Les ondes térahertz sont un nouvel outil en physique. Elles permettent entre autres de sonder la matière.
Situées entre les domaines micro-onde et infrarouge (entre 0,1 térahertz (THz) et 15 THz), les ondes térahertz sont longtemps restées une portion inexplorée du spectre électromagnétique, parce qu’il était difficile de les détecter et de les produire.
« Les impulsions lasers ultracourtes permettent maintenant de les générer et de les détecter », explique François Blanchard, chercheur à l’ÉTS qui travaille étroitement avec l’université de Kyoto, au Japon, où il a terminé un postdoctorat sur la microscopie des térahertz. « Les techniques de laser associées à ces ondes sont particulières. Elles permettent de mesurer l’amplitude et la phase de l’onde, comme pour l’électricité. Et depuis 10 ans, la recherche dans le domaine explose ! »
L’intérêt ? Les applications sont nombreuses, car ces rayons passent à travers plusieurs matériaux opaques, comme le plastique, le papier, le bois ou les vêtements. « Mais elles sont moins énergétiques et donc en principe moins dangereuses que les rayons X, poursuit-il. Ces ondes sont fortement absorbées par l’eau. Elles ont donc un grand intérêt en médecine pour, par exemple, visualiser les cellules cancéreuses de la peau, puisque ces dernières n’absorbent pas les ondes de la même manière que les cellules saines. »
Jusqu’ici, les térahertz ont surtout été utilisées dans le domaine de la sécurité des transports. De nombreux voyageurs s’y sont déjà exposés dans les aéroports, en passant dans les « scanners corporels » qui permettent littéralement de voir à travers les vêtements.
Il faut dire que les photons térahertz permettent de caractériser finement, sans contact, les composants d’une substance solide, liquide ou même gazeuse. C’est ce qu’on appelle la spectroscopie térahertz. D’où l’idée de les utiliser pour repérer des explosifs, comme le RDX (ou cyclotriméthylènetrinitramine) qui pourrait être caché sous les vêtements ou dans des paquets. « Avec ces ondes, on peut même détecter la présence d’objets métalliques dans le chocolat. On pourrait aller jusqu’à déterminer son taux de sucre », précise François Blanchard.
Du côté de la recherche, les ondes térahertz permettent de sonder la matière et d’évaluer la conductivité des matériaux de pointe comme le graphène et la pérovskite, qui serviront pour le stockage et la conversion plus efficace de l’énergie solaire. « Elles constituent un outil fantastique pour le développement et la caractérisation des matériaux », note le chercheur.
Texte réalisé dans le cadre d’un dossier sur la lumière, en collaboration avec le réseau UQ.