FR2884348A1 - Procede et appareillage pour communiquer a distance en utilisant la thermoluminescence. - Google Patents

Abstract

Le procédé et l'appareillage décrits servent à communiquer ou commander à distance en utilisant des molécules thermoluminescentes. Plusieurs échantillons contenant des molécules thermoluminescentes sont irradiés simultanément et ensembles par des rayons intriqués gamma, X, ultraviolets ou visibles, issus en cascade d'une source atomique ou de la cible d'un accélérateur linéaire de particules. Lorsque les échantillons sont séparés, en stimulant l'un d'eux, le « maître », par une méthode classique d'illumination infrarouge, blanche ou par chauffage, le ou les autres, les « esclaves », sont également stimulés. Il n'y a pas de procédé connu d'interférence entre maître et esclaves. Le ou les esclaves sont les seuls à pouvoir recevoir instantanément le signal du maître à travers tous milieux et à toutes distances. Le procédé et les appareillages sont particulièrement destinés à des applications de communication ou de commande.

Description

Procédé et Appareillage pour Communiquer à Distance

en Utilisant la Thermoluminescence.

DESCRIPTION

Domaine technique: La thermoluminescence (TL) est un phénomène physique qui se traduit par la propriété qu'ont certains cristaux d'émettre de la lumière quand on les chauffe comme le mon- trent les courbes (1) et (2) de la figure 1. Cette luminescence ne se produit que si le chauffage a été précédé d'une irradiation due à des rayonnements ionisants, par exemple à l'exposition à la radioactivité naturelle pendant des milliers d'années ou à l'exposition à un rayonnement artificiel gamma, X, alpha, béta, neutron, ultraviolet ou visible, pendant quelques minutes ou quelques heures.

Depuis sa cuisson, une céramique accumule une dose archéologique due à l'irradiation naturelle. La re-cuisson en laboratoire d'un prélèvement en poudre permet de mesurer la durée d'irradiation à partir de la quantité de lumière émise. Si l'échantillon est chauffé une deuxième fois il n'émet plus de lumière à moins d'avoir reçu une nouvelle dose d'irradiation entre temps. La thermoluminescence due à l'irradiation naturelle est utilisée pour la datation géologique et archéologique.

L'équation fondamentale de la datation par thermoluminescence est donnée par ATL = DARG / DA ATL est rage en années, DARG est la dose archéologique ou géologique, DA est la dose annuelle.

La dose archéologique ou géologique, DARG, est la quantité d'énergie de thermoluminescence par unité de masse stockée par le cristal depuis sa dernière chauffe. Cette quantité d'énergie est exprimée en Gray (1 Gy = 1 J/kg). Elle provient de la désintégration des éléments radioactifs contenus dans le cristal et dans son environnement. La dose archéologique est déterminée en comparant la thermoluminescence naturelle des cristaux à celle induite au laboratoire par une dose connue provenant d'une source radioactive calibrée.

La dose annuelle DA est la quantité d'énergie de thermoluminescence par unité de masse accumulée en une année par le cristal, également exprimée en Gray. La dose - 2 - annuelle est généralement déduite des concentrations en radioéléments de l'échantillon et du milieu d'enfouissement.

La courbe (1) de la figure 1 représente la réponse typique d'un échantillon de calcite stalagmitique lors de la montée en température.

Dans les application géologiques ou archéologiques, la thermoluminescence mesure la période écoulée depuis la dernière chauffe qui ne correspond pas forcément à l'événement à dater (fabrication pour les terres cuites, dernière utilisation pour un four, etc.). Incendies, restauration à l'aide d'une source chauffante, peuvent fausser l'interprétation des résultats expérimentaux. Le matériau doit contenir des cristaux thermoluminescents qui sont suffisamment sensibles à l'irradiation (ex. : quartz, feldspaths, zircons, etc). Les cristaux ne doivent pas être saturés en énergie car leur capacité d'emmagasinage limite l'utilisation de la technique. Les plus anciens âges obtenus jusqu'à présent sont de l'ordre de 700 000 ans. En datation archéologique, les objets ne doivent pas avoir subi une quelconque irradiation artificielle (X, gamma, neutrons et autres rayonnements ionisants) avant l'analyse par thermoluminescence.

La thermoluminescence est également utilisée pour déterminer les doses de rayonne-ment ionisant subies en un lieu donné. Ces doses peuvent être mesurées dans un laboratoire ou sur un individu pour assurer la sécurité dans l'emploi des rayonnements ionisants. La technique est nommée dosimétrie par thermoluminescence . Certains cristaux comme le fluorure de lithium (LiF), le fluorure de calcium (CaF2), le borate de lithium (Li2B4O7), le sulfate de calcium (CaSO4), et l'oxyde d'aluminium (AI2O3), activées par des traces de métaux de transition, de terres rares ou de carbone, ont la propriété de devenir thermoluminescents sous l'influence de rayonnements ionisants. Lors de la montée en température d'échantillons irradiés d'oxyde d'aluminium dopé (AI2O3:C), par exemple, la luminescence commence vers 125 C et atteint un maximum vers 200 C comme le montre la Figure 1, courbe (2). La montée en température par chauffage peut être remplacée par une exposition aux rayons d'un laser, par exemple infrarouges. La luminescence à température ambiante n'est pas strictement nulle et l'excitation dis-paraît lentement (fading, décroissance du signal obtenu avec le temps). De même un fading inverse se produit pour les échantillons stockés pendant longtemps car ils sont légèrement irradiés par les rayons cosmiques et le rayonnement nucléaire ambiant. On a donc dans ce cas une augmentation de l'excitation. La chute d'intensité due au fading est par exemple de l'ordre de 3% en 3 mois pour le cristal d'oxyde d'aluminium dopé au carbone. La demi-vie d'un tel échantillon initialement irradié est donc d'environ 5 ans, - 3 - c'est-à- dire que l'intensité de sa luminescence décroît de moitié en 5 ans.

