Est-ce que ça se mesure ? Quarante-cinq minutes suffisent pour le savoir.Parlons de votre processLangueFREN

Imagerie et spectroscopie TERAHERTZ

« Que contient ce fût scellé ? Cette alvéole est-elle remplie ? Puis-je vérifier sans ouvrir le conditionnement ? » Trois questions qui portent sur l’intérieur d’un contenant fermé, et dont la réponse doit arriver sans le rouvrir.

Un fût scellé sous double sachet à l’entrée d’une zone, une plaquette thermoformée en sortie de ligne : c’est là, conditionnement en place, que le TERAHERTZ travaille.

Où on la rencontre : épaisseur de paroi d’un tube en extrusion, contenu d’un fût scellé à réception, plaquette en fin de ligne.


L’essentiel en quatre points

  • Traverse les matériaux non métalliques, emballage opaque compris, sans préparation. Le métal arrête la mesure : c’est la limite d’emploi.
  • Voit l’intérieur d’un contenant fermé — contenu, remplissage d’une alvéole, épaisseur d’une paroi ou d’une couche, sans rouvrir le conditionnement.
  • Sans effet ionisant : ni zone contrôlée, ni radioprotection.
  • Référentiels : en pharma, Ph. Eur. 5.24 cite le térahertz ; ailleurs, aucun texte : la méthode se valide contre votre méthode de référence.

Le principe de la mesure

Une impulsion brève traverse l’objet et son écho est enregistré dans le temps. Le photon TERAHERTZ met en mouvement les interactions entre molécules plutôt que les liaisons : d’où l’information de matière, et l’absence d’effet ionisant.

La chaîne TERAHERTZ, du pulse au verdictTrois temps. La forme d’onde : une impulsion de référence et la même impulsion après la traversée du contenant fermé, plus tard et déformée. L’empreinte : la transformée de Fourier des deux traces, où l’échantillon creuse la bande large à ses fréquences propres. Le verdict : l’empreinte est comparée à une bibliothèque de spectres de référence, et c’est le coefficient de corrélation qui tranche. LA FORME D’ONDErelevée point par pointl’échantillon arrive plus tard, et traîneL’EMPREINTEtransformée de Fourierpeu de raies, et largesLE VERDICTcomparée à la bibliothèquele coefficient de corrélation tranche référenceéchantillonΔt08162432temps (ps) 0123fréquence (THz) référence 1référence 2référence 3 FFTr² Le contenant reste fermé : l’impulsion le traverse et ressort plus tard, atténuée, traînant une oscillation amortie. Cette traîne est l’empreinte, avant même la transformée. Les raies TERAHERTZ sont peu nombreuses et larges, bien plus que dans le moyen infrarouge. C’est la borne de la méthode, et elle est énoncée par la publication elle-même.
La chaîne, du pulse au verdict. Une impulsion sert de référence ; celle qui traverse l’échantillon en ressort retardée, affaiblie et suivie d’une traînée d’oscillations. La transformée de Fourier en tire un spectre, la comparaison à une bibliothèque rend un score de ressemblance — et c’est le seuil de ce score, pas l’appareil, qui prononce l’identification. Schéma de principe, allures illustratives, sans graduation.

Où l’instrument se pose

Tube en extrusion traversant une couronne de têtes de mesure terahertz montées sur soufflets
Autour d’un tube en extrusion. Le produit passe au travers d’une couronne de têtes de mesure : rien ne touche la paroi, et l’épaisseur est lue sur le tube en mouvement, à la cadence de la ligne. C’est la même physique qu’une lecture à travers un conditionnement fermé — le signal traverse la matière plutôt que de s’arrêter à sa surface.Image Fraunhofer ITWM, reproduite avec autorisation.

Applications typiques

Structure interne

Remplissage d’une alvéole, présence du comprimé, défaut interne, sans ouvrir la plaquette.

Épaisseur de couche

Épaisseur et sa dispersion, y compris sur un empilement de plusieurs couches.

Identité matière première

Identification à travers un sachet ou un fût scellé, contenant fermé.

