Imagerie du rapport d’intensité des pics Raman pour la reconstruction des numéros de série oblitérés dans les polymères.

Skokan, Lilian (2022). Imagerie du rapport d’intensité des pics Raman pour la reconstruction des numéros de série oblitérés dans les polymères. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 152 p.

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Résumé

La production de masse des polymères, fréquemment utilisés comme matériau de choix dans la fabrication d’armes à feu, a engendré un important besoin au niveau du développement des méthodes de reconstitution des numéros de série (généralement estampillés) oblitérés à la suite d’une activité criminelle. Puisque l'impression initiale crée des contraintes résiduelles et des déformations locales, l'imagerie Raman hyperspectrale s'est avérée non destructive et efficace à cette fin. Cette technique requiert un cadre expérimental de fine pointe (résolution spectrale et temps d’acquisition élevés) et un processus d'ajustement mathématique en deux étapes pour l'identification des données pertinentes. Ainsi, bien que fonctionnelle, la méthode est inadaptée et peu envisageable dans le cas où l’accès rapide à l’information est de mise. Dans cette étude, l'optimisation de la technique est proposée afin d'aborder les limitations spécifiques de chaque étape du processus élaboré, particulièrement en matière de temps d’acquisition et de traitement de données. Tout d'abord, une évaluation du potentiel du rapport de dépolarisation des modes Raman, pouvant conduire à un outil universel, est menée sur quatre thermoplastiques pertinents, à savoir le polycarbonate, le polyéthylène, le nylon et le nylatron. Bien qu'inférieurs aux attentes en matière d’outil de reconstruction, les résultats empiriques permettent de mieux comprendre les effets de la contrainte, c'est à-dire les mécanismes de propagation de la déformation au sein des polymères. En outre, une méthode exploratoire de traitement des données, précisément l'analyse en composantes principales, est suggérée. Celle-ci permet un meilleur contraste visuel des caractères oblitérés par rapport à la procédure de modélisation mathématique rapportée. Une séparation distincte entre les pixels déformés et non déformés à l'aide de matrices scores est montrée avec une signification statistique confirmée par le biais de modèles de fonction de densité normale et de courbes caractéristiques de performances (Receiver Operating Characteristic curves). Une séquence d’analyse, intégrant les deux approches de traitement des données, est proposée aux praticiens de la science forensique. Ce travail offre également des perspectives supplémentaires, notamment l'exploitation des signatures de fluorescence et des algorithmes de reconnaissance optique de caractères, entre autres, dans le but d’accélérer l’accès à l’information et d’améliorer la signification statistique des résultats. Enfin, les réflexions soulignent la pertinence de diriger l’approche analytique vers un cadre d'interprétation utile, précisément un processus hypothético déductif, nécessaire pour reconstruire le passé singulier et ainsi mener à l’identification ou l’individualisation du numéro de série oblitéré.

The mass production of polymers, frequently used as a material of choice in the fabrication of firearms, has created a significant need for the development of methods to reconstruct obliterated serial numbers (generally stamped) as a result of criminal activity. As the initial impression creates residual strain and local deformations, hyperspectral Raman imaging has proven to be non-destructive and effective for this purpose. This technique requires a state-of-the-art experimental framework (high spectral resolution and considerable acquisition times) and a two-step mathematical fitting process for identifying relevant data. Thus, although functional, the method is unsuitable in cases where time sensitive information is required. In this study, optimisation of the technique is proposed to address the specific limitations of each step of the suggested process, particularly in terms of data acquisition and processing times. Firstly, an evaluation of the potential of the depolarization ratio of Raman modes, which can lead to a universal tool, is conducted on four relevant thermoplastics, specifically polycarbonate, polyethylene, nylon and nylatron. Although substandard in regard to reconstruction abilities, the empirical results provide additional insight into the effects of stress, i.e. the mechanisms of strain propagation within the polymers. Additionally, an exploratory data treatment method, notably principal component analysis, is offered and allows for improved visual contrast of the obliterated characters when compared to the reported mathematical modeling procedure. Distinct separation between strained and unstrained pixels using scores matrices is shown with statistical significance through normal density function models and receiver operating characteristic curves. A recommended routine analysis, incorporating both data treatment approaches, is proposed to forensic scientists. This work also offers additional perspectives, including the exploitation of fluorescence signatures and optical character recognition algorithms, with the aim of accelerating access to information and improving the statistical significance of results. Finally, the reflections highlight the relevance of shifting the discussion towards a purposeful interpretive framework, precisely a hypothetical-deductive process, necessary to reconstruct the singular past and thus lead to the identification or individualization of the obliterated serial number.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Ruediger, Andreas
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Muehlethaler, Cyril
Mots-clés libres:	deformation; thermoplastiques; spectroscopie vibrationnelle; rapport de dépolarisation; chimiométrie; data mining; cadre d’interprétation; science forensique; deformation; thermoplastics; vibrational spectroscopy; depolarization ratio; chemometrics; interpretive framework; forensic science
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	07 déc. 2022 21:02
Dernière modification:	03 mai 2023 04:00
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13134

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