European synchrotron radiation facility

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European synchrotron radiation facility
Image illustrative de l'article European synchrotron radiation facility

Création 1994
Siège Drapeau : France Grenoble
Coordonnées 45° 12′ 31″ N 5° 41′ 24″ E / 45.20861, 5.6945° 12′ 31″ Nord 5° 41′ 24″ Est / 45.20861, 5.69  
Directeur Francesco Sette
Effectif total 600
Site web http://www.esrf.eu/decouvrir

Géolocalisation sur la carte : Grenoble

(Voir situation sur carte : Grenoble)
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Géolocalisation sur la carte : France

(Voir situation sur carte : France)
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L'European Synchrotron Radiation Facility, en abrégé ESRF (en français « Installation européenne de rayonnement synchrotron »), société civile de droit français créée le 12 janvier 1989[1], est l'un des trois plus importants synchrotrons actuellement en fonctionnement dans le monde avec l'APS à Argonne aux États-Unis et SPring-8 (en) dans la préfecture de Hyōgo au Japon.

Livré aux scientifiques début 1994 et inauguré sur le polygone scientifique de Grenoble le , cet accélérateur de particules de 844 mètres de circonférence permettant d'explorer la matière et le vivant à l'échelle de l'atome, est financé par 21 pays membres et accueille chaque année près de 7 000 chercheurs[2].

Description générale[modifier | modifier le code]

Au départ promis à Strasbourg, le site de Grenoble a été choisi par le gouvernement français en octobre 1984[3], déclenchant une vague de manifestations en Alsace[4].

L'ESRF est composé d'un bâtiment de bureaux pour l'administration et les théoriciens, et d'un accélérateur de particules d'environ 320 m de diamètre, où des électrons sont entraînés à très haute vitesse dans un anneau pour produire du rayonnement synchrotron, qui permet d'observer la matière.

Les chercheurs utilisent le faisceau synchrotron (essentiellement des rayons X durs) dans des domaines aussi variés que la physique, la biologie, la géologie, la chimie, la médecine ou l’archéologie. Des industries viennent également l'utiliser pour développer leurs produits.

Les électrons émis par un canon à électrons sont accélérés dans un accélérateur linéaire et rejoignent un accélérateur circulaire de 300 mètres de circonférence appelé booster synchrotron, qui les accélère jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière. Lorsqu'ils atteignent une énergie de 6 GeV, ils sont injectés dans l'anneau de stockage dans lequel ils tourneront dans le vide, pendant des heures. Sous l'action d'aimants de courbure, les électrons sont alors déviés de plusieurs degrés et émettent des rayons X appelée lumière synchrotron, dans une direction tangente au rayon de courbure et constituent ainsi une ligne de lumière[5]. Au démarrage de l'installation, seules 15 lignes de lumières étaient en service, mais depuis 1998, quarante trois lignes de lumière ou beamlines sont opérationnelles au sein de l’ESRF. Une ligne de lumière est une zone d'expériences composée de :

  • Une source de photons issus des électrons tournant dans l'anneau de stockage ;
  • Une cabine optique pour filtrer et focaliser le faisceau ;
  • Une cabine expérimentale pour disposer un échantillon à observer et les instruments de mesure ;
  • Une cabine de contrôle ou se placent les expérimentateurs pour contrôler l'expérience.

L’ESRF est une entreprise qui emploie environ 630 personnes[6] et accueille chaque année près de 7 000 chercheurs[7] qui se succèdent pour effectuer leurs expériences en venant des 21 pays participant à son financement. Ainsi, le comité scientifique du synchrotron doit faire le tri parmi 2 000 propositions d’expériences reçues chaque année afin de n'en retenir que 900. Durant les vingt premières années de son existence, les expériences menées au synchrotron ont donné lieu à 25 000 publications dans de nombreuses revues, notamment Science ou Nature[6]. De nos jours, environ 2 000 publications dans des revues scientifiques sont produites chaque année par les chercheurs accueillis ou travaillant au synchrotron.