Le verre borosilicate peut également être utilisé comme matériau thermoluminescent. En effet, ce verre normalement transparent, a la propriété de devenir opaque et de cou-leur marron sous l'effet des radiations ionisantes. Chauffé à 200 C, il perd progressi- vement sa coloration. Sa demi-vie à la température ambiante est de l'ordre de 10 ans. Le phénomène de thermoluminescence s'explique par la structure imparfaite des cris-taux qui contiennent toujours en nombre élevé des défauts, qu'il s'agisse de défauts de construction, tels que des lacunes ou des dislocations, ou de la présence d'atomes étrangers à la composition chimique de base (impuretés). L'énergie reçue par les élec- trons du cristal au cours de l'irradiation modifie leurs niveaux énergétiques.

Dans la théorie des bandes on explique le phénomène avec la séquence suivante: - L'ionisation par rayonnement libère un trou et un électron dans la bande de va- lence; l'électron est projeté dans le continuum énergétique de la bande de conduction.

- L'électron et le trou sont alors capturés par des impuretés ou dislocations du ré-seau (pièges) du cristal dans la bande interdite.

- Cet état métastable peut durer de quelques mois à de nombreuses années car trous et électrons sont sur des niveaux énergétiques différents.

- L'énergie calorifique ou optique appliquée à l'échantillon permet aux électrons de 20 se recombiner aux trous. Les électrons reviennent alors dans la bande de va- lence en émettant des photons qui produisent la thermoluminescence. Le maté- riau thermoluminescent peut donc être réutilisé.

- Le fading s'explique par l'effet tunnel des électrons qui ont une faible probabilité, mais tout de même une probabilité finie, de traverser la barrière de potentiel qui 25 les sépare des trous.

Il est connu de l'homme de l'art, en particulier pour la sécurité nucléaire, que le chauffage des échantillons irradiés peut s'effectuer de différentes manières, en particulier par résistance électrique ou à l'aide de rayons infrarouges ou visibles de laser, ce qui per-met un chauffage rapide et un meilleur rapport de signal sur bruit sur de petits échantilIons ou des portions d'échantillons.

La différence de température du pic de luminescence entre les minéraux et les matériaux utilisés en dosimétrie provient du type de piéges (traps). Dans les minéraux les piéges sont généralement profonds (deep traps) et dans les matériaux de dosimétrie les piéges sont généralement peu profonds (shallow traps). Plus d'énergie calorifique ou -4 -- optique est donc nécessaire pour énergétiser les électrons des piéges profonds.

Le tableau 1 contient une liste des principales substances utilisées en thermoluminescence avec leurs caractéristiques principales: formule chimique, température pour la-quelle le maximum du signal est atteint, longueur d'onde des photons émis, saturation en énergie, et fading (décroissance du signal obtenu avec le temps).

Les substances naturelles ont généralement une longue durée de vie et par conséquent un très faible fading, ceci est le résultat de pièges profonds. Les données publiées va-rient car ces matériaux naturels contiennent des impuretés de quantité et de nature variable. Néanmoins ces matériaux peuvent être utilisés dans le cadre de cette invention sous leur état naturel ou sous une forme artificielle contenant les mêmes éléments.

Les substances artificielles ont généralement une faible durée de vie et par conséquent un fading important qui correspond à des pièges peu profonds d'où les électrons peu-vent être éjectés plus facilement. La durée de vie de ces substances permet également leur utilisation dans cette invention.

Les substances thermoluminescentes très sensibles obtenues artificiellement peuvent aussi être excitées par des rayons ultraviolets ou visibles. Dans ce cas les pièges sont peu profonds et une stimulation par rayons infrarouges est possible.

Technique antérieure: Les propriétés de thermoluminescence sont utilisées essentiellement pour la datation géologique et archéologique, la protection contre les rayonnements ionisants nucléaires et ultraviolets par dosimétrie, la surveillance nucléaire environnementale, et la détermination de pollutions nucléaires accidentelles ou militaires passées également par dosimétrie.

Exposé de l'Invention: La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour communiquer ou commander à distance en utilisant la thermoluminescence.

Dans cette invention, il est fait usage de la thermoluminescence causée par une irradia- tion artificielle de deux ou plusieurs échantillons d'un ou plusieurs matériaux thermolu- minescents définis précédemment, à l'aide d'un rayonnement ionisant composé de groupes de photons intriqués issus d'une source. Chaque groupe de photons intriqués est constitué de photons émis ensembles ou à de très courts intervalles par la même particule de la source, par exemple: électron, noyau, atome, molécule. Les sources de - 5 - photons intriqués ad hoc utilisables pour cette invention sont, par exemple: Des matériaux radioactifs naturels ou artificiels produisant un rayonnement en cascade. Par exemple, l'atome de Cobalt 60 émet presque simultanément deux gamma qui sont intriqués et qui peuvent être utilisés pour irradier un matériau thermoluminescent.

- Des cibles bombardées par des particules tels que des électrons, des protons, etc, qui émettent des photons intriqués par effet Bremsstrahlung. Par exemple, dans les accélérateurs d'électrons qui bombardent des cibles de tungstène, des groupes de photons intriqués gamma, X ou ultraviolets sont produits par le phénomène de Bremsstrahlung.

Des matériaux contenant des atomes excités par la chaleur qui provoque des émissions en cascade de photons. Par exemple des lampes à mercure émettent des groupes de photons ultraviolets intriqués.

Des cristaux non linéaires qui, lorsqu'ils sont excités par un rayon laser ad hoc ( pump ), produisent deux nouveaux faisceaux divergents ( signal et idler ) de faible puissance. Ces nouveaux faisceaux sont totalement, ou presque totalement, intriqués, c'est à dire que chaque photon de l'un est intriqué avec un photon de l'autre. Par exemple les cristaux BBO peuvent émettre deux faisceaux intriqués.

En particulier, les rayons ultraviolets ou visibles produits par certains atomes et par les cristaux non-linéraires peuvent être utilisés pour exciter les substances thermoluminescentes les plus sensibles.

Dans cette invention, les échantillons de matériaux thermoluminescents sont irradiés (ou illuminés) simultanément par une ou plusieurs des sources ad hoc mentionnées ci- dessus, pendant une durée dépendant de l'optimisation du processus. Ces sources produisent des groupes de deux ou plusieurs photons intriqués. Seuls les photons intri-qués répartis sur deux ou plusieurs échantillons, qui ont chacun excité un piège, sont utiles pour la liaison quantique car l'intrication est transférée des photons audits pièges.

