La microtomographie à rayons X à l'INRAE de Clermont-Ferrand
Pour tout renseignement, contacter Eric BADEL (Eric.Badel@inrae.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.
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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’INRAE de Clermont-Ferrand
Les caractéristiques du Nanotom installé à l’INRAE 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.
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Dispositif de micro tomographie à rayons X | Vue de la chambre |
Quelques caractéristiques du microtomographe « Nanotom » de l'INRAE-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.
Exemples d’application sur la plateforme PHENOBOIS
Le PIAF a développé une compétence particulière sur l'observation des objets biologiques et en particulier sur les plantes.
- Visualisation de l’architecture du réseau hydraulique d’une tige
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Tige de vigne greffée | Rendu 3D de l’architecture du réseau hydraulique d’une tige de vigne au niveau de la greffe |
- Visualisation de la propagation d’embolie à l’échelle cellulaire
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Suivi d’un échantillon de Peuplier au cours d’une sécheresse | Approche multispectrale par combinaison de la microtomographie X avec des coupes cytologiques Lemaire et al 2021 (Tree Physiol) |
- Suivi 3D de fissuration et mesures de ténacité
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Essai de rupture mécanique | Vue transversale de la fissure | Vue longitudinale de la fissure |
- Caractérisation de matériaux biosourcés
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Echantillon de composite réalisé à base de fibres de maïs et d’une matrice de lignosulfate | Vue d’une coupe transversale réalisée dans l’image 3D obtenue par scan microtomographique. Tribot et al 2018 ( Industrial Crops and Products) |
- Objets archéologiques : détermination de l’essence (buis) et datation par dendrochronologie d’une fusaïole
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Fusaiole Gallo-Romaine (Musée Bargoin – Clermont-Ferrand) | Coupe transversale de la fusaiole réalisée par microtomographie X |
- Archeologie : Caractérisation d’un fossile datant de 410 millions d’années identifié comme le 1er arbre sur Terre (Armoricaphyton chateaupannense)
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Echantillon fossile | Rendus 2D et 3D | Modélisation des capacités de conduction des éléments du réseau hydraulique de la tige Strullu et al 2014 (Botanical Journal of the Linnean Society) |
- Observation de divers objets biologiques
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Structure de l’épi de blé par microtomographie X | Parcours d’une chenille de Carpocapse dans une Pomme | Rendu 3D du système musculaire de Drosophile |
Lien vers la plateforme Phenobois :
https://www6.inrae.fr/phenobois
Références :
Mantova M, Menezes-Silva PE, Badel E, Cochard H & Torres-Ruiz JM. 2021. The interplay of hydraulic failure and cell vitality explains tree capacity to recover from drought. Physiologia Plantarum 172, 247-257. ⟨hal-03109304⟩
Lemaire C. Quilichini Q., Brunel-Michac N., Santini J., Bertie L., Cartailler J., Conchon P., Badel E. and Herbette S. 2021. Plasticity of the xylem vulnerability to embolism in Populus tremula x alba relies on pit quantity properties rather than on pit structure. Tree Physiol. ⟨hal-03141908⟩
Ludovic Martin, Hervé Cochard, Stefan Mayr, Eric Badel. Using electrical resistivity tomography to detect wetwood and estimate moisture content in silver fir (Abies alba Mill.). Annals of Forest Science, Springer Nature (since 2011)/EDP Science (until 2010), 2021, 78 (3), pp.1-17. ⟨hal-03318957⟩
Billon LM, Blackman CJ, Cochard H, Badel E, Hitmi A, Cartailler J, Souchal R, Torres-Ruiz JM. 2020. The DroughtBox: a new tool for phenotyping residual branch conductance and its temperature dependence during drought. Plant, Cell and Environment 43: 1584– 1594 ⟨hal-02625372⟩
Myriam Moreno, Guillaume Simioni, Maxime Cailleret, Julien Ruffault, Eric Badel, et al.. Consistently lower sap velocity and growth over nine years of rainfall exclusion in a Mediterranean mixed pine-oak forest. Agricultural and Forest Meteorology, 2021, 308-309, pp.108472. ⟨10.1016/j.agrformet.2021.108472⟩. ⟨hal-03321323⟩
Sergent A.S., Varela S., Badel E., Barigah T., Cochard H., Dalla-Salda G., Delzon S., Fernández M.E., Guillemot J., Gyenge J., Lamarque L.J., Meier A.M., Rozenberg P., Torres-Ruiz J.M., Martin N. 2020. A comparison of five methods to assess embolism resistance in trees. Forest Ecology and Management. 468. ⟨hal-02769656⟩
