Les puces du CERN transforment la science et ...

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7 octobre, 2025

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Par Feza Tankut

Développées ces dernières décennies par les collaborations Medipix au CERN, conjointement avec plus d'une trentaine d'instituts de recherche externes, les puces semi-conductrices de pointe ont eu un impact sur de nombreux domaines, notamment l'imagerie médicale, la radiothérapie, la dosimétrie spatiale, et l'analyse de matériaux.

Les détecteurs à pixels hybrides ont été développés à l'origine par le groupe Microélectronique du CERN au début des années 1990 afin de mieux comprendre les évènements complexes qui se produiraient au futur Grand collisionneur de hadrons (LHC). Medipix et sa version dérivée Timepix sont le fruit de cette initiative et représentent l'un des plus grands succès du CERN en matière de transfert de connaissances, donnant lieu à de nombreuses activités commerciales dans des domaines d'application très variés.

Un symposium, qui s'est tenu le 23 septembre à l'occasion du vingtième anniversaire de la collaboration Medipix3 a montré que Medipix et Timepix ont encore beaucoup à offrir.

« Depuis le lancement informel de la première collaboration Medipix, au milieu des années 1990, nos collaborations se sont multipliées, et les capacités de nos puces se sont développées. Avec Medipix4, la version la plus récente qui offre un taux de comptage plus élevé, une zone de détection plus étendue, et une gamme dynamique plus importante, nos collaborateurs bénéficient de la puce de comptage de photons haute résolution la plus évoluée au monde », explique Michael Campbell, porte-parole de Medipix.

Les capteurs photo des smartphones reposent tous sur des puces constituées de matrices 2D de pixels en silicium, permettant d'intégrer la charge électrique induite par la lumière incidente sur chaque pixel, avant d'être lues. Les puces Medipix accomplissent une prouesse similaire à des taux très élevés, mais en détectant chaque impulsion induite par les particules chargées entrantes. Cela permet de réduire au minimum le flou de l'image, une condition nécessaire pour suivre la trajectoire complexe des débris de collisions de particules à haute énergie.

Initialement conçue pour le simple comptage de photons, la technologie Medipix a progressivement évolué afin d'obtenir une résolution en énergie plus élevée et de meilleurs taux de comptage. La synchronisation des pixels a entraîné la création des puces Timepix, ouvrant la voie à toute une série de nouveaux domaines d'application tout en restant au cœur des expériences de physique des particules actuelles et à venir.

L'entreprise Malvern Panalytical, première et plus ancienne titulaire d'une licence dans le cadre de la collaboration Medipix, utilise les puces Medipix2 et Medipix3 pour développer des solutions d'analyse des matériaux tant dans le domaine de la recherche scientifique que dans celui des processus industriels et du contrôle qualité. S'exprimant sur les liens qu'il entretient depuis 25 ans avec Medipix, Roelof de Vries, de Malvern Panalytical, déclare que : « Transformer le résultat de travaux de recherche en un produit commercial, signifie être patient, constructif et persévérant, tout en étant disposé à collaborer avec l'équipe Medipix pour apporter ou proposer des améliorations. »

Cette image, prise en 2022, contient au total 4 détecteurs Timepix. L'objet entouré en rouge en haut est un dispositif unique fourni par l'IEAP/Advacam/Uni Houston. Le boîtier violet est l'unité de surveillance des rayonnements HERA de la NASA, qui contient 3 dispositifs Timepix. (Crédit : NASA)

Le scanner couleur 3D à rayons X est l'une des applications les plus remarquables de Medipix. Développé par l'entreprise Mars Bioimaging Ltd, il aide les médecins à établir des diagnostics plus précis. Cette année, le scanner a été soumis à des essais cliniques à l'Hôpital de chirurgie spéciale, à New York. Anthony Butler, de Mars Bioimaging, a souligné que ces appareils sont conçus pour tirer la technologie de l'imagerie médicale hors du cadre hospitalier et la rendre accessible à tous. « Nous ne nous limitons pas à produire de meilleures images ; nous rendons les soins de santé plus accessibles et plus abordables. »

D'autres applications de pointe reposant sur la technologie Timepix ont été présentées au cours du symposium, notamment pour contrôler les niveaux de rayonnement pendant les voyages dans l'espace, suivre l'évolution des traitements de radiothérapie chez les patients atteints de cancer, ainsi que pour l'imagerie quantique, entre autres.

Les participants ont également pu entendre comment Becky Parker a été la première enseignante à utiliser les détecteurs Timepix en classe afin que des élèves en sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (STIM) puissent observer les différents niveaux de rayonnement dans le monde qui les entoure. Becky Parker est persuadée que les appareils Timepix remplaceront un jour les compteurs Geiger à l'école comme outil pour expliquer les rayonnements aux élèves. « Nous avons examiné des bananes, des noix du Brésil, et du thé. Nous ne nous doutions pas à quel point les différents sols et engrais pouvaient influencer le niveau de rayonnement du thé, on n'y pense pas forcément. À mon avis, pour faire comprendre les rayonnements aux étudiants, cette technologie de pointe est bien plus efficace que l'ancienne », explique-t-elle.

Medipix est également utilisé à des fins éducatives, dans les écoles et lors de festivals scientifiques (Crédit : Dima Maneuski)

Lors du symposium, plusieurs présentations ont été assurées par les clients des titulaires de licences commerciales, et non par les titulaires eux-mêmes ou par les membres de la collaboration Medipix. Cela montre qu'un transfert réussi de technologies issues de la physique des hautes énergies vers d'autres domaines repose sur la création de partenariats durables avec des acteurs commerciaux, qu'il s'agisse de startups ou d'entreprises mieux établies.

Vous pouvez retrouver les diapositives présentées lors du symposium sur Medipix et Timepix en cliquant sur le lien suivant : https://indico.cern.ch/event/1539538/timetable/#20250923.

Pour en savoir plus sur Medipix, veuillez cliquer sur le lien suivant : https://medipix.web.cern.ch/medipix-and-timepix-projects

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