Développement d'un système d'imagerie haute énergie et haute résolution

Dans le cadre de ses actions de R&D par contrôle non destructif, le laboratoire de mesures nucléaires du CEA dispose d'un tomographe haute énergie. La source photonique de ce système est un accélérateur linéaire d'électrons pouvant atteindre des énergies de 21 MeV et fournir des débits de dose élevés (60 Gy/min à 1 m). Le détecteur est quant à lui composé d'un scintillateur imagé par une caméra bas-bruit. Jusqu’à présent, ce tomographe permet au laboratoire de réaliser des radiographies et des tomographies sur des colis de déchets massifs (jusqu’à 5 tonnes et 140 cm de diamètre) avec une résolution spatiale millimétrique. Pour de nouveaux besoins, comme le contrôle de la fissuration de l’enrobage béton des colis de déchets ou pour l'inspection de pièces métalliques issues de la fabrication additive, le laboratoire a souhaité disposer d'une version haute résolution de ce dispositif. L'objectif de cette thèse est donc de mettre à jour le tomographe afin d’obtenir une résolution spatiale d'une centaine de micromètres pour des objets ayant des épaisseurs équivalentes de 50 à 200 mm d'acier.Dans cette optique, une première partie de la thèse consiste en une mise à jour matérielle du détecteur en tenant compte des différentes sources de flous intervenant dans la chaîne de mesure. Pour ce faire, deux solutions technologiques, inspirées des tomographes étudiés dans l'état de l'art, ont été explorées. Tout d'abord, la caractérisation puis l’approvisionnement d’un détecteur à panneau plat (Flat Panel) offrant la meilleure résolution sur le marché (environ 200 µm pour un pixel de 100 µm). La deuxième solution explorée a été l’optimisation du détecteur à reprise d'image initialement utilisé par le laboratoire afin d'adapter ses éléments (caméra, objectif, et scintillateur) à la haute résolution.Les performances de ces détecteurs ont été évaluées sur des tomographies à 9 MeV d’objets réels. Le détecteur à panneau plat permet d'obtenir des images avec une résolution spatiale d'environ 310 µm pour des objets métalliques de 50 mm de diamètre, mais fournis des images très peu contrastées pour des objets plus absorbants. Le détecteur à reprise d'image mis à jour fournis une résolution spatiale légèrement inférieure, de l'ordre de 350 µm, mais est mieux adapté à la tomographie de pièces absorbantes, allant jusqu'à 200 mm d'acier.Dans le but d’améliorer la résolution spatiale de la chaîne de mesure, la suite de la thèse s'oriente sur le test et le développement de méthodes numériques afin de post-traiter les porjections acquises pour en améliorer la qualité. Pour ce faire, différents algorithmes de déconvolution classiquement utilisés en imagerie et décrits dans la littérature ont été testés. À l’issue de ce travail, trois algorithmes ont été sélectionnés. Les différents tests montrent de bonnes performances de défloutage au détriment de la création d’artefacts et d'une certaine amplification du bruit.Afin de surpasser les performances de ces trois algorithmes, la dernière partie de cette thèse s'intéresse à une approche de post-traitement novatrice : la déconvolution de flou par réseau de neurones convolutifs. Pour ce faire, un jeu de données d’images d’apprentissage a été généré par simulation dans le but d’être le plus représentatif possible de données réelles. Un réseau de neurones convolutif a ensuite été adapté, entraîné et évalué. Chaque paramètre du réseau a alors été spécialement optimisé. Enfin, ce réseau a pu être validé sur des tomographies à 9 MeV afin d’évaluer les performances finales obtenues, mais aussi comprendre les limitations de ce type d’approche.In fine, des résolutions spatiales comprise entre 150 et 250 µm ont été obtenues pour des objets métalliques de 50 mm de diamètre, tout en permettant de distinguer des perçages de 1 mm de diamètre et des fentes de 0,3 mm de large dans des objets en acier de 200 mm de diamètre.