Exemples d’application

Contrôle à travers l’emballage : contenu, remplissage, intégrité, sans ouvrir.

Ces applications décrivent un domaine revendiqué, pas des méthodes qualifiées : le volet « Ce qui est démontré » sépare les deux.


Carte d’identité de la technique

CritèreTERAHERTZ
Ce que la mesure voitLa bande située entre micro-ondes et infrarouge lointain. Les matériaux non métalliques y sont largement transparents : on mesure à travers l’emballage fermé.
SélectivitéCorrecte sur corps purs — sur nos propres essais, une analyse en composantes principales a séparé sept substances. Mais les raies des solides sont élargies : deux substances proches demandent davantage de traitement.
Ce qui interfèreL’eau et les liquides polaires absorbent fortement ; le métal réfléchit intégralement. À travers un emballage, une forte distorsion spectrale, que le fabricant reconnaît lui-même.
Présentation de l’échantillonÀ travers le conditionnement fermé, sans ouvrir ni prélever. Chaque variante d’emballage est un cas distinct.
Ce que le modèle demandeUn modèle pour identifier ou classer. Rien pour une inspection de conditionnement : alvéole vide ou comprimé cassé sont des critères géométriques.
RéférentielsEn pharma : aucun chapitre ne lui est consacré en propre, mais Ph. Eur. 5.24, Imagerie chimique, nomme le far-infrared (FIR)/térahertz et la spectroscopie térahertz en domaine temporel parmi les méthodes d’imagerie tridimensionnelle auxquelles il s’applique ; pour une mesure hors imagerie, validation au sens d’ICH Q2(R2). Hors pharma : aucun texte ne s’y consacre : la méthode se valide sur elle-même, contre la méthode de référence de votre laboratoire.

Où se situe le TERAHERTZ dans le spectre

Où se situe le TERAHERTZ, et ce que son énergie peut faireUne échelle logarithmique unique porte la fréquence et l’énergie du photon, puisque l’une est proportionnelle à l’autre. Le ruban du haut situe le térahertz entre les micro-ondes et l’infrarouge. Les barres du bas situent les énergies de liaison : la bande térahertz recouvre les interactions intermoléculaires, et reste trois décades sous les liaisons covalentes. ONDES RADIOMICRO-ONDESINFRAROUGEULTRAVIOLETRAYONS XVISIBLE TÉRAHERTZ 0,1 à 10 THz — 3 mm à 30 µm 10⁶ Hz10⁸ Hz10¹⁰ Hz10¹² Hz10¹⁴ Hz10¹⁶ Hz10¹⁸ Hz 1 µeV1 meV1 eV1 keV4 meV, à 1 THz interactions dipôle–dipôleliaisons de van der Waalsliaisons hydrogèneliaisons covalentes agitation thermique à 300 K, 26 meV L’énergie d’un photon est proportionnelle à sa fréquence : une seule échelle porte les deux, et situe le TERAHERTZ dans les deux. Il tombe sur les interactions entre molécules — d’où l’information de matière — et reste trois décades plus bas en énergie que les liaisons covalentes.
Où se situe le TERAHERTZ, et ce que son énergie peut faire. Entre les micro-ondes et l’infrarouge, de 0,1 à 10 THz. L’énergie du photon y tombe sur les interactions entre molécules — d’où l’information de matière — et reste trois décades plus bas que les liaisons covalentes, donc sans effet ionisant.

Ce qui est démontré, avec les conditions de la démonstration

Un premier repère, venu d’une source indépendante. Le guide technique de l’USP Powder characterization for continuous manufacturing applications (© 2025) cite la spectroscopie TERAHERTZ parmi les outils PAT employés pour la mesure en ligne des attributs des rubans de granulation sèche — épaisseur, largeur, porosité, densité et uniformité de celle-ci — aux côtés de la thermographie infrarouge, de l’imagerie chimique proche infrarouge et de la résonance micro-ondes. C’est une mention, pas une qualification : elle situe la technique dans le paysage que l’USP décrit, et elle ne dispense d’aucun essai sur votre produit.

