L’UPV optimise sa caractérisation matériaux avec la tomographie

L’unité Molécules et Matériaux de l’Université du Pays Basque (UPV) a franchi une étape majeure en 2021 avec l’acquisition d’un système de tomographie par rayons X : l’EasyTom XL de RX Solutions, déployé en partenariat avec Sariki, distributeur et expert technique local. Ce projet a bénéficié d’un financement européen Next Generation du Ministère de la Science et de l’Innovation, illustrant l’engagement de l’UPV en faveur de l’innovation scientifique et technologique.

L'unité Molécules et Matériaux fait partie des 35 unités de services généraux de recherche de l'université et accueille des utilisateurs très diversifiés : scientifiques, universitaires, experts techniques, centres technologiques et entreprises de secteurs variés – aéronautique, pharmacie, électronique, fabrication avancée, archéologie, sciences forensiques – tous appartenant au réseau basque de science, technologie et innovation.

Cette montée en puissance en 2021 transforme profondément les capacités de l'unité. Grâce au système de tomographie RX Solutions, l’unité couvre désormais un spectre analytique continu : de l’échelle atomique et nanométrique jusqu’à l’imagerie 3D micrométrique, permettant aux équipes R&D, qualité et production de générer des images 3D précises de composants complexes, de valider des pièces sans les endommager, de quantifier les défauts avec exactitude de manière non destructive et d'accélérer leurs prises de décision.

Université Pays Basque | tomographie pour l'analyse de matériaux

Le défi : étendre les capacités d'analyse

Jusqu’en 2021, l’unité Molécules et Matériaux de l’UPV opérait dans une « fenêtre de visualisation » bien définie mais restreinte. Grâce à ses instruments existants, elle pouvait caractériser les matériaux de deux manières complémentaires : la fluorescence X (XRF) fournissait des informations compositionnelles à l’échelle atomique, tandis que la diffraction permettait des observations à l’échelle nanométrique. Cependant, cette couverture analytique laissait un vide entre quelques centaines de nanomètres et plusieurs micromètres – précisément là où résident les défauts visibles et le comportement mécanique des composants.

Comme l'explique le Dr Aitor Larranaga, co‑responsable de l'unité : « Face au besoin croissant d’élargir notre champ d'analyse, il a été décidé en 2021 d’intégrer la tomographie à rayons X. »

Université Pays Basque | tomographie analyse matériaux

Continuité d’échelle et imagerie 3D non destructive

Passer des analyses atomiques ou nanométriques à une visualisation 3D interne d’objets ou d’assemblages à l’échelle micrométrique restait impossible sans recourir à des méthodes destructives. Les approches traditionnelles imposaient un choix difficile : sectionner l’échantillon pour l’observer au microscope, ou accepter une compréhension partielle de la structure. Les équipes avaient besoin d’images volumétriques détaillées pour corréler défauts, structure et performance mécanique, tout en préservant l’intégrité des pièces.

Transférabilité vers l’opérationnel et reproductibilité

Pour les industriels et utilisateurs évoluant dans des environnements techniques, il était essentiel de disposer de workflows robustes et reproductibles : mesurer la porosité, l’orientation des fibres, les écarts nominal/actuel, ou réaliser des études mécaniques virtuelles, sans multiplier les essais destructifs ni complexifier la chaîne de mesure.

À ces enjeux s’ajoutaient des contraintes réglementaires et pratiques : l’intégration d’un système à rayons X devait simplifier la conformité et permettre la réalisation d’essais in situ (traction, compression, température) dans le même environnement d’acquisition, sans recourir à des bancs externes. Enfin, la diversité des utilisateurs imposait une solution polyvalente, capable de passer de l’échantillon de laboratoire à la pièce industrielle, afin de renforcer la compétitivité de l’unité face à d’autres infrastructures de recherche.

La solution : intégration de la tomographie à rayons X

Pour résoudre ce défi technologique, l'UPV a obtenu une subvention européenne des fonds Next Generation du Ministère espagnol de la Science et de l'Innovation, dédiée à la modernisation des infrastructures scientifiques. Cette aide financière a permis l'acquisition et l'installation du tomographe à rayons X, l’EasyTom XL 160 kV, fabriqué par RX Solutions, entreprise française innovante en tomographie 3D.

