Débruitage, alignement et reconstruction 3D automatisés en tomographie électronique : applications en sciences des matériaux

Automatic denoising, alignment and reconstruction in electron tomography : materials science applications

• Auteur / Autrice : Tony Printemps
• Direction : Lionel Hervé, Pierre Bleuet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 24/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Desbat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sergio Marco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Starck, Thierry Epicier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie (mathématiques)

Mots clés libres

Tomographie

STEM

Reconstruction

3D

Débruitage

Alignement

Tomography

STEM

Reconstruction

3D

Denoising

Alignment

Résumé

La tomographie électronique est une technique de nano-caractérisation 3D non destructive. C’est une technique de choix dans le domaine des nanotechnologies pour caractériser des structures tridimensionnelles complexes pour lesquelles l’imagerie 2D en microscopie électronique en transmission seule n’est pas suffisante. Toutes les étapes nécessaires à la réalisation d’une reconstruction 3D en tomographie électronique sont investiguées dans cette thèse, de la préparation d’échantillon aux algorithmes de reconstruction, en passant par l’acquisition des données et l’alignement. Les travaux entrepris visent en particulier (i) à développer une algorithmie complète incluant débruitage, alignement et reconstruction automatisés afin de rendre la technique plus robuste et donc utilisable en routine (ii) à étendre la tomographie électronique à des échantillons plus épais ou ayant subis une déformation en cours d’acquisition et enfin (iii) à améliorer la tomographie électronique chimique en essayant d’exploiter au maximum toutes les informations disponibles. Toutes ces avancées ont pu être réalisées en s’intéressant particulièrement aux échantillons permettant une acquisition sur une étendue angulaire idéale de 180°. Un logiciel a également été développé au cours de cette thèse synthétisant la majeure partie de ces avancées pour permettre de réaliser simplement toutes les étapes de tomographie électronique post-acquisition.

Electron tomography is a 3D non-destructive nano-characterization technique. It is an essential technique in the field of nanotechnologies to characterize complex structures particularly when 2D projections using a transmission electron microscope (TEM) are inappropriate for understanding the 3D sample morphology. During this thesis each one of the necessary steps of electron tomography have been studied: sample preparation, TEM acquisition, projection alignment and inversion algorithms. The main contributions of this thesis are (i) the development of a new complete procedure of automatic denoising, alignment and reconstruction for a routine use of electron tomography (ii) the extension of the technique to thicker specimen and specimen being damaged during the acquisition and finally (iii) the improvement of chemical tomography reconstructions using as much information as possible. All those contributions are possible taking advantage of the use of needle-shaped samples to acquire projections on an ideal tilt range of 180°. A software has been developed during this thesis to allow users to simply apply most of the contributions proposed in this work.