Deux résultats sont documentés avec des chiffres. Chacun a été obtenu sur un produit nommé, donc chacun se transporte vers un autre produit par un essai. Les conditions de la démonstration sont la partie qui mérite d’être lue, et les écrire est notre métier : un résultat transposé trop vite se paie sur votre planning.

Deux résultats, et ce que chacun couvre

Ce qui a été montréLe chiffreCe que cela couvre
Inspection d’une plaquette thermoformée à travers son emballage ferméComprimé cassé et comprimé manquant clairement identifiés, à 100 GHz comme à 300 GHzUn défaut de forme, à travers le conditionnement. La teneur et l’identité sont une autre question
Identification d’une substance à l’intérieur d’un pli fermé, à travers huit puis seize feuilles de papierÀ incidence normale les réflexions multiples recouvrent les raies de la substance ; à l’angle de Brewster les faux positifs tombent d’un facteur 14 et 10, au seuil de corrélation 0,2Que l’emballage se traverse, et à quelle condition géométrique. Le papier n’est pas une plaquette : le transfert se montre par un essai

Le premier résultat nous a été communiqué par le Fraunhofer ITWM et est publié avec son accord écrit — by courtesy of Fraunhofer ITWM. Le second est en libre accès : Molter et al., Applied Sciences 2021, 11, 950.

La même plaquette en trois temps : emballage, contenu, défautUne plaquette thermoformée. D’abord la photo : dix alvéoles pleines, rien de visible. Puis l’image térahertz de la même plaquette, recalée sur la photo : le contenu apparaît à travers le conditionnement. Puis les deux défauts se marquent : une alvéole vide et un comprimé fragmenté. LA MÊME PLAQUETTE, EN TROIS TEMPS comprimé fragmenté alvéole vide photo 300 GHz — bande 90 GHz 1 L’emballage, opaque à l’œil Dix alvéoles pleines. Rien à signaler. 2 Le térahertz le traverse Il passe le conditionnement, le contenu apparaît. 3 Le défaut ressort Une alvéole est vide, un comprimé est fragmenté. Images : Fraunhofer ITWM · photo recalée sur l’image térahertz
Ce que l’emballage cache, et ce que le térahertz rend. La même plaquette en trois temps : le conditionnement fermé, l’image en transmission à 300 GHz, puis les deux défauts — une alvéole vide, un comprimé fragmenté. La plaquette avait été préparée pour reproduire une erreur de production réaliste, le conditionnement restant quasi intact. Images du Fraunhofer ITWM, publiées avec son accord écrit ; la photo a été recalée sur l’image térahertz, ce qui autorise la superposition.

Face aux rayons X, l’argument porte sur l’exploitabilité

À 1 THz, l’énergie d’un photon est de 4 meV, contre une agitation thermique de 26 meV à 300 K. Le rayonnement est donc très en dessous de ce qui pourrait ioniser ou dissocier une molécule. Aucun effet ionisant ni dissociant, et aucune mesure de radioprotection particulière.

Concrètement : pas de zone contrôlée, pas de dosimétrie, pas de contrôle réglementaire périodique de source. C’est un avantage d’exploitabilité, et il est réel. Un équipement TERAHERTZ s’installe là où un générateur de rayons X imposerait un dossier et un local. C’est ce que cela veut dire, ni plus ni moins.

Le TERAHERTZ traverse les non-métaux, et se réfléchit sur le métal

C’est un contresens fréquent sur cette technologie. La détection de corps métalliques ne fait pas partie de son domaine, et le fabricant ne la revendique nulle part. La physique va dans l’autre sens. Ce sont les matériaux non métalliques qui sont transparents aux TERAHERTZ, et c’est de là que vient tout l’intérêt de la méthode.

Si votre besoin est la recherche de corps étrangers denses dans un produit conditionné, le contrôle par rayons X reste la réponse, et l’avantage de radioprotection relève d’une autre question.

