L’équipe de muographie de l’UCLouvain met son expertise au service du criblage des cargaisons de camions et containers dans le cadre du projet européen SilentBorder. L’objectif ? Utiliser les muons issus des rayons cosmiques, ultra pénétrants, pour identifier les matériaux cachés dans des containers trop épais ou profonds pour d’autres méthodes d’imagerie non desctructives.
Chaque jour, les douaniers doivent lutter contre les marchandises contrefaites et le piratage pour protéger la santé et la sécurité de nos citoyens, mais on estime que seule une petite fraction de la cargaison est inspectée et qu'une fraction encore plus petite des marchandises illégales est détectée. Aujourd'hui, la technologie la plus utilisée pour scanner les véhicules, allant des fourgonnettes et camions aux wagons, est la radiographie aux rayons gamma et aux rayons X. Mais de nouvelles technologies sont nécessaires pour surmonter les lacunes technologiques actuelles telles que l'incapacité de détecter les matériaux, l'utilisation de sources radioactives et nocives, le faible débit, pour n'en nommer que quelques-unes.
C’est dans ce contexte qu’a été lancé le projet SilentBorder financé par la Commission européenne et auquel contribue l’équipe de muographie de UCLouvain*. Au cœur de ce projet ? La tomographie par rayons cosmiques (CRT), la technologie de pointe en matière de criblage des cargaisons. Les muons des rayons cosmiques sont hautement pénétrants et constituent une forme de rayonnement tout à fait naturelle, étant constamment et abondamment produite dans la partie supérieure de l’atmosphère terrestre. Ils conviennent pour identifier les matériaux cachés à l'intérieur de containeurs blindés, trop épais ou trop profonds pour d'autres méthodes d'imagerie non destructives. Le CRT est une technique complètement passive, exploitant le rayonnement cosmique secondaire naturel. Contrairement aux techniques d'imagerie classiques à rayons X ou gamma, il permet de distinguer différents matériaux et de les localiser à l'intérieur de la cargaison ou du véhicule en fournissant une image 3D visualisée et illustrée sur la figure.
Ce projet comblera le fossé de sécurité majeur pour l'inspection rapide et sûre d'un grand nombre de cargaisons en développant un système de détection passive multifonctionnel. La clé du succès sera le développement de capteurs de haute précision pour le suivi des particules, ainsi que des algorithmes de reconstruction tomographique et de classification des matériaux au-delà de l'état de l'art.
Le rôle principal de l'UCLouvain dans le projet est de développer un cadre de simulation rapide et flexible pour la tomographie muonique en synergie avec le reste de l'équipe CP3-muographie et d'autres équipes appartenant à SilentBorder, et d'appliquer ce cadre pour l'optimisation de la conception de scanners de tomographie muonique. Cette équipe s'appuie sur une longue expertise accumulée pendant plusieurs années en recherche fondamentale, y compris des contributions cruciales aux expériences du CERN. L'UCLouvain exploitera le logiciel, qui sera rendu open source, pour d'autres études ou R&D au-delà de cette action, comme des applications médicales ou de la volcanologie.
En haut à droite: Composition du consortium SilentBorder H2020 RIA.
En bas à gauche: Un muon cosmique traversant le détecteur CMS au grand collisionneur de hadrons LHC du CERN, où les chercheurs du centre CP3 de l’IRMP, dont le PI de l'équipe UCLouvain qui participe à SilentBorder, effectuent des recherches en physique fondamentale depuis plusieurs années.
En bas à droite: Représentation schématique de l'équipement et de l'installation pour l'inspection de la cargaison, illustrant des détecteurs de particules traversés par des muons cosmiques, comme dans le cas des expériences du CERN.
Crédits: Cascade de rayons cosmiques de scienceschool.org; Carte du consortium de Funding & Tender Portal, Commission européenne; Collaboration CMS; Inspection de la cargaison depuis l’article L. Bonechi, R. D’Alessandro et A. Giammanco, Reviews In Physics Vol 5, 2020, 100038.
L'action de recherche et d'innovation H2020 pour la sécurité (H2020-RIA) appelée SilentBorder, acronyme de «Cosmic Ray Tomograph for Identification of Hazardous and Illlegal Goods hidden in Truck and Sea Containers» a été récemment approuvée et financée par la Commission européenne. Cette action implique 3 instituts universitaires d'Estonie, de Belgique et du Royaume-Uni, 3 partenaires industriels d'Italie, d'Allemagne et de Suisse et 3 départements douaniers d'Estonie, de Turquie et de Finlande. Le projet a débuté le 1er mai 2021 de cette année et durera 4 ans. Il est dirigé par un Conseil de Direction et Scientifique avec le prof. Gholamreza Anbarjafari (Université de Tartu) comme coordinateur principal. Le Dr. Andrea Giammanco, chercheur FNRS permanent au centre CP3 de l’IRMP, est le coordinateur du nœud UCLouvain.
Andrea Giammanco est un expérimentateur en physique des particules . Il a construit sa carrière en travaillant sur les expériences au larges collisionneurs LEP et LHC du CERN, ALEPH et CMS. Il est un expert en analyse de données (y compris les techniques d'apprentissage automatique), de la mise en service de détecteurs et en simulations de particules. En parallèle de ses recherches en physique fondamentale, il a récemment lancé les premières activités belges liées à la radiographie muonique, une spin-off émergente des techniques de la physique des particules qui, ces dernières années, a atteint des domaines allant de la volcanologie à l'archéologie. Avec son équipe et en collaboration avec le professeur Eduardo Cortina, aussi membre de l’IRMP, il a déjà développé avec succès un premier télescope à muons portable, basé sur un RPC de petite taille, un type de détecteur largement utilisé dans les expériences de physique des particules.
*Les membres de l'équipe de muographie de l'UCLouvain:
- Andrea Giammanco (chercheur permanent FNRS)
- Eduardo Cortina (Professeur)
- Pavel Denim (chercheur scientifique)
- Antoine Deblaere (électronicien)
- Raveendrababu Karnam (chercheur postdoctoral)
- Ishan Darshana Gamage Ran Muthugalalage (doctorant)
- Samip Basnet (doctorant)
- Marwa Moussawi (doctorante)
- Ahmet Ilker Topuz (doctorant en co-supervision avec l'Université de Tartu, Estonie)