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Les empreintes digitales

 

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De plus en plus on parle d’empreinte digitale, comme système de sécurité, d’identification, mais aussi dans les films. Mais qu’est ce qu’exactement une empreinte et quelles sont ces applications.

Une empreinte digitale est le dessin formé par les lignes de la peau des doigts, des paumes des mains, des orteils ou de la plante des pieds (les dermoglyphes). Une empreinte digitale est habituellement le dépôt de substances eccrines laissées par le contact du doigt avec une surface. Elle peut toutefois également être causée par des substances présentes sur la surface, comme des pigments ou d’autres substances colorées ou malléables (empreinte en relief). Une contamination du doigt par des substances sébacées est également possible. On l’obtient par exemple en appliquant de l’encre sur les doigts puis en appuyant les doigts ainsi enduits sur un support (comme du papier).

Le caractère quasi-unique d’une empreinte digitale en fait un outil biométrique très utilisé pour l’identification des individus en médecine légale et pour la police scientifique.

En effet, la probabilité pour que deux personnes aient la même empreinte digitale est très faible, même à l’échelle de la population humaine (plusieurs milliards d’individus). Francis Galton a estimé à 1/64 milliards la probabilité pour que deux individus aient les mêmes empreintes digitales. De plus, son caractère aléatoire s’affranchit des risques de ressemblances entre individus partageant un même patrimoine génétique : des individus homozygotes comme des jumeaux ou des triplés par exemple auront chacun un jeu d’empreintes digitales qui leur sera propre et différent de celui des autres individus de la même fratrie.

Les empreintes digitales ont complété l’analyse de l’anthropométrie.



Historique



La première utilisation des empreintes digitales comme moyen d’identification remonte à 1877 aux Indes où le britannique William Herschel eu l’idée de les utiliser pour éviter que les bénéficiaires de pension de l’armée ne la touchent plusieurs fois. À cette époque, elles servent aussi à authentifier des documents officiels.

Sir Francis Galton améliore cette technique et Scotland Yard ouvrira le premier fichier d’empreintes digitales en 1901 sous la direction du commissaire Edward Henry.

En France, c’est en 1902, après une enquête policière spéciale, que les empreintes digitales sont devenues l’une des principales preuves lors des enquêtes policières.

Le criminologiste Alphonse Bertillon, fondateur de l’anthropométrie suggéra aux artistes en 1914 d’apposer une empreinte digitale sur leurs œuvres pour éviter toute contrefaçon.

En France, il existe depuis 2003 un fichier automatisé des empreintes digitales, informatisé et centralisé, détenu par les différentes polices françaises.



Biométrie


Perspectives en biométrie


Au delà de l’anthropométrie classique (mensurations, photo, description, dermoglyphes…) les service de police s’orientent vers la constitution de fichiers contenant les autres caractéristiques d’un individu afin de pouvoir être sûrs de l’identifier complètement. Ces fichiers contiendraient :

  • les empreintes génétiques (ADN),
  • les empreintes iriennes (iris),
  • les empreintes vocales …

Certains chercheurs ont même songé à établir de tels fichiers pour les signes particuliers (tatouages, grains de beauté,…)



Description de la Biométrie


L’utilisation de l’empreinte digitale comme moyen d’identification d’une personne n’est pas nouvelle. En fait, les corps policiers utilisent cette technique depuis plus de 100 ans. Aujourd’hui, les empreintes digitales sont recueillies sur une scène de crime et sont ensuite comparées à celles contenues dans un serveur central.

Le recours à l’empreinte digitale compte pour plus du tiers du marché des procédés biométriques. Elle représente nettement la solution préférée des entreprises œuvrant dans ce domaine. La force de ce procédé tient au fait que l’utilisation de l’empreinte digitale est généralement plus facile d’acceptation par la communauté et qu’elle est une des plus efficaces et des moins coûteuses.

La qualité d’image de l’empreinte digitale peut varier selon que la peau du doigt est sale, trop humide ou trop sèche, huileuse ou affligée d’une coupure. La pression que l’on exerce sur le lecteur optique de l’appareil est aussi déterminante quant aux détails qui sont recueillis. Un bon système biométrique tiendra compte de ces facteurs.

L’empreinte digitale est le modèle du relief cutané des doigts. Ce relief se forme durant la période foetale. Ses propriétés biologiques sont bien comprises. Employée pendant des siècles, sa validité d’identification est bien établie.