Francois Courbet, Nicolas Martin, Guillaume Simioni, Claude Doussan, Jean Ladier, et al.. Agir sur la sensibilité à la sécheresse par la sylviculture. Forêt Entreprise, Forêt Privée Française, 2019, 249 (Novembre - décembre), pp.46-48. ⟨hal-02394661⟩
Muries Bosch B., Mom R., Benoit P., Brunel-Michac N., Cochard H., Roeckel-Drevet P., Petel G., Badel E., Fumanal B., Gousset A., Julien J.L.,, Label P., Auguin D., Venisse J.S. 2019. Aquaporins and water control in drought-stressed poplar leaves: A glimpse into the ex-traxylem vascular territories. Enviv. and Exp Bot, 162, pp.25-37. ⟨hal-02168616⟩
Mayr S., Schmid P., Beikircher B., Feng F., Badel E. 2019. Die hard: timberline conifers survive annual winter embolism. New Phytol 226(1):13-20. ⟨hal-02394658⟩
Tribot A., Delattre C., Badel E., Dussap C.G., Michaud P., de Baynast H. 2018 Design of experiments for bio-based composites with lignosulfonates matrix and corn cob fibers. Industrial Crops and Products.123: 539-545. ⟨hal-01915473⟩
López R., Nolf M., Duursma R., Badel E., Flavel R.J., Cochard H., Choat B. 2018 Mitigating the open vessel artefact in centrifuge based measurement of embolism resistance. Tree Physiol 39(1):143-155. ⟨hal-01854603⟩
Lamarque L., Corso D., Torres-Ruiz J.M., Badel E., Brodribb T., Burlett R., Charrier G., Choat B., Cochard H., Gambetta G., Jansen S., King A., Lenoir N., Martin-StPaul N., Steppe K., Van den Bulcke J., Zhang Y. and Delzon S. 2018 An inconvenient truth about xylem resistance to embolism in the model species for refilling Laurus nobilis L. Annals of Forest Sciences. 75-88. ⟨hal-02288736⟩
Torres-Ruiz J.M., Cochard H., Choat B., Jansen S., Tomášková I., Padilla-Díaz C.M., Badel E., Burlett R., King A., Lenoir N., Martin-StPaul N.K. and Delzon S. 2017. Xylem resistance to embolism: presenting a simple diagnostic test for the open vessel artefact. New Phytol. 215:484-499. ⟨hal-02288736⟩
Torres-Ruiz J.M., Cochard H., Fonseca E., Badel E., Gazarini L. and Vaz M. 2017. Differences in functional and anatomical traits within co-occurring Cistus species to face drought stress. Tree Physiol. 37(6):755-766. ⟨hal-01606013⟩
Torres-Ruiz J.M., Cochard H., Mencuccini M., Delzon S., Badel E. 2016. Direct observations and modelling of embolism spread between xylem conduits: a case study in Scot pine. PCE. 39(12):2774-2785. doi:10.1111/pce.12840 ⟨hal-01512094⟩
David-Schwartz R., Paudel I., Delzon S., Cochard H., Mizrachi M., Zemach H., Lukyanov V., Badel E., Capdeville G., and Cohen S., 2016. Indirect evidence for genetic differentiation in vulnerability to embolism in Pinus halepensis. Frontiers in Plant Sciences. 7, 13 p. ⟨hal-01512018⟩
Hochberg U., Herrera J.C., Cochard H. and Badel E. 2016. Short-time xylem relaxation results in reliable quantification of embolism in grapevine petioles and sheds new light on their hydraulic strategy. Tree Physiol. 36 (6), pp.748-55. ⟨hal-01343636⟩
Choat B., Badel E., Burlett R., Delzon S., Cochard H., Jansen S., 2016. Non-invasive measurement of vulnerability to drought induced embolism by X-ray microtomography. Plant Physiol. 170(1):273-282. ⟨hal-02637984⟩
Hervé H. Cochard, Sylvain S. Delzon, Eric Badel. 2015. X-ray microtomography (micro-CT): a reference technology for high-resolution quantification of xylem embolism in trees. Plant, Cell and Environment, Wiley, 38 (1), pp.201-206. ⟨hal-02635290⟩
Charra-Vaskou K., Badel E., Charrier G, Ponomarenko A., Bonhomme M., Foucat L., Mayr S., Améglio T. 2015. Cavitation and water fluxes driven by ice water potential in Juglans regia during freeze-thaw cycles. JXB.67(3),739-750. ⟨hal-01261003⟩
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? Journal of Plant Hydraulics 1: e-0005. ⟨hal-01095363⟩
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. Physiologia Plantarum 152 : 465-474. ⟨hal-01123401⟩
Strullu-Derrien C., Kenrick P., Tafforeau P., Cochard H., Bonnemain J.L., Le Hérissé A., Lardeux H. and Badel E., 2014. The earliest fossil wood and its hydraulic properties documented in a 407 million year old plant from the Armorican Massif, France. Botanical Journal of the Linnean Society 175, 423–437. ⟨insu-01018347⟩
Cochard H., Badel E., Herbette S., Delzon S., Choat B., Jansen S. 2013. Methods for measuring plant vulnerability to cavitation: a critical review. J Exp Bot. 64 (15): 4779–4791. ⟨hal-00964655⟩
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. ⟨hal-00964504⟩
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