Microtomographie à rayon X

Microtomographie à rayon X

Microtomographie à rayon X

La microtomographie à rayons X à l'INRAE de Clermont-Ferrand

Pour tout renseignement, contacter Eric BADEL (Eric.Badel@inrae.fr)

Qu’est ce que la microtomographie à rayons X ?

La microtomographie par rayons X permet d'accèder à la vision interne d'un objet (composition, agencement, défauts, porosité) de manière non destructive; c'est-à-dire sans découpe de celui-ci. L'utilisation de cette technique connait actuellement un essor considérable, en particulier en biologie.

Cette technique d’imagerie se base sur la propriété des rayons X à traverser la matière et à être absorbés en fonction de la nature et de la densité des constituants qu’ils rencontrent. Un scan tomographique consiste à enregistrer sous différents angles une série de radiographies numériques de l’échantillon  analysé. Après une opération dite de "reconstruction", ces données permettent la visualisation 3D, véritable cartographie de la variation d’atténuation des rayons X à travers l’objet.

Aiguille de pin
Douglas

Structure d'une aiguille de pin

Charra-Vaskou et al 2012

(Tree Physiology)

Distribution spatiale de l'embolie estivale au sein

d'un accroissement annuel de bois de Douglas

Dalla-Salda et al 2014 (J Plant Hydraulics)

 Dès lors, la structure interne de l’objet peut être décortiquée qualitativement et quantitativement :

  • mesures dimensionnelles dans les 3 dimensions de l’espace
  • distribution spatiale des différentes phases d'un matériau hétérogène.
  • caractérisation de porosités (connexité, etc)

Le microtomographe installé à l’INRAE de Clermont-Ferrand

Les caractéristiques du Nanotom installé à l’INRAE de Clermont Ferrand permettent de couvrir des échantillons allant du sub-millimétriques à la dizaine de centimètres avec des résolutions spatiales variant de 1 à 50 microns. Le dispositif est constitué d’un micro-tomographe modèle «Nanotom » de la compagnie Phoenix GE et d’un ensemble de 6 stations de travail permettant l’acquisition et le traitement des images 2D et 3D.

Ensemble Nanotom
Interieur Nanotom

Dispositif de micro tomographie à rayons X

Vue de la chambre

Quelques caractéristiques  du microtomographe « Nanotom » de l'INRAE-Clermont-Ferrand :

  • Une source de rayons X nano-foyer Phoenix GE (160kV, 15W, 0,9µm) équipée de cibles interchangeables (Tungstène ou Molybdène) permettant de traverser des objets de forte densité (métaux, roches, etc) et ajustable pour le scan d'échantillons de faible densité comme les objets d'origine biologiques.
  • Un imageur (2000 x 2000 pixels) Hamamatsu de 50µm de résolution spatiale. Possibilité de créer un imageur virtuel pour augmenter le champ d’observation.
  •  Reconstruction des images sur un cluster de 4 stations (32 Go RAM) : volumes de 10003 voxels reconstruits en quelques minutes
  •  Résolution spatiale de 0,9µm à 50 µm.
  •  Taille d’échantillon maximale : 80 mm.
  •  Durée des scans : de quelques minutes à l'heure. 

Les images 3D obtenues par le microtomographe sont traitées par divers outils logiciels tels que VGStudio, ImageJ, Matlab.

Exemples d’application sur la plateforme PHENOBOIS

Le PIAF a développé une compétence particulière sur l'observation des objets biologiques et en particulier sur les plantes.

 

  • Visualisation de l’architecture du réseau hydraulique d’une tige
Tige de vigne greffée
Rendu 3D de l’architecture du réseau hydraulique d’une tige de vigne au niveau de la greffe

Tige de vigne greffée

Rendu 3D de l’architecture du réseau hydraulique d’une tige de vigne au niveau de la greffe

  • Visualisation de la propagation d’embolie à l’échelle cellulaire
Suivi d’un échantillon de Peuplier au cours d’une sécheresse
Approche multispectrale par combinaison de la microtomographie X  avec des coupes cytologiques Lemaire et al 2021 (Tree Physiol)

