Paranovni - Sciences Parallèles

Des fibres optiques aussi discrètes que de simples fils de pêche qui auront été dissimulées dans les murs et le plafond des salles d'attente des aéroports pourraient d'ici quelques années permettre d'épingler les terroristes avant qu'ils ne montent à bord d'un avion. Ces sondes à fibre optique qui peuvent détecter quelques molécules de matière explosive en suspension dans l'air à l'insu des voyageurs intéressent vivement l'Administration canadienne de la sûreté du transport aérien (ACSTA) qui espère tester dans un avenir prochain ces dispositifs mis au point par des chercheurs de l'Université du Québec en Outaouais (UQO).

Le principe imaginé par le professeur Wojtek Bock de l'UQO, titulaire d'une chaire de recherche du Canada en photonique, est simple et fait appel à des fibres optiques, dans lesquelles on introduit un matériau particulier qui réagit spécifiquement avec la substance que l'on désire détecter. Le chimiste Wayne Wang de l'Université Carleton a conçu pour sa part le matériau en question, un polymère qui est sensible au trinitrotoluène (TNT) et qui réagit «physico-chimiquement» avec cet explosif participant à la composition de plusieurs munitions militaires.

Lors de la fabrication de la technologie, on insère le polymère dans la section de la fibre optique devant servir de capteur. Et lors de son utilisation, on bombarde le polymère de rayons ultraviolets. Ceux-ci excitent les molécules du polymère qui émettent alors une lumière fluorescente. «Si, par hasard, le capteur [composé de polymère] détecte la présence de molécules de matière explosive dans l'air, il arrêtera d'émettre sa fluorescence. Les molécules d'explosif que capte le polymère lorsqu'il est excité par les ultraviolets induisent une réaction physico-chimique au sein du polymère qui arrête l'émission de fluorescence. Notre objectif est d'exciter la couche de polymère et de mesurer la lumière fluorescente. Une chute du signal lumineux nous indique qu'il y a quelque chose dans l'air», explique M. Bock.

L'équipe du professeur Bock utilise un laser pour acheminer les rayons ultraviolets à travers la fibre optique jusqu'à la partie sensible, c'est-à-dire la couche de polymère intégrée au sein de la fibre optique, et qui forme le capteur. «Cette partie sensible pourra se situer à grande distance de la station servant à l'émission du laser et à la détection des variations de luminescence, spécifie le chercheur. Pendant que l'on excite la couche de polymère, on mesure aussi la lumière qui est émise. Et si le capteur attrape une molécule de matière explosive, la fluorescence tombe rapidement. Le signal lumineux qui est alors généré parvient à la station de détection et nous informe que des molécules d'explosif flottent dans l'air.»

Une seule molécule de matière explosive permet d'«éteindre» la lumière émise par 10 000 molécules du polymère qui sont excitées. Cette amplification du signal est rendue possible par certaines liaisons entre les molécules, précise le chercheur qui met ainsi en lumière la très grande sensibilité de sa technologie.

Pour le moment, les équipes des professeurs Wang et Bock disposent d'un matériau qui n'est sensible qu'au trinitrotoluène. «Une des difficultés de notre technologie est qu'il faudra concevoir de nouveaux matériaux qui seront sensibles aux multiples autres explosifs», précise M. Bock avant d'ajouter que la technologie pourrait également permettre de mesurer certains polluants dans l'eau, dont les algues bleues (ou cyanobactéries) qui polluent nos lacs. L'équipe de l'UQO entame justement une collaboration avec Nano-Québec qui visera la détection de toxines bactériennes dans l'eau en faisant appel au même principe consistant à insérer dans des fibres optiques un matériau qui sera cette fois sensible aux bactéries ou à leurs toxines, et qui, lorsqu'il réagira avec ces substances, modifiera le signal lumineux qu'il émettait habituellement.

Les chercheurs ont obtenu un brevet aux États-Unis en mai 2009 sur la forme de la technologie permettant la détection d'explosifs, et ils entament une collaboration avec l'entreprise Siso, de Québec, qui se spécialise dans la fabrication de capteurs en fibre optique.

Des essais

L'ACSTA, qui assure la sécurité dans les aéroports, a soutenu le projet du professeur Bock et planifie d'effectuer des essais dans des aéroports. «L'ACSTA est très intéressée, car elle conçoit la sécurité comme une structure en oignon dans laquelle se superposent diverses technologies qui sont mutuellement complémentaires», souligne M. Bock.

«Les scanners à rayons X qu'on utilise actuellement pour vérifier le contenu des bagages dans les aéroports sont très dispendieux et volumineux tandis que nos capteurs en fibre optique consistent en de simples fils de pêche presque invisibles qui peuvent être introduits un peu partout, dans les murs, dans le plafond, dans les meubles, fait valoir M. Bock. Notre objectif était d'en arriver à une technologie très sensible qui serait capable de détecter des concentrations très faibles de matériaux explosifs, comme les traces laissées dans l'air ambiant par une personne qui dissimule des explosifs dans ses vêtements. Notre technologie permet de multiplier le nombre de capteurs dans un même système, ce qui permettra de surveiller une salle d'attente de passagers de façon complètement inaperçue.»

Le professeur Bock croit que son système, qui pourrait être commercialisé d'ici deux à trois ans, sera peu coûteux, car il «utilise des fibres optiques standards». «Le polymère sensible est aussi relativement peu cher. Ce sera fort probablement d'un bon rapport coût-efficacité», conclut-il.