Dans le cas d'un faisceau de photons commun aux deux échantillons, les liaisons quan- tiques obtenues sont partielles en ce que des pièges intriqués sont localisés sur le même échantillon, et d'autres sont répartis sur plusieurs échantillons. Dans le cas où des faisceaux intriqués séparés sont produits, par exemple avec des cristaux non linéaires, une optimisation du procédé consiste à diriger un faisceau sur un des échantillons et l'autre faisceau sur l'autre échantillon. En conséquence, l'intrication des échantillons - 6 est totalement, ou presque totalement, complète. Les surfaces des échantillons sur les- quelles le processus est appliqué peuvent aller de quelques nanomètres carrés à quelques décimètres carrés selon l'optimisation de la méthode utilisée et des technologies employées.

La présente invention fait usage d'un phénomène prévu par la Mécanique Quantique selon lequel deux ou plusieurs particules intriquées conservent une liaison quantique lorsqu'elles sont séparées par une distance quelconque, liaison quantique qui est pratiquement instantanée. En conséquence, la désexcitation de l'une provoque la désexcitation de l'autre ou des autres. Dans le cas des matériaux thermoluminescents, la 1 o désexcitation des pièges (appelée stimulation par la suite) se manifeste par une émission de photons visibles (phénomène de luminescence) . Cette luminescence est mesurée par un capteur, par exemple, un ou des tubes photomultiplicateurs, une ou des photodiodes, etc. De nombreux articles et ouvrages existent sur le sujet de l'intrication. Les principaux ar-15 ticles sont listés en fin de description.

Les échantillons de matériaux thermoluminescents après irradiation par des groupes de photons intriqués, tels que décrits ci-dessus, sont séparés spatialement. Dans le cas de deux échantillons intriqués, l'un le maître est stimulé et la luminescence de l'autre I ( esclave est mesurée. Plusieurs techniques ad hoc peuvent être utilisées pour ex- 2 0 ploiter les liaisons quantiques entre échantillons. Deux techniques par chauffage et deux techniques optiques sont utilisées pour stimuler l'échantillon maître: L'échantillon maître peut être chauffé sur sa totalité au moyen d'un dispositif ex- terne ou interne, par exemple par une résistance, un faisceau de lumière infra- rouge ou par le phénomène d'induction d'éléments incorporés à l'échantillon, ce qui provoque une variation de sa luminescence et également une variation corrélée de la luminescence de l'échantillon esclave qui est mesurée sur tout ou partie dudit échantillon esclave. Dans ce cas, tous les piéges peuvent se vider complètement. En particulier cette technique peut être appliquée aux piéges pro- fonds.

L'échantillon maître peut être chauffé en un point de sa surface, par exemple par le faisceau convergent d'une lentille ou par un faisceau laser, ce qui provoque son échauffement et une variation de sa luminescence et également une variation corrélée de la luminescence, due aux pièges intriqués correspondants localisés sur la totalité de l'échantillon esclave, qui est mesurée sur tout ou partie dudit - 7 échantillon esclave. Les piéges de ces points sont vidés partiellement ou complètement. De multiples mesures peuvent être faites sur un seul groupe d'échantillons intriqués. En particulier cette technique peut être appliquée aux piéges profonds.

L'échantillon maître peut être illuminé très brièvement dans sa totalité, par exemple par un flash infrarouge, ce qui provoque le vidage de quelques piéges avec une variation de luminescence, et également une variation corrélée de la luminescence de l'échantillon esclave qui est mesurée sur tout ou partie dudit échantillon esclave. Un grand nombre de mesures peuvent être ainsi faites car peu de piéges sont vidés à chaque flash. En particulier cette technique peut être appliquée aux piéges peu profonds. Cependant, des piéges profonds peuvent être transférés vers des piéges peu profonds par stimulation photonique. L'échantillon maître peut être illuminé très brièvement sur une petite partie de sa surface, par exemple par le flash infrarouge d'un laser ou d'une lentille conver-gente, ce qui provoque le vidage de quelques piéges de ladite petite surface de l'échantillon maître avec une variation de luminescence, et également une variation corrélée de la luminescence de l'échantillon esclave qui est mesurée sur tout ou partie dudit échantillon esclave. Un grand nombre de mesures peuvent être ainsi faites sur chaque petite surface car peu de piéges sont vidés à chaque flash. En particulier cette technique peut être appliquée aux piéges peu profonds. Cependant, des piéges profonds peuvent également être transférés vers des piéges peu profonds par stimulation photonique.

Dans un mode particulier d'optimisation des techniques de stimulation optiques précédentes, l'échantillon maître et / ou l'échantillon esclave peuvent être portés à une tem- pérature constante comprise entre 0 C et 200 C afin de faciliter le vidage des piéges des échantillons pendant la mesure de luminescence de l'échantillon esclave. Ces techniques peuvent être utilisées pour communiquer une ou plusieurs informations entre un ou plusieurs échantillons intriqués maîtres et un ou plusieurs échantillons intriqués esclaves. Dans des modes particuliers de l'invention, les échantillons intriqués peuvent être simultanément ou successivement maîtres et / ou esclaves sans sortir du cadre de l'invention. Lorsque la technique permet plusieurs mesures sur un même groupe d'échantillons intriqués, elle peut être utilisée soit pour communiquer une information sécurisée, soit pour communiquer plusieurs informations successivement sans avoir à mettre en oeuvre un dispositif de synchronisation de la tête de lecture du capteur de luminescence situé sur tout ou partie de l'échantillon esclave. Le capteur de luminescence unique peut être remplacé par deux ou plusieurs capteurs de luminescence situés sur tout ou partie de l'échantillon esclave. Des combinaisons des quatre techniques de stimulation et de mesure décrites ci-dessus peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. Un échantillon ou une petite surface dudit échantillon telle qu'employée ci-dessus, peut comporter de quelques pièges à un très grand nombre, selon l'optimisation de la méthode utilisée et des technologies de stimulation et de mesures employées. Le nombre de pièges nécessaires à la transmission et à la réception d'une information tient compte du fading, du fading inverse, et de la sensibilité et précision des appareillages d'irradiation ou d'illumination et de détection de la luminescence.

