Xavier Frison

Pleins feux sur le synchrotron Soleil

En pleine Année internationale de la lumière, retour sur l’histoire d’un centre de recherche situé dans l’Essonne, qui se sert du rayonnement pour étudier la matière avec une précision inégalée.

C’est une drôle de centrifugeuse géante, où tournent des électrons à grande vitesse. Cette intense activité produit des ondes électromagnétiques, des infrarouges aux rayons X en passant par les ultraviolets. Le tout constitue ce rayonnement appelé « lumière » que les scientifiques utilisent pour leurs expérimentations. Les matériaux étudiés dans les tunnels du synchrotron Soleil, le petit nom de la centrifugeuse installée à Saint-Aubin sur le plateau de Saclay (91), sont de natures très diverses.


Une équipe de scientifiques travaille dans la « cabine d’expérience » de Lucia, l’une des « lignes de lumière » du synchrotron.
© V. Moncorgé/Soleil

Des applications concrètes

En médecine, la lumière du synchrotron peut ainsi servir à déterminer si un greffon de foie est sain ou non. Ou à concevoir des médicaments plus efficaces. L’industrie agroalimentaire va travailler sur la réduction de la quantité d’huile dans les frites ou la conservation des aliments. Grâce au synchrotron, les cosmétiques vont être améliorés, les innovations à base de nanomatériaux, développées. Les restaurateurs d’oeuvres d’art vont pouvoir découvrir pourquoi la peinture de telle toile se détériore, ou ce qui fait le son exceptionnel des mythiques violons Stradivarius. Utilisé à pleine capacité par la communauté scientifique française et internationale, le synchrotron Soleil a une histoire mouvementée. 

Fini les collisions de particules

Dans les années 1960, on parie sur les « collisionneurs » de particules. Le principe est de pulvériser celles-ci les unes contre les autres dans un grand anneau afin d’étudier leur composition. Très vite, les scientifiques constatent qu’elles perdent une partie de leur énergie avant l’impact. C’est le fameux rayonnement synchrotron, qui sera exploité quelques années plus tard. Fini les collisions : on fait tourner les particules comme les voitures à Indianapolis, en aménageant des sorties, sortes de stands vers lesquels la lumière est dirigée. C’est là, en bout de course de la lumière échappée des particules tournoyantes, que l’on place la matière à étudier. Les scientifiques choisissent alors un stand, un vrai laboratoire de recherche appelé « ligne de lumière », selon la gamme d’ondes nécessaire à leur échantillon. Issu d’une longue tradition d’accélérateurs de particules sur la faculté des sciences d’Orsay, le premier synchrotron 100 % français voit le jour dans les années 1980 au sein du Laboratoire pour l’utilisation du rayonnement électromagnétique (Lure).
Au début des années 1990, les scientifiques planchent sur un nouveau synchrotron car les équipements du Lure vieillissent. Leur projet est bien avancé lorsque, en 1999, une lutte féroce va les opposer à leur ministre d’alors, Claude Allègre. Ce dernier veut privilégier le cofinancement d’un synchrotron en… Grande-Bretagne. Finalement, en 2001,la Région Île-de-France et les autres partenaires du projet signent l’acte de naissance de Soleil. Les premiers coups de pioche seront donnés en 2003 ; le 18 décembre 2006, le président de la République Jacques Chirac inaugure enfin le synchrotron Soleil. Seules trois lignes de lumière, les « stands » évoqués plus haut, sont prêtes. Il faut attendre 2008 et six lignes opérationnelles pour voir arriver les premiers utilisateurs extérieurs, qui réservent du « temps de faisceau » par tranches de huit heures, un peu comme un groupe de rock dans un studio d’enregistrement.

Chaque « ligne de lumière » (huit sont schématisées ici) comprend une cabine optique, une cabine d’expérience et, tout au bout, une station de travail. © Epsim-J.-F. Santarelli/Soleil

Les trois-huit

Aujourd’hui, Soleil compte 350 permanents, dont la moitié de chercheurs. Auxquels il faut ajouter entre 2.000 et 3.000 utilisateurs extérieurs par an, qui bénéficient de 25 lignes de lumière actuellement. Pour satisfaire tout son monde, Soleil fonctionne jour et nuit et fait les trois-huit. Plus globalement, le site de 16 hectares installé sur la commune de Saint-Aubin fait partie de l’université Paris-Saclay (60.000 étudiants, plus de 11.000 chercheurs et enseignants) et du cluster du même nom incluant des multinationales comme Thales ou Danone.Tout un écosystème autour de l’ingénierie et de la recherche inscrit dans le projet du Grand Paris. 

Avec un tel environnement, la pérennité du synchrotron, à la durée de vie estimée de 30 ans, est assurée. À l’avenir, ce sont d’autres types de sources de lumière qui pourraient succéder à Soleil, ou plutôt le compléter. Car si la parenté entre Lure et Soleil est évidente, tout porte à croire que les prochaines techniques marqueront une rupture technologique. En attendant, le synchrotron de Saint-Aubin va continuer à améliorer ses performances et à optimiser ses capacités, comme il le fait en permanence. Pour continuer d’explorer la matière au plus près de l’infiniment petit.

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1973
Création du Laboratoire d’utilisation du rayonnement électromagnétique (Lure) à Orsay

2003
Fermeture du Lure. Début des travaux du synchrotron Soleil

2006
Inauguration du synchrotron Soleil sur le plateau de Saclay

2008
Premiers utilisateurs extérieurs admis au synchrotron

2015
29 « lignes de lumière » construites, dont 25 opérationnelles

Le bâtiment, de forme circulaire, trône sur le plateau de Saclay. © L. Persin, Cavok Prod./Soleil

La Région a toujours joué un rôle central dans le financement de Soleil. En 2002 et 2003, elle a débloqué un peu plus de 148 millions d’euros pour sa construction. En 2008, ce sont 4,5 millions d’euros qui sont alloués à Ipanema, le seul laboratoire au monde dédié à l’étude des matériaux anciens sur grand instrument, en priorité en archéologie et en paléontologie. En 2014 et 2015, la Région vote respectivement 500.000 et 540.000 euros de subventions pour améliorer les performances, les fonctionnalités et les équipements de Soleil. Au total, ce sont donc près de 155 millions d’euros qui ont été investis par la Région dans cet équipement unique au service de la recherche.
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Appel à projet
Date de clôture : 
17 avr 2015