L'infestation d'insectes devient un problème de plus en plus coûteux pour l'industrie forestière, en particulier dans les zones connaissant une augmentation des sécheresses et des vagues de chaleur liées au changement climatique. Une nouvelle technique d'imagerie térahertz pourrait aider à ralentir la propagation de ces infestations en détectant les dommages causés par les insectes à l'intérieur du bois avant qu'ils ne deviennent visibles à l'extérieur.

"Notre approche pourrait être utilisée pour détecter une infestation d'insectes à un stade précoce sur les troncs d'arbres, dans le bois importé ou sur les produits du bois à un stade d'infestation précoce, " a déclaré Kirsti Krügener, membre de l'équipe de recherche, de l'Université des sciences appliquées et des arts HAWK en Allemagne. "Cela pourrait aider à empêcher les insectes nuisibles d'autres pays d'entrer et à arrêter l'infestation avant qu'elle ne se propage dans toute la forêt."

Dans la revue Optical Society Optique appliquée , les chercheurs rapportent comment ils ont utilisé la tomographie à temps de vol térahertz pour identifier de manière non invasive des échantillons de bois présentant des dommages autrement invisibles causés par le coléoptère typographe, qui infecte les épicéas et autres conifères en Europe. Ils ont également pu reconstituer la structure interne d'échantillons de bois.

« La détection des trous de forage des insectes xylophages se fait généralement en inspectant manuellement le bois, et la superficie infectée de la forêt à éliminer est ensuite estimée, " a déclaré Krügener. " A notre connaissance, c'est la première fois qu'une méthode technique est utilisée pour détecter les forages d'insectes."

L'intégration de la nouvelle approche dans un instrument portable pourrait permettre l'évaluation d'arbres individuels dans une forêt de sorte que seuls les arbres infestés devraient être enlevés. Parce qu'il n'endommage pas l'échantillon à imager, la technique pourrait également être utile pour enquêter sur les momies, l'étude et la restauration de l'art ou pour le contrôle qualité dans l'industrie.

Voir sous la surface

La région térahertz du spectre électromagnétique se situe entre les régions micro-ondes et infrarouge. Il est utilisé pour des applications telles que les scanners corporels que l'on trouve dans de nombreux aéroports, car il ne nuit pas aux personnes ou aux matériaux examinés et peut voir à travers des matériaux tels que les vêtements, matières plastiques et végétales.

La tomographie à temps de vol térahertz fonctionne un peu comme la mesure par ultrasons dans la mesure où chaque interface au sein de l'échantillon de bois reflète une certaine quantité de rayonnement térahertz qui est détecté et analysé en fonction de son ordre temporel. Chaque tunnel souterrain réalisé par les insectes conduit à une nouvelle interface sur laquelle se réfléchit le rayonnement.

"Un échantillon infesté réfléchira plus de rayonnement térahertz qu'un échantillon non infecté car il y aura moins d'interfaces, " a déclaré Krügener. " De plus, les signaux térahertz réfléchis individuels peuvent être utilisés pour former une image d'une zone entière afin que la structure interne du bois infesté puisse être visualisée."

Au-delà des surfaces planes

Bien que la tomographie térahertz à temps de vol soit utilisée depuis près de 20 ans, jusqu'à récemment, il ne pouvait être appliqué qu'aux échantillons plats. Il y a deux ans, les chercheurs ont développé de nouvelles procédures pour utiliser un bras robotique pour numériser un échantillon de forme arbitraire point par point tout en gardant la tête de l'émetteur-récepteur perpendiculaire à, et à distance définie de, la surface de l'échantillon.

Les chercheurs ont appliqué ces méthodes pour imager des échantillons de bois avec des structures internes connues et inconnues. Ils ont comparé les résultats aux techniques tomographiques conventionnelles et ont constaté que la structure interne reconstruite à partir de signaux térahertz correspondait bien à ce qui peut être réalisé avec les rayons X ou la tomodensitométrie. Ils ont pu faire la distinction entre les échantillons infestés et non infestés en détectant des terriers de coléoptères typographes qui se trouvaient jusqu'à 1 centimètre sous la surface du bois.

"La résolution en profondeur des mesures térahertz est supérieure à celle des techniques de rayons X classiques et comparable au micro-CT, " a déclaré Krügener. " Cependant, contrairement au micro-scanner, le système térahertz peut être utilisé avec n'importe quelle taille d'échantillon."

Les chercheurs travaillent maintenant à améliorer la vitesse de mesure et d'analyse des données et développent également une analyse de données plus complexe pour rendre la méthode plus pratique pour détecter le bois infesté. Ils souhaitent également développer un instrument portable qui pourrait être utilisé sur le terrain.