Visite du Synchrotron SOLEIL

L’équipe com du Cerfav | Prover reste souvent derrière son écran et est rarement de sortie, mais quand on va quelque part, ça vaut le coup ! En effet, nous avons eu la possibilité de faire une visite du synchrotron SOLEIL, accélérateur de particules situé en région parisienne.

Le synchrotron SOLEIL

SOLEIL, pour Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire de LURE, est un synchrotron situé SeoSmart à Saint Aubin, dans l’Essonne. Il fait partie du Centre CEA de Saclay. Opérationnel depuis 2006, il a accueilli ses premiers utilisateurs en 2008. Actuellement, on compte une moyenne de 2000 utilisateurs annuels.

Il accueille une communauté scientifique venue de divers horizons, aussi bien géographiquement que scientifiquement.
SOLEIL est utilisé par les chercheurs, aussi bien en recherche fondamentale qu’appliquée, mais également par les essaysdigital.com industriels.

L'entrée du bâtiment abritant le synchrotron
L’entrée du bâtiment abritant le synchrotron

 

Vue aérienne de mars 2007 du synchrotron SOLEIL (photo (c)SOLEIL)

Un synchrotron, qu’est-ce que c’est ?

Un synchrotron est un type d’accélérateur de particules.
Le plus célèbre accélérateur de particules est le LHC (Large Hadron Collider), au CERN, à Genève. Il s’agit d’un collisionneur, c’est à dire que des protons accélérés dans des sens opposés vont se percuter afin d’observer les particules plus petites créées au moment de l’impact.

Un synchrotron n’est pas un collisionneur. Les particules utilisées sont des électrons, qui vont tous être envoyés dans le même sens et à la même vitesse, il n’y aura donc jamais de collisions. Alors pourquoi ? Pour obtenir de la lumière, qui va permettre de réaliser diverses expériences et analyses d’échantillons.

En effet, les observations ont montré que quand des électrons sont déviés par un champ magnétique, ils dégagent de l’énergie sous forme de lumière. Un synchrotron va donc dévier des électrons lancés dans un anneau.

Comment ça marche ?

Tous les synchrotrons fonctionnant de la même façon que SOLEIL, voyons comment cela se passe à l’intérieur de celui-ci.

Tout d’abord, les électrons sont envoyés à l’aide d’un canon à électrons dans l’accélérateur linéaire LINAC. Ils passent ensuite dans le Booster, un petit anneau ovale, afin d’atteindre une vitesse proche de celle de la lumière. Enfin, quand ils sont à la bonne vitesse, ils sont injectés dans l’Anneau de stockage, qui est l’anneau principal du synchrotron. Dans le cas de SOLEIL, sa circonférence est de 354m.

Il ne s’agit pas à proprement parler d’un anneau, mais d’une succession de portions de lignes droites. A chaque jonction se trouve un aimant de courbure, qui va dévier le flux d’électrons vers le segment suivant. Les électrons vont donc continuer leur chemin, tout en produisant un rayonnement lumineux, appelé rayonnement synchrotron.


SOLEIL, une source de lumière pour la recherche… par SynchrotronSOLEIL

Le rayonnement synchrotron est très intéressant, car il s’agit de lumière particulièrement brillante, présentant un spectre lumineux continu, allant de l’infrarouge lointain aux rayons X durs. Le faisceau de lumière obtenu peut alors être conditionné en taille, flux et énergie et dirigé pour être utilisé dans des expériences particulières dans ce que l’on nomme, à SOLEIL, une Ligne de Lumière. Chacune a sa spécialité, et son type de rayonnement correspondant. À SOLEIL, il y a 29 lignes de lumière, avec chacune son équipe associée. Il y a 43 emplacements possibles, ce qui laisse une capacité d’extension au synchrotron.


Les lumières de SOLEIL (2/3) par SynchrotronSOLEIL

A quoi ça sert ?

Un synchrotron, c’est beau, mais que peut-on faire avec ? Beaucoup de choses en fait, et dans presque tous les domaines de recherche !


