Comment des puces électroniques initialement développées pour les détecteurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC) pouvaient-elles être utilisées dans des domaines autres que la physique des hautes énergies ? Telle était la question qui a entraîné le développement des familles de puces de capteurs à pixels Medipix et Timepix. Les chercheurs ont imaginé de multiples applications possibles pour cette technologie, de sorte qu’au cours des vingt dernières années, ces puces ont été utilisées dans l’imagerie médicale, et pour la détection des faux dans le domaine de l’art, et la détection de matériaux radioactifs, entre autres. Récemment, un colloque s’est tenu au CERN pour commémorer le vingtième anniversaire de la collaboration Medipix 2, qui a débuté en 1999.
Les puces de capteurs à pixels sont utilisées dans les détecteurs du LHC pour suivre les traces des particules électriquement chargées. Lorsqu’une particule frappe le capteur, elle y dépose une charge électrique qui est traitée par le système électronique. Ces puces fonctionnent selon le même principe que les appareils photos numériques, qui enregistrent des images à partir de la lumière percutant les pixels, à ceci près qu’elles enregistrent non pas la lumière mais des particules, qui peuvent être au nombre de 40 millions par seconde.
À la fin des années 1990, des ingénieurs et des physiciens du CERN développaient des circuits intégrés pour ces technologies à pixels. Ils se sont rendu compte qu’en ajoutant un compteur à chaque pixel et en comptant ainsi le nombre de particules percutant les capteurs, il devenait possible d’utiliser les puces dans l’imagerie médicale ; les puces Medipix 2 étaient nées. Par la suite, les puces Timepix ont apporté une nouvelle fonctionnalité : la possibilité d’enregistrer le moment d’arrivée des particules ou l’énergie qu’elles déposent dans un pixel.
Le passage des puces Medipix 2 aux puces Medipix 3 est allé de paire avec un essor de leur utilisation dans l’imagerie médicale, ce qui a abouti à la première radiographie couleur sur des parties du corps humain en 2018. Les premiers essais cliniques commencent maintenant en Nouvelle-Zélande. Ces puces polyvalentes ont en outre trouvé d’autres applications en dehors du secteur médical. Par exemple, la start-up InsightART permet à des chercheurs d’utiliser des puces Medipix 3 pour révéler la présence de différentes couches dans des œuvres d’art et étudier la composition des matériaux afin de vérifier l’authenticité d’œuvres attribuées à des artistes de renom.
L’équipe d’InsightART, basée à Prague, a récemment scanné une œuvre qui aurait été réalisée par Van Gogh. Elle a conclu qu’il y avait de fortes chances que le grand peintre hollandais en soit bien l’auteur, car elle a observé sous la peinture le croquis d’une silhouette très similaire à d’autres qu’il peignait à l’époque. L’œuvre sera envoyée au musée Van Gogh pour y être authentifiée, à l’aide de cette preuve ; il se pourrait donc bien que l’on ait découvert non pas une, mais deux œuvres de Van Gogh dans le même tableau.
Des détecteurs à pixels Timepix se trouvent par ailleurs à bord de la Station spatiale internationale depuis 2012 pour mesurer la dose de rayonnement à laquelle les astronautes et les équipements sont exposés, et, en 2015, des lycéens britanniques ont envoyé leur propre détecteur Timepix à la station, lors du voyage de l’astronaute Tim Peake. La capacité des puces à détecter les rayons gamma a été exploitée pour contribuer au démantèlement de réacteurs nucléaires, et leur potentiel pour permettre la détection du cancer de la thyroïde avec une meilleure résolution et une dose de radiation plus faible qu’auparavant est actuellement évalué.
Les puces Medipix et Timepix, développées par trois collaborations auxquelles participent, au total, 32 instituts, constituent d’excellents exemples du transfert de connaissances du CERN à la société. Pour en savoir plus sur l’histoire des puces Medipix et leurs nombreuses applications, vous pouvez visionner la conférence donnée en juin 2019 par Michael Campbell, porte-parole de Medipix.