Suivi d’un échantillon de Peuplier au cours d’une sécheresse

Approche multispectrale par combinaison de la microtomographie X  avec des coupes cytologiques Lemaire et al 2021 (Tree Physiol)

  • Suivi 3D de fissuration et mesures de ténacité
Essai de rupture mécanique
Vue transversale de la fissure
Vue longitudinale de la fissure

Essai de rupture mécanique

Vue transversale de la fissure

Vue longitudinale de la fissure

  • Caractérisation de matériaux biosourcés
Echantillon de composite réalisé à base de fibres de maïs et d’une matrice de lignosulfate
Vue d’une coupe transversale réalisée dans l’image 3D obtenue par scan microtomographique

Echantillon de composite réalisé à base de fibres de maïs et d’une matrice de lignosulfate

Vue d’une coupe transversale réalisée dans l’image 3D obtenue par scan microtomographique.

Tribot et al 2018 ( Industrial Crops and Products)

  • Objets archéologiques : détermination de l’essence (buis) et datation par dendrochronologie d’une fusaïole
Fusaiole Gallo-Romaine (Musée Bargoin – Clermont-Ferrand)
Coupe transversale de la fusaiole réalisée par microtomographie X

Fusaiole Gallo-Romaine (Musée Bargoin – Clermont-Ferrand)

Coupe transversale de la fusaiole réalisée par microtomographie X

  • Archeologie : Caractérisation d’un fossile datant de 410 millions d’années identifié comme le 1er arbre sur Terre (Armoricaphyton chateaupannense)
Echantillon fossile
Rendus 2D et 3D
Modélisation des capacités de conduction des éléments du réseau hydraulique de la tige

Echantillon fossile

Rendus 2D et 3D

Modélisation des capacités de conduction des éléments du réseau hydraulique de la tige

Strullu et al 2014 (Botanical Journal of the Linnean Society)

  • Observation de divers objets biologiques

 

Structure de l’épi de blé par microtomographie X
Parcours d’une chenille de  Carpocapse dans une Pomme
Rendu 3D du système musculaire de Drosophile

Structure de l’épi de blé par microtomographie X

Parcours d’une chenille de

Carpocapse dans une Pomme

Rendu 3D du système musculaire de Drosophile

 

Lien vers la plateforme Phenobois :

https://www6.inrae.fr/phenobois

 

Références :

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Billon LM, Blackman CJ, Cochard H, Badel E, Hitmi A, Cartailler J, Souchal R, Torres-Ruiz JM. 2020. The DroughtBox: a new tool for phenotyping residual branch conductance and its temperature dependence during drought. Plant, Cell and Environment 43: 1584– 1594 ⟨hal-02625372⟩

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Muries Bosch B., Mom R., Benoit P., Brunel-Michac N., Cochard H., Roeckel-Drevet P., Petel G., Badel E., Fumanal B., Gousset A., Julien J.L.,, Label P., Auguin D., Venisse J.S. 2019. Aquaporins and water control in drought-stressed poplar leaves: A glimpse into the ex-traxylem vascular territories. Enviv. and Exp Bot, 162, pp.25-37.  ⟨hal-02168616⟩

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Torres-Ruiz J.M., Cochard H., Mayr S., Beikircher B., Diaz-Espejo A., Rodriguez-Dominguez C.M., Badel E., Fernández J.E, 2014. Vulnerability to cavitation in Olea europaea current-year shoots: more support to the open-vessel artefact with centrifuge and air-injection techniques. Physiologia Plantarum 152 : 465-474. ⟨hal-01123401⟩

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Cochard H., Badel E., Herbette S., Delzon S., Choat B., Jansen S. 2013. Methods for measuring plant vulnerability to cavitation: a critical review. J Exp Bot. 64 (15): 4779–4791. ⟨hal-00964655⟩

Charra-Vaskou K., Badel E., Burlett R., Cochard H., Delzon D., Mayr S., 2012. Hydraulic efficiency and safety of vascular and non-vascular components in Pinus pinaster leaves. Tree Physiol, 32 (9): 1161-1170. ⟨hal-00964504⟩

 

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Date de modification : 01 décembre 2023 | Date de création : 17 juillet 2014 | Rédaction : Marcon