Pour le coating de comprimés, la tomographie OCT est la voie documentée

La mesure d’épaisseur multicouche existe et elle est validée — dans un autre secteur, sur un autre revêtement. Transposée au coating d’un comprimé, elle reste à démontrer : nous orientons alors vers la voie documentée. La technologie qui répond à cette problématique est la tomographie optique cohérente, qui mesure l’épaisseur de couche et sa dispersion sans modèle multivarié à calibrer. Voir épaisseur de coating.

Ce qui est annoncé comme possible en principe

Deux applications sont annoncées comme possibles en principe. Nous reprenons la formulation du fabricant parce qu’elle est honnête.

  • La teneur en eau. La détermination de l’humidité dans une poudre est annoncée comme réalisable ; la gamme, l’erreur de prédiction et le coefficient de détermination s’établissent à l’essai. La littérature de laboratoire en publie — sur le bois, le papier et des produits alimentaires. La preuve que l’eau se voit existe ; reste la transposition à votre poudre et à votre configuration. C’est une faisabilité, pas une méthode. Pour un suivi en routine, il existe des voies bien mieux documentées, décrites sur la page humidité résiduelle.
  • Le polymorphisme et la distinction amorphe / cristallin. Même statut côté fabricant : l’expression « en principe » revient de façon insistante, sans chiffre de performance. La sensibilité du TERAHERTZ au réseau cristallin est physiquement fondée, et des figures de mérite sont publiées au laboratoire — quantification de polymorphisme et de taux de cristallinité. Ce qui manque, ce sont ces figures sur votre cas réel, et en ligne.

Ces deux sujets méritent un essai s’ils comptent pour vous. Ils méritent un essai. C’est la frontière que trace une preuve de concept : savoir si le signal discrimine, avant tout engagement.

Les bornes que le fabricant énonce lui-même

Nous les publions telles quelles : une documentation qui énonce ses limites est une documentation à laquelle on peut se fier.

Ce que le photon TERAHERTZ met en mouvementTrois états de la matière, trois mouvements, trois réponses. En phase gazeuse, le champ fait tourner la molécule polaire tout entière, et le spectre porte des raies fines. Dans un liquide, les voisines empêchent la rotation : elle est amortie, et il ne reste aucune raie. Dans un solide cristallin, deux mouvements coexistent : les liaisons s’étirent à l’intérieur de la molécule, et les molécules liées oscillent les unes contre les autres. Les raies existent, mais élargies. GAZla molécule polaire tournechamp TERAHERTZmoment dipolaire permanentraies finesfréquenceLIQUIDEla rotation est amortie par les voisineschamp TERAHERTZaucune raiefréquenceSOLIDE CRISTALLINdeux mouvements, dans et entre les moléculeschamp TERAHERTZmouvements intramoléculairesmouvements intermoléculairesraies élargiesfréquence Le photon ne casse rien : il fait tourner la molécule entière, il étire les liaisons à l’intérieur, ou il fait osciller les molécules liées les unes contre les autres. Ce sont ces mouvements-là que le spectre enregistre, et c’est pourquoi la réponse dépend de l’état de la matière. Nette en phase gazeuse et pour les seules molécules polaires ; éteinte dans les liquides, où l’on mesure un rapport de mélange et non une identité ; exploitable dans les solides cristallins.
Ce que le photon met en mouvement. Il fait tourner la molécule polaire, il étire les liaisons à l’intérieur, il fait osciller les molécules liées les unes contre les autres. Trois états, trois mouvements, trois réponses — et c’est de là que viennent les bornes ci-dessous.

Les liquides polaires sont le cas exigeant

L’eau au premier rang. Un milieu très aqueux absorbe fortement le rayonnement, ce qui réduit ce que la mesure atteint au-delà.

En phase gazeuse, seules les molécules polaires répondent

Une molécule sans moment dipolaire permanent reste invisible. Le périmètre d’analyse des gaz est donc étroit, et à vérifier molécule par molécule.

Les raies des solides sont élargies

Les signatures sont plus larges et moins séparées qu’ailleurs. Discriminer deux substances proches demande davantage de traitement.