Formation spécifique du synchrotron[modifier | modifier le code]

Selon Gabriel Chardin, physicien et président du comité Très grandes infrastructures de recherche au centre national de la recherche scientifique, l'ESRF fait partie des très grandes infrastructures de recherche[8]. Ainsi, en lien avec une autre très grande infrastructure située à proximité, l'institut Laue-Langevin, une formation annuelle est dispensée par l'université Grenoble Alpes et l'école INP Grenoble aux étudiants, post-doctorants et scientifiques internationaux dans le domaine des neutrons, du rayonnement synchrotron ainsi qu'en physique de la matière condensée. Portant le nom d'Hercules, acronyme anglais de Higher European Research Course for Users of Large Expérimental Systems, cette formation théorique et pratique d'une durée d'un mois existe depuis 1991 et reçoit 80 étudiants formés par 150 enseignants pour comprendre et utiliser ces instruments très sophistiqués[9].

Extension en cours[modifier | modifier le code]

Vue de dessus de l'accélérateur

Depuis 2009, un ambitieux programme d'amélioration du synchrotron a été mis en œuvre[10]. Le groupe Vicat a été chargé de la construction du gros œuvre pour une surface de 4 500 m2[11]. Ce programme en deux parties dont la première pour un montant de 180 millions d'euros[12] inclut entre autres :

  • l'extension d'un tiers du bâtiment et des lignes de lumières correspondantes ;
  • une amélioration importante de la qualité d'un facteur 100 de la source de lumière ("la machine") ;
  • une amélioration des équipements scientifiques et de mesure.

Ce programme qui s'effectue en deux périodes dont la deuxième doit s'étaler de 2015 à 2022 pour un montant de 150 millions d'euros et permettre ainsi de maintenir l'ESRF comme la source de rayons X la plus performante au monde[7]. Cette deuxième phase de travaux nécessitera l'arrêt du fonctionnement du synchrotron entre janvier 2019 et juin 2020[6].

Création de l'EPN science campus[modifier | modifier le code]

La présence d'autres organismes internationaux de recherche sur le site de la presqu'île a permis au synchrotron de rejoindre l'EPN science campus (European photon and neutron science campus), composé de l'Institut Laue-Langevin et du Laboratoire européen de biologie moléculaire. Jouant sur la proximité unique au monde d’une source de neutrons et d’une source de rayons X extrêmement intenses, la vingtaine de pays financeurs de ces équipements qui attirent chaque année plus de 10 000 chercheurs a décidé en juin 2010 de leur accorder de nouveaux moyens pour moderniser les instruments et mettre en place de nouveaux partenariats[13],[14],[15]. À cet effet, deux nouveaux édifices communs à ces organismes ont été construits en 2013, dont le bâtiment des sciences d'une superficie de 5 000 mètres carrés et l'institut de biologie structurale d'une superficie de 5 600 mètres carrés [16],[17],[18]. Le synchrotron est également membre fondateur de l'institut de recherche technologique, Nanoelec[19].

Résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Le temps de faisceaux est attribué par compétition en fonction de la qualité scientifique des propositions reçues par le synchrotron. Les nombreux résultats de la recherche à l'ESRF portent dans les domaines des matériaux[20], de la nanoscience[21], des sciences de la terre[22], des sciences de la vie[23], de la physique fondamentale[24] et de la chimie[25].

Médiatisation de résultats[modifier | modifier le code]

Expérience sur un animal fossilisé

En 2014, un programme ambitieux de déchiffrement de rouleaux de papyrus antiques carbonisés découverts en 1752 et provenant d'Herculanum détruit par le Vésuve en 79 a débuté grâce à la lumière des rayons X du synchrotron[26],[27],[28]. Réduits à l'état de cylindres carbonisés, la plupart de ces 1 840 fragments de rouleaux étaient restés illisibles jusqu'à nos jours, faute d'une technique capable de les déchiffrer sans risquer de les détruire. Les lettres d'un alphabet ont pu être distinguées, mais reste à reconstituer les textes.

