Les rayons X chers aux radiologues ont désormais un sérieux concurrent : les ondes térahertz, aussi nommées rayons T. Ces ondes électromagnétiques, entre les ondes radio et la lumière visible, permettent elles aussi de voir à travers la matière. Connues depuis plus d’un siècle, elles avaient été délaissées en raison de difficultés techniques qui paraissaient insurmontables. Cependant, des progrès récents, liés notamment aux techniques de microfabrication, augurent d’un avenir... radieux !
Pourquoi la production et la détection des ondes térahertz sont-elles un défi ? Au premier abord, ces rayons n’ont rien de particulier. Comme les rayons X, la lumière visible ou les micro-ondes, il s’agit d’ondes électromagnétiques, composées d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui oscillent de concert et s’induisent l’un l’autre tout en se propageant à la vitesse de la lumière. Les ondes térahertz se distinguent par leur gamme de fréquences, située entre celles des ondes radio et celle de la lumière infrarouge : entre 0,3 et 10 térahertz, un térahertz valant 1012 hertz (1 000 gigahertz). Cela correspond à des longueurs d’onde comprises entre 0,03 et 1 millimètre.
Le moyen de détecter des ondes électromagnétiques dépend beaucoup de leur fréquence. Pourrait-on détecter les ondes térahertz à l’aide d’une antenne, comme les ondes radio ? Pour être efficace, une antenne doit être de taille comparable à la longueur d’onde des ondes détectées, quelques centimètres par exemple pour les ondes utilisées par les téléphones portables. De surcroît, le circuit électronique qui traite le courant électrique induit par l’onde dans l’antenne doit fonctionner à la fréquence de l’onde. Dans le cas des rayons T, réaliser des antennes de taille inférieure au millimètre pour les connecter à un circuit électronique fonctionnant à des fréquences supérieures à 0,3 térahertz relève encore de la (science-) fiction !
Entre radio et infrarouge
Tournons-nous vers l’optique. Les caméras sensibles à la lumière visible ou à l’infrarouge détectent l’arrivée des photons, ces particules qui portent l’énergie lumineuse. À son arrivée sur le capteur, chaque photon libère un électron qui est recueilli et qui participe à la formation de l’image numérique. Or l’énergie – inférieure au dixième d’électronvolt – des photons de la lumière térahertz est insuffisante pour provoquer des transitions électroniques dans la matière : ces photons sont capables tout au plus de faire vibrer ou tourner certaines molécules. Ainsi, ne pouvant être détecté ni comme une onde radio ni comme une particule de lumière, le rayonnement térahertz est resté inutilisé jusqu’à très récemment.
Ces ondes ont pourtant beaucoup d’intérêt. Comme nous venons de l’évoquer, les photons térahertz ont une énergie faible : ils interagissent peu avec la matière et sont donc très peu absorbés. Ils peuvent la traverser, comme le font les ondes radio. Ainsi, des matériaux aussi divers que les tissus, les plastiques, les céramiques et la brique sont transparents aux rayons T. En fait, seuls les métaux et l’eau bloquent le rayonnement térahertz. Et encore, ce rayonnement traverse le brouillard et peut pénétrer sur quelques millimètres les tissus biologiques.
Par ailleurs, au contraire des ondes
