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UMR PIAF

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Microtomographie à rayon X

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

Pour tout renseignement, contacter Eric BADEL (Eric.Badel@inra.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’INRA de Clermont-Ferrand

Les caractéristiques du Nanotom installé à l’INRA 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'INRA-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.

Les applications au PIAF

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

Quelques exemples d'observations réalisés : architecture hydraulique et embolie de branches, de tiges d'arbres, de feuilles, d'aiguilles, suivi de croissance de sac d'amidon dans grain de blé, grain de maïs, caractérisation de circuit microfluidique biomimétique, structure d'os de souris.

Focus sur nos activités de tomographie X, dans les actualités du site web INRA :

http://www.inra.fr/Chercheurs-etudiants/Biologie-vegetale/Toutes-les-actualites/L-embolie-des-arbres-en-direct

Références :

Torres-Ruiz J.M., Cochard H., Mencuccini M., Delzon S., Badel E. 2016. Direct observation and modelling of embolism spread between xylem conduits: a case study in Scots pine. Plant Cell Environ. 39(12):2774-2785. doi: 10.1111/pce.1284

Dalla-Salda G., Fernández M.E., Sergent A.S., Rozenberg P., Badel E. and Martinez-Meier A. 2014. Dynamics of cavitation in a Douglas-fir tree-ring: transition-wood, the lord of the ring? JPH DOI: http://dx.doi.org/10.20870/jph.2014.e005

Cochard H., Delzon S. and Badel E., 2014. X-ray microtomography (micro-CT): a reference technology for high-resolution quantification of xylem embolism in trees. PCE. doi: 10.1111/pce.12391

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. Physiol Plantarum doi: 10.1111/ppl.12185

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

 

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