Quand la lumière explore la matière (3/3) par SynchrotronSOLEIL

On peut donc aussi bien analyser des cellules cancéreuses, des plantes, de la terre polluée, des pièces archéologiques ou des fossiles. On peut suivre des réaction chimiques en temps réel avec une précision de l’ordre de la milliseconde, déterminer la structures de molécules, suivre des changements structuraux dans des matériaux sous différentes contraintes…

La visite du synchrotron

Après un passage sur la passerelle, d’où nous avons une vue d’ensemble sur le bâtiment.Une des premières choses qu’on remarque, c’est que de nombreux appareils sont emballé dans un genre de papier aluminium, qui va servir d’isolant thermique.

Les lignes de lumière, depuis la passerelle
Les lignes de lumière, depuis la passerelle

 

De l'autre coté de la passerelle
De l’autre coté de la passerelle

 

Appareil de mesure "emballé" dans son isolant thermique
Appareil de mesure “emballé” dans son isolant thermique

 

Dans les couloirs su synchrotron
Dans les couloirs su synchrotron

Nous allons voir en détail quatre lignes de lumière : ANTARES, DIFFABS, LUCIA et PSICHÉ.

ANTARES, pour A New Tailored Angle REsolved Spectroscopies beamline
Les expériences réalisées sur la ligne ANTARES ont principalement pour but de déterminer la structure électronique complète de la matière condensée et l’étude des surfaces de matériaux cristallins, comme nous l’explique Maria-Carmen Ascensio, la responsable de ligne.

Appareil de mesure d'ANTARES
Appareil de mesure d’ANTARES

 

DIFFABS, pour DIFFraction and ABSorption
C’est une ligne qui combine des méthodes de diffraction et d’absorption des rayons X tendres. Elle peut être utilisée dans de nombreux secteurs d’activités. On peut ainsi caractériser des matériaux ou étudier des propriétés et des comportements mécaniques, mais Cristan Mocuta, scientifique de DIFFABS explique que l’on peut également l’utiliser pour analyser des matériaux archéologiques, afin de ne pas devoir casser un échantillon pour voir ce qu’il y a dedans, et ainsi aider à sa conservation.

Appareil de mesure de DIFFABS
Appareil de mesure de DIFFABS

 

Appareil permettant de focaliser les rayons X vers l'appareil de mesure
Appareil permettant de focaliser les rayons X vers l’appareil de mesure

LUCIA, pour Line for Ultimate Characterization by Imaging and Absorption

Nicolas Trcera, scientifique de la ligne , nous montre comment, à l’aide de rayons X tendres, LUCIA, dont les couleurs des bureaux rappellent un célèbre chocolat suisse, permet de déterminer la structure de matériaux à l’échelle du micron. On trouve des applications dans des domaines aussi variés que la biologie, les sciences de la terre, la physique, la chimie… Mais aussi en histoire de l’art, où la ligne LUCIA a permit de comprendre pourquoi les ciels des peintures de Murillo devenaient gris au fil du temps.

Une inspiration connue dans les couleurs de LUCIA
Une inspiration connue dans les couleurs de LUCIA

 

Appareil de mesure de LUCIA
Appareil de mesure de LUCIA

PSICHÉ, pour Pression Structure Imagerie par Contraste à Haute Énergie
Il s’agit d’une ligne dédié à la diffraction en conditions extrêmes de pression et de température et en tomographie par contraste d’absorption à haute énergie. La tomographie, spécialité d’Andrew King, scientifique nous présentant PSICHÉ, est une technique d’imagerie consistant à reconstituer le volume d’un objet à partir de mesures de tranches réalisées depuis l’extérieur de l’échantillon. Ainsi la ligne peut réaliser des expériences pour quasiment tous les domaines.

Appareil de mesure de PSICHÉ
Appareil de mesure de PSICHÉ

Ce fut une visite très intéressante, qui permet de découvrir des applications concrètes d’un accélérateur de particules.
Un grand merci à l’équipe du synchrotron SOLEIL pour son accueil, et au Cerfav | Prover pour avoir fait sortir son équipe de geeks 😉

Pour en savoir plus, n’hésitez pas à aller visiter le site du synchrotron SOLEIL.