Les piéges de certains matériaux thermoluminescents complexes peuvent se vider par conversion interne et ne pas émettre de luminescence durant la stimulation. Dans ce cas, le signal se manifeste par un changement de l'intensité du fading.

Les échantillons irradiés (ou illuminés) peuvent être transportés sur de grandes distances et attendre de longues périodes en étant toujours susceptibles d'être stimulés. Dans un mode particulier de l'invention, au moins un échantillon intriqué peut être conservé à une très basse température comprise entre -273 C et 20 C afin de minimiser le fading, ce qui prolonge la durée d'utilisation de l'échantillon. Les piéges ont une dem-vie qui peut s'étendre de 1 microseconde à 70 000 ans.

Il n'y a pas de procédé connu d'interférence entre un maître et un esclave. L'esclave est le seul à pouvoir recevoir le signal du maître.

Le procédé, objet de l'invention, est décrit ci-dessus dans son principe sur deux échantillons de matériaux thermoluminescents, le maître et l' esclave , préparés selon les méthodes décrites pour la phase d'irradiation (ou d'illumination) et exploités selon les techniques de stimulations et de mesures de la luminescence décrites.

Le procédé objet de l'invention peut aussi être appliqué à plus de deux échantillons préparés selon les méthodes décrites pour la phase d'irradiation (ou d'illumination), sans sortir du cadre de l'invention: selon la méthode employée, les échantillons pré- 3 0 sentent des liaisons quantiques entre eux ou entre sous-ensembles de ces échantillons. Par exemples: - Si des échantillons sont présentés sous un faisceau commun, ils comportent alors des liaisons quantiques statistiquement réparties de telle sorte que chaque échantillon peut communiquer avec tous les autres, chaque échantillon ayant la - 9 capacité d'être maître ou esclave.

Si K échantillons Elk sont présentés sous un faisceau intriqué FI, et M échantillons E2m sont présentés sous l'autre faisceau intriqué F2, les échantillons El k ont chacun des liaisons quantiques statistiquement réparties avec les échantil- Ions E2m de telle sorte que chaque échantillon Elk peut communiquer avec chaque échantillon E2m et que chaque échantillon E2m peut communiquer avec chaque échantillon Elk. Par contre les échantillons Elk ne peuvent pas communiquer entre eux et les échantillons E2m ne peuvent pas communiquer entre eux. Ces propriétés peuvent être exploitées pour des communications point à mufti- points ou multi-points à multi-points , ad hoc et inviolables.

La généralisation à l'emploi de N faisceaux intriqués, par exemple obtenu au moyen de divisions successives de faisceaux par plusieurs cristaux de BBO, ne sort pas du cadre de l'invention. De même l'emploi d'une stimulation modulée en amplitude et / ou en fréquence d'un ou plusieurs échantillons maîtres pour communiquer une variation de lumi-nescence corrélée à un ou plusieurs échantillons esclaves ne sort pas du cadre de l'invention. Enfin la démultiplication du procédé sur deux ou plusieurs groupes d'échantillons intriqués disposés sur un ou plusieurs supports, exploités simultanément ou successivement, au moyen d'un ou plusieurs exemplaires des appareillages objets de l'invention, ne sort pas non plus du cadre de l'invention.

Les groupes d'échantillons maîtres ou esclaves sont généralement des solides constitués par des cristaux de matériaux thermoluminescents fixés sur un support ou incorporées dans ou entre d'autres matériaux. Ces cristaux peuvent aussi être utilisés sous différentes formes chimiques ou physiques, par exemple sous une forme pulvérulente. Les matériaux thermoluminescents sont, par exemple, choisis parmi ceux listés dans le tableau 1. D'autres cristaux thermoluminescents naturels ou artificiels peuvent être utilisés sans sortir du cadre de l'invention.

Les échantillons d'un même groupe peuvent être de natures différentes, par exemple l'un en poudre et l'autre en film. Un mélange de plusieurs matériaux thermoluminescents de natures différentes peut également être utilisé.

L'irradiation des échantillons peut être faite avec tout type de générateur de photons intriqués gamma, X ou ultraviolets et la détection de la luminescence du ou des échantillons esclave peut être mesurée avec tout type de détecteur ad hoc. La stimulation de l'échantillon maître peut être réalisée par tout type de source lumineuse infra-rouge, visible, ultraviolette ou calorifique.

- 10 - Il est également possible que les progrès de la technique permettent l'utilisation d'instruments plus perfectionnés que ceux connus présentement et d'améliorer les performances mentionnées dans cette invention sans sortir du cadre de l'invention. Une modulation en amplitude des stimulations peut être utilisée pour envoyer un message.

Des modulations plus complexes telles que modulation en amplitude et / ou en fréquence des stimulations peuvent également être utilisées.

On peut stimuler un ou des matériaux particuliers, dans le cas où un mélange de matériaux est utilisé, par l'une des techniques de stimulation suivantes: Le chauffage qui met en oeuvre des vibrations du réseau cristallin sous forme de 1 o phonons d'énergie (k.T), k étant la constante de Boltzmann et T la température absolue. Cette technique est macroscopique. La figure 1 et le tableau 1 montrent par exemple que les matériaux listés présentent des réponses en température différentes avec émission de photons de longueurs d'ondes différentes pour chaque matériau thermoluminescent. En conséquence, l'échantillon maître contenant un mélange de matériaux thermoluminescents peut être stimulé selon une courbe de variation de la température en fonction du temps: le ou les échantillons esclaves contenant le même mélange de matériaux thermoluminescents, ou un autre mélange dans des proportions connues, présentent alors un spectre d'émissions de photons en longueurs d'ondes et en amplitude dans le temps, qui permet d'améliorer le rapport signal sur bruit de la transmission.