L’EasyTom XL 160 kV

L'installation du système EasyTom a été effectuée avec l'accompagnement technique de Sariki Metrologia, le distributeur espagnol expert en instrumentation scientifique et partenaire de RX Solutions. Le système intègre deux tubes à rayons X : un tube nano pour l’imagerie à très haute résolution (jusqu’à 0,4 micron) et un tube micro pour un champ de vue élargi (résolution jusqu’à 4 microns).

Cette polyvalence permet d’adapter l’analyse à une grande variété d’échantillons et d’applications, de la microstructure fine aux pièces de plus grande taille, tout en garantissant une qualité d’image optimale.

Côté détection, la machine intègre deux détecteurs complémentaires :

un panneau plan avec pixel de 124 µm, adapté aux champs larges et à l’imagerie de composants plus volumineux
une caméra CCD haute résolution avec pixel de 9 µm, idéale pour saisir des détails fins ou des régions d’intérêt.

Pour la caractérisation in situ, deux cellules permettent des essais de traction/compression jusqu’à ~5 000 N, ainsi que des cycles thermiques de −20 °C à +60 °C.

Sur le plan logiciel, l’UPV a intégré la solution Volume Graphics. Les modules couvrent par exemple : la porosité, l’orientation des fibres, la comparaison nominal/actuel (contrôle dimensionnel 3D vs CAD), la mécanique structurelle ou encore le reverse engineering.

Les résultats : expansion de l'offre grâce à la tomographie

« L’incorporation du système EasyTom XL de RX Solutions nous a permis d’élargir l’échelle d’étude, passant des centaines de nanomètres aux microns et centaines de microns. Nous pouvons désormais produire des images tridimensionnelles détaillées de systèmes complexes, sans avoir à les détruire ni les modifier. »
— Dr Leire San Felices, co‑responsable de l’unité

L’arrivée de la tomographie RX EasyTom XL a transformé l’unité Molécules et Matériaux de l’UPV, ouvrant de nouveaux horizons pour la recherche et l’industrie. Les bénéfices sont multiples :

• Extension du champ d’observation : continuité analytique unique, de l’échelle atomique et nanométrique à l’imagerie 3D micrométrique, grâce à des résolutions allant jusqu’à 0,4 µm (nano) et 4 µm (micro).
• Imagerie 3D non destructive : meilleure compréhension des défauts internes et des mécanismes, sans altérer les échantillons. Particulièrement précieuse dans des domaines comme l’aéronautique, le médical ou encore l’archéologie.
• Polyvalence accrue : le système de tomographie permet la double configuration nano/micro pour des possibilités de scans plus étendues, ainsi que des modules logiciels avancés pour répondre à des besoins variés, du contrôle qualité industriel à la recherche scientifique.
• Essais in situ : traction, compression et température dans le même environnement, accélérant les processus de contrôle sur les pièces et la compréhension des phénomènes mécaniques.
• Productivité et attractivité : workflows standardisés, support via Sariki, et repositionnement de l’UPV comme centre de référence pour la caractérisation multi‑échelle en Espagne. La demande pour la tomographie 3D dépasse largement les attentes initiales, confirmant la pertinence de l’investissement.

« Le tomographe, son emploi et l’analyse des résultats que nous offrons aujourd’hui n’auraient pas été possibles sans la participation active de Sariki et RX Solutions. »

La tomographie : l'atout complémentarité

L’intégration du tomographe EasyTom XL au sein de l’Université du Pays Basque, grâce à un financement européen, marque une belle avancée technique pour l’unité Molécules et Matériaux de l’UPV. Ce nouvel équipement permet désormais d’aborder des problématiques complexes en caractérisation de matériaux, tout en répondant aux exigences des secteurs industriels et académiques.

La capacité à produire des images 3D détaillées et non destructives, à réaliser des analyses avancées (porosité, orientation des fibres, mécanique structurelle, ingénierie inverse) et à proposer des essais in situ positionne l’UPV comme un acteur de référence en Espagne pour la recherche et le développement autour des matériaux.

Pour regarder la vidéo réalisée au sein de l'UPV, c'est ici :