La science au service de la protection de nos moyens de paiements

SEDA ESTELLON Claire Par quels principes physiques et mathématiques les moyens de payements couramment utilisés sont-ils protégés de la fraude ? -Comment la physique et les mathématiques sont au service de la lutte contre la fraude ? Année : 2011/2012 SOMMAIRE INTRODUCTION I) La cryptographie au service de l'authentification 1- Présentation du moyen de payement le plus utilisé : la carte bancaire 2- La méthode RSA 3- Les failles de la carte bancaire 4- L'algorithme II) La lumière, une arme contre la contrefaçon 1- Les notions fondamentales sur la lumière 2- La lumière dans son environnement et ses applications 3- Les bandes et pastilles métallisées des billets : les couleurs par interférences 4- Les encres à détection UV des billets : la fluorescence III) Manipulation 1- Composition d'une lumière froide 2- Mise en évidence des azurants 3- Contrôle visuel d'un billet de banque 4- Analyse d'un billet de banque avec une lampe UV CONCLUSION INTRODUCTION Aujourd'hui on trouve de la fausse monnaie dans tous les pays du monde, introduite par des escrocs professionnels et mise en circulation, dans la plupart des cas par des personnes de bonne foi mais non averties. La seule manière de remédier efficacement contre la contrefaçon est d'intégrer des sécurités permettant l'authentification des papiers et de l'encre des billets Comme les billets de banque, la carte bancaire est un moyen de paiement que nous utilisons au quotidien. Cependant, il réside une différence cruciale, alors que les billets de banque ont une valeur fiduciaire, la carte bancaire n'a pas de valeur en elle-même. Ce sont les informations qu'elle contient lorsque nous l'utilisons qui constituent sa réelle valeur, c'est pourquoi les sécurités de la carte bancaire sont « encore moins « visibles que celles des billets : elles font appel aux mathématiques qui est une science abstraite. Nous allons essayer d'aborder les sciences théoriques et appliquées utilisées pour la sécurité de nos moyens de paiements. Par quels principes physiques et mathématiques les moyens de paiement couramment utilisés sont-ils protégés de la fraude ? II) La lumière au service de la lutte contre la contrefaçon Grâce aux couleurs que nous percevons à l'oeil nu nous avons au quotidien des informations sur les matériaux, mais la physique et la chimie sont toutes deux des sciences infiniment grandes qui peuvent facilement tromper nos sens. La lumière, au sens corpusculaire ou ondulatoire, recèle en particulier de mystères, ce qui en fait une arme non négligeable dans la fabrication de sécurités des billets (permettant leur authentification), et ainsi dans la lutte contre la contrefaçon. Dans cette partie, nous allons analyser la lumière dans ses différents états afin de comprendre le rôle majeure qu'elle joue dans la reconnaissance des faux billets. 1- Les notions fondamentales sur la lumière A°Qu'est-ce que la lumière ? La lumière est une onde qui se déplace dans le vide avec une vitesse très grande, environ 300 000 km/s. La lumière, dans un milieu transparent, homogène et isotrope, se propage en ligne droite tant qu'elle ne rencontre pas d'obstacle. Quand un faisceau lumineux atteint la surface de séparation de deux milieux différents, une partie de la lumière se réfléchit sur la surface comme sur un miroir : c'est la réflexion ; une autre partie se propage dans le second milieu, souvent en changeant de direction et donc de vitesse: c'est la réfraction. La loi de Snell-Descartes indique la relation entre l'angle du rayon incident et celui du rayon réfracté : n1.sin(i1)=n2.sin(i2) fig.1 : La réfraction de la lumière Le spectre d'une lumière est l'ensemble des " longueurs d'onde " ou, ce qui revient au même des " fréquences " dont elle est constituée. Plus la longueur d'onde est grande, plus la fréquence est faible. Le spectre du visible va d'environ 400 nm (le violet) à 800 nm (le rouge). L'abréviation nm signifie nanomètre, c'est-à-dire un milliardième de mètre, 10-9m. fig.2 :Correspondance entre couleur, longueur d'onde, fréquence et énergie (?: gamma ; ultraviolet :UV ; infrarouge :IR) B°Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ? La lumière, dans son sens général, fait partie de la famille des ondes électromagnétiques qui sont très nombreuses (voir fig2) et dont le spectre est très large. La lumière visible n'est qu'une toute petite partie de ce spectre. .. Outre la lumière visible, par extension, on appelle parfois « lumière « d'autres ondes électromagnétiques, telles que celles situées dans les domaines infrarouge et ultraviolet. Pour parler des ondes électromagnétiques, on utilise parfois le mot lumière, parfois le mot rayon, ou encore le mot onde : " passer sur les ondes ", " une radio aux rayons X "," bronzer avec une lumière aux UV " ... Considérée comme sinusoïdale pour des raisons mathématiques et physiques, les ondes électromagnétiques sont chacune caractérisées par une fréquence et une longueur d'onde bien définie. Si tous les rayonnements cités au début sont des ondes électromagnétiques, pourquoi leurs effets sontils si différents ? Parce qu'ils ne transportent pas la même énergie. En effet, plus les ondes sont serrées (haute fréquence = courte longueur d'onde) plus elles transportent de l'énergie... fig3. Onde électromagnétique C°Qu'est-ce que la couleur ? Dans le spectre de la lumière blanche qui est un spectre continu, on reconnaît bien sûr les couleurs de l'arc-en-ciel : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge fig.4 : Le spectre visible de la lumière Chaque couleur correspond à une longueur d'onde appartenant à la partie visible du spectre de la lumière qui va d'environ 400 nm (le violet) à 800 nm (le rouge). C'est pourquoi, nous ne voyons les objets que s'ils renvoient de la lumière vers notre oeil. La couleur que nous percevons d'un corps dépend ainsi: - de la réponse de notre système visuel et de l'interprétation qu'en fait notre cerveau (qui peut être très subjective). - de la composition de la lumière (réémise) qui nous est renvoyée. fig5 : un objet de couleur rouge Exemple: Un point rouge pur (monochromatique) absorbe toutes les couleurs et ne diffuse que le rouge. Voir schéma Pour comprendre la couleur d'un objet éclairé, autrement dit la composition de la lumière qu'il nous renvoie, il faut donc analyser l'interaction de la lumière avec son environnement. 2- La lumière dans son environnement et ses applications A° Ce que nous apprend le spectre de la lumière La matière est composée d'atomes. Chaque atome possède ses propres niveaux d'énergie et par conséquent sa propre série de raies d'émission ou d'absorption. C'est cette « carte de visite « qui nous permet, après décryptage d'un spectre reçu, de connaître les différents composants ayant modifié le spectre original de la lumière blanche (qui est un spectre connu). La lumière peut donc nous fournir beaucoup d'informations sur la nature des composants d'un corps. En ce qui concerne l'impression des billets de banque on emploie des compositions de bain colorant bien spécifique pour chaque devise. Seulement une analyse méticuleuse du spectre des colorants, selon une méthodologie bien précise, permet de détecter les paramètres du ratio couleurs programmé lors de l'impression. Ainsi, grâce à la spectrométrie on peut démasquer tout billet contrefait ne respectant pas ce spectre de couleur bien défini au départ. La spectrométrie est donc un domaine vaste qui peut aussi bien être utilisée dans l'identification des faux billets (par la police scientifique), que dans l'astronomie pour analyser les gaz composants l'atmosphère des corps célestes. fig.6 : Nature des composants d'un corps en fonction de la longueur d'onde(en nm) des raies caractéristiques Longueurs d'onde en nm de certaines raies caractéristiques Élément chimique Hydrogène H 410,3 434,2 Sodium Na 589,0 589,6 Magnésium Mg 470,3 516,7 Calcium Ca 396,8 Fer Fe Titane 484,1 556,3 422,7 458,2 526,2 527,0 438,3 489,1 491,9 495,7 532,8 Ti 466,8 469,1 498,2 Manganèse Mn 403,6 Nickel ...