Le rayonnement, par exemple par un laser, infrarouge optimisé qui met en oeuvre des photons d'énergie (h.v), h étant la constante de Planck et v la fréquence du photon. Le rayonnement est optimisé en fréquence, en intensité et en durée pour chacun des matériaux thermoluminescents. La réponse spectrale du maté- 2 5 riau ou du mélange de matériaux utilisés est caractéristique. Le ou les échantillons esclaves contenant le même mélange de matériaux thermoluminescents que l'échantillon maître, ou un autre mélange dans des proportions connues, présentent alors un spectre d'émissions de photons en longueurs d'ondes et en amplitudes, qui permet d'améliorer le rapport signal sur bruit de la transmission.

Dans un mode particulier de cette technique, au moins un échantillon peut être maintenu à une basse température (comprise entre -273 C et 20 C) afin d'éliminer l'effet secondaire des phonons dus à la chaleur, et ainsi obtenir un spectre d'émissions de photons dont les raies caractéristiques sont mieux défi-nies. Cette technique peut être exploitée jusqu'à un niveau microscopique, et en - 11 - particulier en nanotechnologie, soit au niveau des échantillons intriqués, soit au niveau des petites surfaces illuminées dans lesdits échantillons intriqués. La récurrence des phases de stimulation / mesure peut être beaucoup plus élevée dans cette technique permettant d'atteindre un grand débit d'informations transmises et reçues.

Description sommaire des dessins:

La figure 1 représente la réponse de luminescence lors du chauffage de deux échantillons thermoluminescents.

La figure 2 représente schématiquement l'irradiation de deux échantillons d'un matériau thermoluminescent avec des rayons intriqués gamma ou X intriqués ou ultraviolets.

La figure 3 représente schématiquement le principe de la liaison quantique entre l'échantillon stimulé, le maître , à gauche et l'échantillon récepteur, l' esclave , à droite.

La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel une pluralité d'échantillons placés sur deux films peuvent être irradiés en séquence et en correspondance par un générateur de photons intriqués gamma, X ou ultraviolets. La figure 5 illustre l'utilisation des films pour communiquer. Sur la gauche de la figure, des signaux sont émis par modulation en amplitude ou en phase de la stimulation de l'échantillon maître. Sur la droite le signal en provenance de l'échantillon esclave correspondant est détecté par un photomultiplicateur ou une photodiode.

La figure 6 représente les films développés tel qu'ils se présentent devant les systèmes de stimulation et de détection.

La figure 7 représente schématiquement deux appareillages: l'un à gauche est utilisé 25 en émetteur et l'autre à droite est utilisé en récepteur.Les fonctionnalités peuvent être inversées, permettant des communications en semi-duplex.

La figure 8 représente schématiquement deux appareillages: l'un à gauche est utilisé en émetteur sur l'un des échantillons et l'autre à droite est utilisé en récepteur sur la totalité des échantillons. Cette fonctionnalité permet des communications simples sans synchronisation des disques porteurs des groupes d'échantillons intriqués.

Le tableau 1 énumère les principaux matériaux thermoluminescents disponibles présentement avec leurs caractéristiques. De très nombreux matériaux artificiels existent avec différents atomes de dopage ou combinaisons d'atomes de dopage. Les données de ce tableau sont approximatives car parfois différentes selon les auteurs et la nature des - 12 - échantillons.

Manières de réaliser l'invention: Des manières de réaliser l'invention sont décrites ci-dessous. Cependant il est précisé que la présente invention peut être réalisée de différentes façons. Ainsi, les détails spécifiques mentionnés ci-dessous ne doivent pas être compris comme limitant la réalisation, mais plutôt comme une base descriptive pour supporter les revendications et pour apprendre à l'homme du métier l'usage de l'invention présente, dans pratiquement la totalité des systèmes, structures ou manières, détaillés et appropriés.

Selon un mode particulier de l'invention, deux échantillons d'oxyde d'aluminium dopé au carbone sont irradiés par les photons gamma intriqués d'un accélérateur linéaire de type CLINAC (Compact Linear Accelerator) pendant un temps suffisant pour atteindre une dose près de la saturation soit approximativement 10 Gy (Jkg'), généralement en quelques minutes. Ces échantillons sont alors maintenus dans l'obscurité de façon à ne pas augmenter le fading . La figure 2 représente schématiquement l'irradiation des deux échantillons (6) et (7) par les rayons ionisants intriqués (4) et (5) dans la chambre obscure (8). La source (3) peut être de type CLINAC, par exemple.

La figure 3 représente schématiquement l'expérience de communication à distance. L'échantillon intriqué (6), le maître est placé dans la chambre obscure (9). Une lampe ou un laser infrarouge (10) illumine avec les rayons (Il) et chauffe l'échantillon (6). Le chauffage peut également avoir lieu avec une résistance. Derrière une paroi (12) un système récepteur est placé dans une autre chambre obscure (15). Il comprend l'échantillon intriqué (7), I ( esclave , dont les rayons lumineux (14) illuminent le photomultiplicateur ou la photodiode (13). Un système non représenté enregistre la lumi- 2 5 nescence en fonction de la température ou du temps. La réalisation de l'invention est plus complexe pour permettre la transmission et la réception d'une succession de signaux comme indiqué dans la suite.

Selon un autre mode particulier de l'invention, l'illumination est représentée sur la figure 4. Les échantillons se présentent, par exemple, sous la forme de films de téflon qui contiennent le matériau thermoluminescent. Sur cette figure, un accélérateur de particu- les (16) envoie sur une cible (18) des particules accélérées (17), par exemple des élec- trons. Dans la chambre obscure (19), les rayons gamma ou X intriqués (20) et (21) sont envoyés sur les films thermoluminescent (22) et (23) pour l'irradiation de surfaces de forme quelconque, carrés, cercles, ou rectangles dénommées dans la suite par - 13 - cadre . Ces cadres vont défiler de façon synchrone un par un et s'arrêter le temps de l'irradiation nécessaire pour envoyer et recevoir les messages. Les films sont enroulés dans des containers (24) et (25). Le déroulement des films pour l'irradiation de chaque cadre est assuré par des mécanismes (26) et (29). Le rembobinage peut se faire grâce à des mécanismes (28) et (27). Ces mécanismes sont commandés par une minuterie (30). Cette minuterie commande également l'accélérateur de particules (16). Un grand nombre d'irradiations corrélées peuvent être faites en séquence avec chaque container. L'un des containers contient le film maître , l'autre contient le film esclave . Les-dits containers sont obscurs comme des containers de pellicule de photographie.

