Chercheurs clés :

• Prof. Thomas Südmeyer ([email protected])
• Dr Maxim Gaponenko ([email protected])
• Dr Valentin Wittwer ([email protected])
• Norbert Modsching ([email protected])
• Clément Paradis  ([email protected])

Les térahertz : 

de la sécurité à la structure de l’eau

Mettre au point un laser émettant dans les térahertz, des rayonnements réputés peu nocifs situés entre les domaines des micro-ondes et de l’infrarouge, c’est le défi que relève Thomas Südmeyer dans le cadre du Pôle de recherche national (PRN) MUST (Molecular Ultrafast Science and Technology). Co-dirigé par l’ETH Zurich et l’Université de Berne, ce programme interdisciplinaire de chimie et physique étudie les processus ultra-rapides de la matière, qu’elle soit naturelle ou artificielle.

Ondes radio, micro-ondes des fours ou des téléphones portables, ondes infrarouges des télécommandes TV. Tous ces rayonnements invisibles font partie de notre quotidien. Ils ont comme point commun d’appartenir à la vaste famille des ondes électromagnétiques. Il existe pourtant une région de ce spectre qu’on ne peut pas générer aussi facilement. Il s’agit des térahertz, qui rayonnent entre les micro-ondes (domaine de la radioélectricité) et l’infrarouge (domaine de l’optique). Une propriété intéressante des térahertz est leur fort pouvoir d’absorption par les molécules d’eau, ce qui en fait un moyen d’exploration idéal des interactions entre l’eau (H2O) et d’autres composés. En utilisant des impulsions ultracourtes, il sera notamment possible d’analyser des processus chimiques extrêmement rapides tels que la manière dont un solvant se lie aux molécules d’eau. « C’est comme l’effet d’un stroboscope, illustre Thomas Südmeyer. Les impulsions très rapides permettent de révéler par une succession d’images la dynamique des liaisons entre des atomes ou des molécules. Des informations qui nous sont inaccessibles pour l’instant.»

Aux portiques des aéroports

Outre des perspectives de recherche fondamentale, une propriété des térahertz est cependant déjà exploitée commercialement : les portiques de sécurité des aéroports que des progrès récents dans la technologie des semiconducteurs ont permis de mettre au point. En effet, de nombreux matériaux non-conducteurs d’électricité sont transparents pour ces ondes. C’est le cas de la peau, du papier, du bois, du carton, du plastique et… des vêtements. D’où une application évidente pour visualiser un objet métallique caché. Et contrairement aux rayons X, les rayons T sont peu ionisants. Donc a priori inoffensifs pour la santé. Cependant, la capacité de ce scanner corporel à mettre à nu une personne sur un écran de contrôle rend visible les parties anatomiques intimes. Aussi, afin de se préserver d’une atteinte à l’intimité, les logiciels de visionnement doivent intégrer des mesures spécifiques telles que le floutage des visages.

Mais les térahertz n’intéressent pas que les spécialistes de la sécurité. Tous les domaines de la physique et de la chimie en perçoivent les avantages. Ils peuvent clairement révéler la structure fine, à l’échelle de l’atome et à distance, de n’importe quel échantillon de matière, qu’il soit solide ou liquide. La limitation actuelle tient à produire des générateurs de ces ondes et des détecteurs correspondants qui soient pratiques à utiliser et aussi financièrement abordables. Car pour ce type de recherche, les sources d’ondes compactes ultrarapides à haute puissance moyenne restent très rares, un vide que le LTF entend combler. « Le nouvel appareil que nous développons permettra d’effectuer des mesures 100 fois plus rapidement par rapport aux moyens existants, ce qui se traduit par un gain de temps considérable dans l’observation dynamique de la structure de l’eau », se réjouit Thomas Südmeyer.

En savoir plus :

www.nccr-must.ch