On classe les empreintes selon un système vieux d’une décennie : le système Henry. Dans ce système, le classement repose sur la topographie générale de l’empreinte digitale et permet de définir des familles telles que les boucles (à gauche ou à droite), les arches et les tourbillons.

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Les éléments qui permettent de différencier deux empreintes digitales sont les minuties. Une minutie est un point qui se situe sur le changement de continuité des lignes papillaires.

La probabilité de trouver deux empreintes digitales similaires est de 1 sur 10 puissance 24. Dans la pratique, il est évident que deux jumeaux issus de la même cellule ont des empreintes digitales très proches.

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Capture de l’image d’une empreinte digitale



Obtenir des images numériques d’empreintes digitales n’est pas une chose simple, car la surface à capturer est de faible dimension par rapport au contenu des informations. De plus, certaines ethnies ont de très fines empreintes digitales par rapport à d’autres populations (la population asiatique par exemple), de même que pour les enfants. Ils est donc important de faire le bon choix de capteur par rapport à la population d’utilisateurs.

La capture de l’image d’une empreinte digitale consiste à trouver les lignes tracées par les crêtes (en contact avec le capteur) et les vallées (creux).

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Le point commun à toutes les technologies utilisées pour la prise d’image d’une empreinte, est que l’image est constituée à partir des points de contact du doigt sur le capteur.



Les familles de capteurs



Les techniques utilisées pour la mesure sont diverses : capteurs optiques (caméras CCD/CMOS), capteurs ultrasoniques, capteurs de champ électrique, de capacité, de température…
Ces capteurs sont souvent doublés d’une mesure visant à établir la validité de l’échantillon soumis (autrement dit, qu’il s’agit bien d’un doigt) : mesure de la constante diélectrique relative de l’échantillon, sa conductivité, les battements de coeur, la pression sanguine, voire une mesure de l’empreinte sous l’épiderme…



Capteur optique


Il s’assimile à une mini caméra. Le doigt est apposé sur une platine en plastique dur ou en quartz, qui est en vis-à-vis de la mini caméra. Il résiste très bien aux fluctuations de température, mais est gêné par une lumière ambiante trop forte. De plus il est assez volumineux. Son coût est intéressant, et il est intrinsèquement protégé contre les décharges électrostatiques. Il permet d’avoir des images précises et nettes.

Ce procédé de capture d’image est le plus ancien après l’encre. Il est fréquemment utilisé particulièrement dans les applications judiciaires pour la qualité des images. Le principe physique utilisé est « la réflexion totale frustrée »

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Capteur en silicium


Il utilise l’un de quatre effets observables sur les semi-conducteurs : l’effet piezo-électrique, l’effet capacitif, l’effet thermo-électrique et l’effet photo-électrique. Il est en général de très petite taille, d’une durée de vie assez longue,et son coût est très intéressant. Mais, comme tout composant, il est fragile aux décharges électrostatiques et il peut-être détruit si des règles de fabrication et d’installation ne sont pas observées.

Ces nouvelles technologies visent surtout les applications de masses, grâce à une taille réduite et des coûts moins importants que les lecteurs optiques.

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 Capteur thermique


La technique de capture thermique est utilisée par le FingerChip d’Atmel. Le capteur mesure une différence de température obtenue selon que la peau touche (dans le cas d’une crête de l’empreinte) ou ne touche pas (pour une vallée) le capteur.

Le FingerChip est constitué d’une puce en silicium recouverte d’une couche de matériau pyro-électrique, c’est-à-dire sensible aux différences de température. La puce est elle-même formée d’une matrice de pixels adjacents. La différence de température, initialement apparue au contact du matériau pyro-électrique, est transformée de par les propriétés de ce matériau en charges électriques. Celles-ci sont alors amplifiées et mesurées par les pixels en silicium de manière à former une image en noir et blanc traduction fidèle de l’empreinte de l’utilisateur.

Cette technologie thermique présente de nombreux avantages. En particulier, elle permet d’obtenir une image de très grande qualité avec des empreintes « difficiles », par exemple quand les crêtes et les vallées sont très peu marquées.
* Capteur ultra sonique
Il utilise une onde ultra sonore qu’il envoie vers le doigt, puis calcule le temps mis par l’onde pour faire un aller-retour et, point par point, fournit l’image de l’empreinte. Il est très précis, et hérite des propriétés des ultrasons de traverser certains matériaux (gants en latex, saletés, etc.). Mais il est volumineux et très coûteux. Il est intéressant pour une population d’utilisateurs très hétérogène.