1 o Selon le même mode de réalisation de l'invention, la figure 5 représente la stimulation à distance du film esclave. Plusieurs parois de béton (41), par exemple, séparent deux laboratoires. La partie gauche de la figure représente les appareils permettant de stimuler les échantillons maître (34) préalablement irradiés en même temps que les esclaves pour transmettre des messages. Ces échantillons provenant du film contenu dans les containers (35) et (36), sont exposés dans la chambre obscure (32) aux rayons infra-rouges (33) provenant de la source de lumière infrarouge ou visible, (31) par exemple un laser infrarouge ou visible. Des mécanismes (37) et (38) assurent le déroulement du film thermoluminescent. Une minuterie (39) règle le fonctionnement des mécanismes de déroulement du film cadre par cadre et de l'éclairage de la source (31). Les signaux à transmettre sont fournis par le générateur (40) qui commande la modulation de l'intensité en amplitude et en durée de la stimulation pour chaque cadre.

La partie droite de la figure 5 représente le récepteur de signaux. Un photomultiplicateur ou une photodiode (43) est placé dans la paroi d'une chambre obscure (44). Il reçoit les rayons lumineux de thermoluminescence (45) émis par le cadre (46) du film thermolu-minescent. Ce film est contenu dans les containers (47) et (48), eux mêmes actionnés par les mécanismes (49) et (50). La minuterie (51) commande les mécanismes et l'enregistreur (42). Aucune communication n'est requise pour la synchronisation de l'émission et de la réception, car le récepteur est mis en veille sur le premier cadre. Lorsqu'un signal apparaît la séquence de présentation des cadres récepteurs se dé- clanche à une cadence convenue identique à celle du système émetteur.

Dans un autre mode de réalisation les films peuvent défiler simultanément de façon continue pour l'exposition aux rayons intriqués comme illustré sur la figure 4. Pour effectuer une télécommunication entre film maître et esclave comme indiqué sur la figure 5, l'esclave reste en veille sur le début du film esclave. Lorsqu'un signal apparaît le dé- - 14 - roulement du film esclave se fait à une vitesse identique à celle du déroulement du film maître. II est également possible de coder l'arrêt du film esclave et son redémarrage. Bien entendu, durant toutes ces mesures, il est tenu compte de la très faible décroissance naturelle de la luminescence des substances thermoluminescentes utilisées.

Les appareillages décrits précédemment sont des exemples de réalisation. D'autres moyens pour présenter les échantillons ou les films à l'irradiation et à la détection peu-vent être employés sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'utilisation de deux faisceaux séparés de photons intriqués gamma, X ou ultraviolets pour l'irradiation (ou illumination) est possible sans sortir du cadre de l'invention.

Un exemple de film est illustré sur la figure 6. Sur le film (55), le maître et sur le film (56), l' esclave , de petites surfaces, (58), (60), .... (74) sur le film maître et (57), (59),.... (75), sur le film esclave, sont irradiées deux à deux simultanément et indépendamment par des rayons gamma ou X intriqués. Le maître et l'esclave peuvent alors être séparés par de très grandes distances, à travers n'importe quels milieux et les films exploités comme suit, chacun étant dans une chambre noire: Le générateur de photons infrarouge (53) illumine fortement la petite surface (58), un fort signal est alors reçu par le photomultiplicateur ou la photodiode (54). Un mouvement synchronisé des deux films est alors déclanché. Les surfaces (60), (62), (64),. . . etc... sont alors illuminées successivement avec différentes intensités et les signaux correspondants sur les surfaces (59), (61), (63),... etc... sont enregistrés. Pour arrêter le mouvement des films, par exemple, deux larges illuminations irradient en séquence sur les surfaces (66) et (68) du maître. Ces larges signaux vus par l'esclave en (65) et (67) causent l'arrêt du film esclave. Le redémarrage des films se fait par une forte irradiation sur la surface (70) causant un fort signal sur la surface (69) et le redémarrage du film esclave. De nouveaux signaux sont transmis avec la surface (72) et suivantes correspondant à la surface (71) et suivantes. Un fort signal sur la surface (74) est reçu par la surface (73) indiquant la fin du message. Ce mode de réalisation très élémentaire, peut être réalisé de façon plus complexe sans sortir du cadre de l'invention.

Les films peuvent être remplacés par des disques, les petites surfaces étant reparties sur une ou plusieurs circonférences sans sortir du cadre de l'invention. Dans le cas des films comme dans celui des disques, les surfaces peuvent être jointes pour former une longue trace et l'irradiation comme la stimulation et la détection peuvent se faire par dé-placement continu des films ou rotation continue des disques à nouveau sans sortir du cadre de l'invention.

- 15 - Le générateur de photons de stimulation (53) et le détecteur de luminescence (54) sur la figure 6 peuvent être regroupés dans un même instrument comme le montre la figure 7. Les supports de matière thermoluminescente irradiée, films ou disques par exemple, peuvent alors être utilisés soit en émetteur de signal soit en récepteur. On établit ainsi une communication semi-duplex. Sur la figure 7, le boîtier (76) contient le générateur de photons infrarouge de stimulation (77) et le détecteur de luminescence (78). Ils sont orientés de façon soit à éclairer la surface (75) pour la stimuler en mode émission, soit à détecter la luminescence de la surface (75) en mode réception. Cet émetteur-récepteur est normalement mis en veille en mode réception (partie droite de la figure). Il n'est utilisé en mode émission que lorsqu'un message doit être envoyé. En mode émission (partie gauche de la figure), un obturateur (79) protège le détecteur de luminescence.

Lorsqu'un acquittement des informations transmises est requis, deux systèmes tels que celui décrit sur la figure 5 sont utilisés. Par exemple, Alice et Bob possèdent chacun deux films ou disques intriqués deux à deux chacun muni d'un générateur de photons infrarouge et d'un détecteur photomultiplicateur de photons. La télécommunication entre Alice et Bob peut alors s'effectuer en duplex.