Mesurer à travers l’emballage déplace le travail vers la préparation des données

C’est la limite la plus structurante, et elle est reconnue. À travers un emballage, on subit une forte distorsion spectrale, due à l’absorption par l’eau et à la diffusion. Le signal qui revient n’est pas celui du produit nu. Le fabricant ajoute qu’une préparation soigneuse des données est essentielle pour une identification fiable.

Autrement dit, la promesse « on mesure sans ouvrir » est vraie. Mais elle déplace une part de la difficulté vers le prétraitement du signal et la construction du modèle. C’est du travail de chimiométrie, à budgéter comme tel, voir quel effort de calibration votre mesure impose.

Mesurer à travers l’emballage : ce que coûte la traverséeDeux cas. À incidence normale, l’impulsion fait des allers-retours entre les feuilles de l’emballage : elle arrive plusieurs fois, et ces échos ajoutent au spectre une modulation qui recouvre les raies de la substance. À l’angle de Brewster, environ 56 degrés pour un indice de 1,5, les réflexions sont physiquement empêchées : une seule arrivée, et les raies de la substance réapparaissent. INCIDENCE NORMALEles réflexions s’ajoutentnormalece qui arrive au détecteurle spectre obtenu — la modulation recouvre les raies0123fréquence (THz) À L’ANGLE DE BREWSTERelles sont physiquement empêchées≈ 56°normaleα = arctan(n), n ≈ 1,5ce qui arrive au détecteurle spectre obtenu — les raies de la substance reviennent0123fréquence (THz) L’emballage n’est pas transparent au sens optique : c’est un empilement de feuilles, et chaque interface renvoie une part du signal. Ces retours arrivent en retard, et se lisent dans le spectre comme des raies qui n’existent pas. Incliner le faisceau à l’angle de Brewster les supprime, sans traitement de données : faux positifs divisés par 14 et par 10 dans la publication.
Ce que coûte la traversée. À incidence normale, les réflexions dans l’emballage arrivent en retard et se lisent comme des raies qui n’existent pas. À l’angle de Brewster, elles sont physiquement empêchées. D’après Molter et al., Applied Sciences 2021, 11, 950, en libre accès.

Quatre chiffres à demander

Leur absence n’est pas un défaut : elles dépendent de la configuration retenue. Mais il faut les demander, par écrit, avant de décider.

  • La résolution latérale : le plus petit détail distinguable dans le plan. Elle décide si l’on voit une alvéole ou un défaut ponctuel.
  • La résolution en profondeur : la capacité à séparer deux interfaces proches, donc ce qu’une mesure multicouche résout réellement.
  • La vitesse de balayage : le temps pour couvrir une surface donnée. C’est elle, et non la vitesse d’acquisition d’un point, qui dit si la mesure suit votre cadence.
  • L’épaisseur maximale mesurable : jusqu’où le signal reste exploitable dans votre matrice, ce qui n’est pas la même question que dans un matériau de référence.

Ce qu’il faut prévoir de votre côté

  • Des exemplaires réels de votre conditionnement, avec ses variantes : épaisseurs de film, impressions, étiquettes, suremballages. La distorsion dépend de l’emballage, donc chaque variante est un cas.
  • Des échantillons portant le défaut à détecter, en quantité suffisante. Un défaut vu une fois n’est pas une performance de détection.
  • Une définition écrite de la décision attendue : trier, alerter, ou seulement caractériser en développement. Un contrôle qui sert à décider appelle une validation de méthode, un essai de caractérisation non.

Questions fréquentes

Peut-on vraiment identifier une matière première sans ouvrir le fût ?

À travers un emballage non métallique, le signal passe. Mais entre « le signal passe » et « l’identification est fiable », il y a la distorsion spectrale et le travail de préparation des données que le fabricant juge lui-même essentiel. C’est donc un sujet d’essai, sur vos emballages et vos matières. La page identité des matières premières compare cette voie aux autres.

Le TERAHERTZ peut-il remplacer un détecteur de corps étrangers ?

