énergie de la lumière solaire via la photosynthèse : la capture de la lumière est donc primordiale. Afin d’étudier les effets optiques observés ou prédits au niveau de ces frustules, sont ici utilisés des petits disques de verre perforés ou non avec des trous de l’ordre du µm, afin d’observer comment est diffusée la lumière au travers des trous. Malheureusement, il n’a pas été observé de focalisation de la lumière blanche sur une distance comprise entre 0 et 200 µm. L’expérience doit être approfondie sachant que la structure des frustules des diatomées est bien plus complexe que le modèle considéré.

 

5 Imagerie hyperspectrale de la fluorescence des éléments organiques 

 

F. Bourcier (1), D. Faye (1), P. Le Nouy (2)

(1) Laboratoire Intégré d’expertise, CNES, Toulouse (F)

(2) ALTEN SO : Bâtiment Ampère, Labège (F)

L’étude porte principalement sur le dégazage lié à la contamination moléculaire (et particulaire) d’équipements sensibles de satellites. Les travaux expérimentaux ont été faits avec un instrument hyperspectral large bande couvrant l’UV, le visible et le très proche IR, permettant de détecter la fluorescence des contaminants et de les localiser. Les travaux menés ont permis de définir un instrument portable pour effectuer les analyses sur site et qui serait un outil d’aide à la décision avant tout démontage coûteux ou prélèvement de matière sur une optique sensible.

6 Capteur en optique intégrée à base de verres de chalcogénures pour la détection des polluants dans le moyen-infrarouge

A. Gutiérrez (1), E. Baudet (2), L. Bodiou (1), J. Lemaitre (1), I. Hardy (1), J. Charrier (1), V. Nazabal (2), P. Girault (1), N. Lorrain (1), M. Guendouz (1), B. Bureau (2)

(1) FOTON, Enssat, Lannion (F)

(2) Institut des Sciences Chimiques, Université de Rennes 1, Rennes (F)

Ces travaux ont permis de concevoir un capteur optique à base de verre de chalcogénures. Ces capteurs ont été spécifiquement adaptés aux mesures dans le MIR pour l’analyse de polluants dans l’atmosphère terrestre. La propagation guidée par verre de chalcogénures a pu être démontrée en injectant de la lumière du moyen infrarouge. Les travaux menés dans cette expérience devraient conduire à un capteur spectroscopique par onde évanescente fonctionnant dans le MIR.