La figure 8 montre schématiquement un autre mode d'exploitation de deux disques comportant des échantillons intriqués deux à deux. Le disque maître (84) est placé dans la chambre obscure (80). L'échantillon (82), par exemple, est stimulé, par exemple, par le laser infrarouge (86). Dans la chambre obscure (81) l'échantillon intriqué correspondant (83) du disque esclave (85) produit une variation de luminescence qui est mesurée à travers la lentille (88) par le détecteur de luminescence (87). Celuici peut recevoir la luminescence de n'importe quel échantillon du disque (85). En consé- quence, aucune synchronisation entre les deux disques (84) et (85) n'est requise dans cette mise en oeuvre de l'invention pour transmettre et recevoir un message. Les éléments (87) et (88) peuvent être remplacés par un dispositif de caméra numérique de plusieurs millions de pixels permettant d'exploiter l'information associée à la localisation de l'échantillon esclave.

Possibilités d'applications industrielles: Différentes applications industrielles sont immédiatement envisageables, signaux de secours dans les mines, les fonds marins, sur des distances interplanétaires, etc. Avec des matériaux thermoluminescents de longue durée de vie des communications sim- - 16 - pies ou en duplex peuvent être établies. Ces communications ne peuvent être détectées que par le ou les échantillons récepteurs. Elles sont donc rigoureusement secrètes. Elles sont également pratiquement instantanées et peuvent être mises en oeuvre à travers tous milieux et à toutes distances.

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[8.1 Blinov B. B., et al, Observation of entanglement between a single trapped atom and a single photon . Nature, 428, 153-157, (11 March 2004).

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[11.] Shani G., Radiation Dosimetry: Instrumentation and Methods , CRC Press (January 2001).

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[13.] Greenberger D., et al,.

Bell's Theorem Without Inequalities , Amer. J. of Phys., 58, (12), Dec. 1990.

Claims (22)

- 17 - REVENDICATIONS

1) Procédé pour communiquer ou commander une variation de luminescence à distance en utilisant l'intrication de photons gamma, X, ultraviolets ou visibles et la thermoluminescence, dans lequel: on prépare deux ou plusieurs échantillons intriqués contenant au moins une sorte de matériaux thermoluminescents ayant un état excité par irradiation ou illumination au moyen d'au moins une source émettant des groupes de photons intriqués gamma, X, ultraviolets ou visibles émis soit par un matériau radioactif naturel ou artificiel composé d'atomes émettant plusieurs photons en cascade, soit par une cible bombardée par des particules accélérées qui émet des groupes de photons par effet Bremsstrahlung, soit par un matériau composé d'atomes émettant en cascade par ionisation des groupes de photons intriqués, soit par un générateur de groupes de photons intriqués émettant ces groupes de photons répartis dans au moins deux faisceaux séparés et partiellement ou presque totalement intriqués, soit par une combinaison de ces procédés on provoque la stimulation modulée en amplitude et / ou en fréquence sur au moins un échantillon, le maître, soit par chauffage dans sa totalité, soit par chauffage en au moins un point de sa surface, soit par au moins un flash de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette sur sa totalité, soit par au moins un flash de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette en au moins un point de sa surface, soit par une combinaison de ces procédés caractérisé en ce que l'on obtient une variation de luminescence corrélée et mesurée sur au moins un autre échantillon intriqué, l'esclave, lors de la stimulation modulée en amplitude et / ou en fréquence d'au moins un échantillon intriqué, le maître, pratiquement instantanément, indépendamment des distances séparant les échantillons intriqués et des milieux séparant ces échantillons ou dans lesquels ils sont placés, et en ce que cette variation de luminescence corrélée et mesurée est utilisée pour recevoir au moins une information ou au moins un ordre de commande à distance.

- 18 - 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise des échantillons intriqués contenant au moins une sorte de matériaux thermoluminescents ayant un état excité de demi-vie d'une microseconde à 70 000 années, par exemple: des matériaux artificiels tels que l'oxyde d'aluminium (AI2O3) dopé au carbone, fluorure de lithium (LiF) dopé au manganèse, cuivre et phosphore, fluorure de calcium (CaF2) dopé au manganèse, sulfate de calcium dopé au dysprosium, ou des matériaux naturels tels que quartz (SiO2), calcite (CO3Ca), zircon (ZrSiO4) contenant des impuretés ou dislocations, ou des répliques de ces matériaux naturels, ou encore des verres tels que le verre borosillicate (SiO2,B2O3,AI2O3,Na2O et impuretés).

3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on utilise au moins un échantillon intriqué maître et au moins un échantillon intriqué esclave qui contiennent au moins une sorte de matériaux thermoluminescents excités dont la variation de luminescence corrélée de deux ou plusieurs d'entre d'eux est mesurée simultanément sur tout ou partie d'au moins un échantillon intriqué esclave.

4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on utilise au moins un échantillon intriqué contenant au moins une sorte de matériaux thermoluminescents excités dont la luminescence comporte une pluralité de raies optiques dont au moins une est mesurée sur au moins un échantillon intriqué esclave.

5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la stimulation par chauffage d'au moins un échantillon intriqué maître est modulée dans le temps et optimisée pour au moins un matériau thermoluminescent, et en ce que la variation de luminescence corrélée d'au moins un échantillon intriqué l'esclave est mesurée dans le temps pour améliorer le rapport signal sur bruit de la transmission.

6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la stimulation par rayonnement infrarouge d'au moins un échantillon intriqué maître est optimisée en énergie des photons pour au moins un matériau thermoluminescent et en ce que la variation de luminescence corrélée d'au moins un échantillon intriqué esclave est mesurée dans sa réponse spectrale pour améliorer le rapport signal sur bruit de la transmission et de la réception.

7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce 2884348 - 19 - qu'au moins un échantillon intriqué est chauffé entre 0 C et 200 C pour faciliter le vidage des pièges et en ce que la température est maintenue constante durant la mesure de luminescence de l'échantillon esclave.

8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'au moins un échantillon intriqué est exploité à une basse température comprise entre -273 C et 20 C afin d'éliminer l'effet secondaire des phonons dus à la chaleur, et ainsi obtenir un spectre d'émissions de photons dont les raies caractéristiques sont mieux définies.