Non. Il ne mesure pas un métal : le rayonnement s’y réfléchit intégralement. Une pièce métallique se signale donc par la perturbation qu’elle crée dans l’image, ce qui rend une détection indirecte envisageable. Mais ce n’est pas une mesure, et le fabricant ne le revendique nulle part. Son avantage face aux rayons X est l’absence de radioprotection : cela relève des conditions d’exploitation, pas de la capacité de détection.

Pourquoi ne proposez-vous pas le TERAHERTZ pour mesurer un coating ?

Pas parce que la preuve manquerait : l’imagerie térahertz pulsée mesure le coating de comprimés depuis 2007, validée contre microscopie de coupes puis contre microtomographie à rayons X, et un capteur en ligne l’a fait en temps réel dans une turbine dès 2011. C’est une question de domaine d’épaisseur et de périmètre. La littérature de référence donne à l’OCT les coatings de 10 à 60 µm et au térahertz ceux de 40 µm et au-delà : les deux sont complémentaires, pas concurrentes. Nous déployons l’OCT sur le coating parce que c’est la gamme d’épaisseur des coatings qui nous sont demandés, et le térahertz là où il est seul en lice — à travers un emballage fermé. Si votre enrobage est épais, gastro-résistant ou fortement pigmenté, le partage se rediscute.

Lin, Zhang, Markl, Zeitler, Shen, Applied Sciences 2018, 8(12), 2700, doi:10.3390/app8122700, en libre accès.

Faut-il un modèle chimiométrique ?

Pour une identification ou une classification, oui. La voie usuelle est une comparaison à une base de spectres de référence, suivie d’une classification multivariée — l’ACP et SIMCA sont les méthodes décrites pour cet usage par la Ph. Eur. 5.21 et l’USP ⟨1039⟩. Sur nos propres essais, une analyse en composantes principales a séparé sept substances ; les données appartiennent au client et nous n’en publions aucun chiffre de performance.

Cette voie a une limite, et ses auteurs l’écrivent eux-mêmes : « In case of a non-restricted identification problem, where also unknown spectra have to be considered, this PCA might not be suited best. » — Molter et al., Applied Sciences 2021, 11(3), 950, doi:10.3390/app11030950, en libre accès. Autrement dit, la méthode reconnaît ce qui figure déjà dans la base de référence ; elle n’est pas conçue pour signaler l’inconnu. C’est exactement ce qui compte lorsqu’on identifie à travers un emballage, et c’est une question à porter dans le protocole d’essai. Pour une inspection de conditionnement, alvéole vide, comprimé cassé, le critère est géométrique et bien plus simple. Les deux usages n’ont ni le même coût ni la même maintenance.

Un résultat obtenu sur substances pures vaut-il pour notre formulation ?

Non, et c’est la question à poser tôt. Sur une formulation, avec des excipients communs à plusieurs produits et à travers un emballage, la difficulté est d’un autre ordre. Une démonstration sur corps purs dit que la physique le permet. Elle ne dit rien de votre matrice.

Et si le TERAHERTZ n’est pas la bonne réponse ?

Alors nous le dirons, et nous indiquerons laquelle l’est. Une matrice très aqueuse, un emballage métallisé, un besoin de teneur absolue sans campagne de référence possible. Trois cas où la réponse oriente ailleurs. Le RAMAN ou le MIR reprennent souvent la question de composition, et le cadrage dit lequel. La page sur ce qui fait tenir une mesure recense ces situations.


Le matériel que nous mettons en œuvre

Fraunhofer ITWM, systèmes TERAHERTZ. Configurations de laboratoire pour la caractérisation, et systèmes intégrables en ligne pour le contrôle en production.

Dites-nous ce que vous cherchez à voir sans ouvrir, et nous vous dirons si le TERAHERTZ le voit.

Quarante-cinq minutes suffisent : si votre emballage laisse passer le signal, si la grandeur que vous visez relève de ce qui est démontré ou de ce qui reste au conditionnel, et quelle serait l’alternative.