9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'au moins un échantillon intriqué est conservé à une basse température comprise entre -273 C et 20 C afin de minimiser le fading, ce qui prolonge la durée d'utilisation de l'échantillon.

10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'au moins un échantillon intriqué est de surface comprise entre 100 15 nanomètres carrés et 25 décimètres carrés.

Il) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'au moins un échantillon intriqué maître est stimulé par au moins un faisceau, par exemple produit par un laser, en un point de la surface dudit échantillon, ce point représentant une aire de 100 nanomètres carrés à 1 centimètre carré.

12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'on utilise au moins deux supports ad hoc comportant une pluralité de groupes d'échantillons intriqués dont la variation de luminescence corrélée est mesurée sur au moins un échantillon intriqué, l'esclave, à l'aide d'un dispositif de caméra optique et numérique permettant de localiser ledit échantillon esclave sur son support et d'identifier au moins un échantillon intriqué correspondant ayant été stimulé, le maître, sur au moins un autre support, en permettant la transmission et la réception d'informations ou de commandes à distance sans nécessité une exploitation synchronisée du support portant l'échantillon esclave vis-à-vis du support portant l'échantillon maître.

13) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'on utilise un groupe d'échantillons intriqués, chacun sous différentes formes physiques et / ou sous différentes formes chimiques.

14) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce - 20 - que l'on utilise un groupe d'échantillons intriqués dont l'un au moins a subi une transformation physique et / ou chimique après irradiation ou illumination.

15) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que l'on utilise une stimulation modulée en amplitude ou dans le temps d'au 5 moins un échantillon intriqué maître.

16) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que l'on effectue une communication en duplex avec au moins un échantillon intriqué maître et au moins un échantillon intriqué esclave.

17) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que lorsque l'irradiation ou l'illumination, a été effectuée au moyen de N faisceaux séparés totalement, ou presque totalement, intriqués N à N, on stimule un ou plusieurs échantillons intriqués maîtres, qui ont été préalablement irradiés ensemble par un des N faisceaux intriqués, et on mesure au moins une variation de luminescence corrélée sur un ou plusieurs échantillons intriqués esclaves, qui ont été préalablement irradiés ensemble par un autre des N faisceaux intriqués, et en ce qu'une information est communiquée d'au moins un échantillon intriqué maître à au moins un échantillon intriqué esclave, et en ce qu'il n'est pas possible de communiquer d'information entre les échantillons intriqués, qui ont été préalablement irradiés par un même faisceau parmi les N faisceaux intriqués.

18) Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 caractérisé en ce qu'il comprend au moins: - un appareillage d'excitation irradiant au moins un groupe de deux ou plusieurs échantillons, le groupe échantillons intriqués, contenant au moins une sorte de matériaux thermoluminescents, au moyen d'au moins une source émettant des groupes de photons intriqués gamma, X, ultraviolets ou visibles émis soit par un matériau radioactif naturel ou artificiel composé d'atomes émettant plusieurs photons en cascade, soit par une cible bombardée par des particules accélérées qui émet des groupes de photons par effet Bremsstrahlung, soit par un matériau composé d'atomes émettant en cascade par ionisation des groupes de photons intriqués, soit par un générateur de groupes de photons intriqués émettant ces groupes de photons répartis dans au moins deux faisceaux séparés et partiellement ou presque totalement intriqués, soit par une 2884348 - 21 - combinaison de ces moyens, deux au moins des échantillons intriqués d'au moins un groupe d'échantillons étant répartis sur deux ou plusieurs supports selon l'optimisation de l'appareillage un ou des appareillages de stimulation modulée appliquée à au moins un des échantillons intriqués, l'échantillon intriqué maître, d'au moins un des supports produits par l'appareillage d'excitation ci-dessus, soit par chauffage dans sa totalité, soit par chauffage en au moins un point de sa surface, soit par au moins un flash de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette sur sa totalité, soit par au moins un flash de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette en au moins un point de sa surface, soit par une combinaison des moyens précédents un ou des appareillages de détection mesurant simultanément à l'action d'au moins un appareillage de stimulation, la variation de luminescence corrélée produite sur au moins un des autres échantillons intriqués, l'esclave, d'au moins un des supports produits par l'appareillage d'excitation ci-dessus, et en ce que cette variation de luminescence corrélée et mesurée est utilisée pour recevoir au moins une information ou au moins un ordre de commande à distance.

19) Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que les échantillons intriqués de chaque groupe sont disposés sur un seul support dans l'appareillage d'irradiation, étant par la suite séparés et positionnés en relation entre eux dans le ou les appareillages de stimulation modulée et dans le ou les appareillages de détection.

20) Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que les échantillons intriqués de chaque groupe sont disposés sur une pluralité de supports dans l'appareillage d'irradiation, les supports étant par la suite séparés et positionnés en relation synchrone entre eux dans le ou les appareillages de stimulation modulée et dans le ou les appareillages de détection.

21) Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que les échantillons intriqués de chaque groupe sont disposés sur une pluralité de supports dans l'appareillage d'irradiation, les supports étant par la suite séparés et positionnés de telle façon que les échantillons esclaves soient lus ensembles dans l'appareillage de détection lorsque les échantillons maîtres sont excités séparément dans le ou les appareillages de stimulation modulée.

- 22 - 2884348 22) Dispositif selon l'une des revendications 18 à 21 caractérisé en ce que les groupes d'échantillons intriqués sont agencés selon un ordonnancement défini permettant la transmission et la réception de messages complexes.

23) Dispositif selon l'une des revendications 18 à 22 caractérisé en ce que une pluralité de supports continus de matériaux thermoluminescents est utilisée en déroulement continu pour transmettre des messages complexes contenant un codage pour démarrer ou arrêter le déroulement du ou des supports de détection.

24) Dispositif selon l'une des revendications 18 à 23 caractérisé en ce que l'on utilise au moins quatre supports de matériaux thermoluminescents intriqués deux à deux pour effectuer l'émission et la réception de messages et d'acquittements.

25) Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 pour transmettre et recevoir à distance des informations, notamment des signaux de 15 secours.