Le synchrotron possède également un service de paléontologie qui peut faire des découvertes capitales grâce à ses installations car des fossiles souvent uniques peuvent être auscultés sans le moindre dommage[29]. Ainsi, il permet de radiographier la matière avec une extrême précision et de reconstituer des images 3D comme la nageoire fossile d'un poisson vieux de 380 millions d'années, l'Eusthenopteron. Grâce au synchrotron, des chercheurs du Centre national de la recherche scientifique ont pu comprendre en étudiant un poisson vieux de 415 millions d’années comment la face s’était assemblée lors de la transition entre vertébrés sans et avec mâchoires[30]. Dans ce même service, les plus vieux spermatozoïdes fossilisés au monde ont été identifiés en 2014. Vieux de 17 millions d'années, ils ont été trouvés dans l'organe reproducteur d'une minuscule crevette vivant dans une zone devenue le nord de l'Australie de nos jours[31]. Ces spermatozoïdes mesurent 1,3 millimètre, soit une taille légèrement supérieure à celle du crustacé lui-même[32],[33].

L'ESRF est également capable de simuler l'éruption d'un super volcan afin de comprendre le mécanisme d'une telle éruption et en prévoir le déclenchement ainsi que les effets dévastateurs qu'il représenterait pour l'homme. La dernière éruption d'un super volcan remontant à 26 000 ans, en Nouvelle-Zélande[34]. L'ESRF a pu ainsi reproduire les conditions de pression et de température extrême qui règnent au cœur de la chambre magmatique des volcans, grâce à un bombardement de rayons X[35].

Dans le domaine des sciences de la terre, l'ESRF apporte de précieuses informations dans l'étude d'échantillons de fer très fortement comprimés dans ses installations. Des physiciens ont conclu que le noyau de la Lune est semblable à celui de la Terre et mesure 250 km de rayon avec une enveloppe liquide plutôt fine de 80 km d'épaisseur[36],[37]. Une autre étude menée par des scientifiques du CEA, de l'ESRF et du CNRS ont réévalué la température du noyau de la terre entre 3800 °C et 5500 °C suivant la profondeur[38].

Dans le domaine de l'art, l'ESRF a permis en 2010 de mieux comprendre le sfumato, une technique utilisée par de grands peintres comme Léonard de Vinci. Avec le soutien du Musée du Louvre et après examen de sept de ses tableaux par spectrométrie de fluorescence des rayons X, réalisée directement devant les œuvres au musée du Louvre, les scientifiques ont compris que ce dernier avait utilisé ses doigts pour passer des dizaines de couches de vernis pour peindre La Joconde, La Vierge aux rochers ou encore La Madone à l'œillet[39]. L'artiste se démarquait ainsi par la précision de l'application de ses couches de vernis, pour certaines 50 fois plus fines qu'un cheveu humain[40].

États membres[modifier | modifier le code]

En 2015, les pays membres du synchrotron sont au nombre de treize, auxquels s'ajoutent huit membres aux contributions plus modestes[41]. Le dernier pays a y être entré a été la Russie en décembre 2013[2].

Les États membres sont :

Ils sont rejoints par des associés scientifiques:

Visites guidées[modifier | modifier le code]

Bâtiment d'accueil

Chaque année, les installations du synchrotron reçoivent plusieurs milliers de visiteurs venant du monde entier. Une visite comprend une présentation générale dans le centre pour visiteurs puis un circuit dans le hall expérimental qui permet de découvrir les lignes de lumière où travaillent les scientifiques. En collaboration avec le CCSTI de Grenoble, des visites sont prévues pour des groupes de moins de 15 personnes. La durée de visite pour les groupes importants ou plus réduits sont de 2 heures 30. Chaque visite doit être réservée deux mois à l'avance et chaque visiteur doit avoir plus de 15 ans.

Accès[modifier | modifier le code]

Depuis 2014, l'accès en voiture se fait par une nouvelle entrée donnant sur la rue des Martyrs, à proximité de l'institut de biologie structurale. En transports en commun, le synchrotron est desservie par le terminus de la ligne de tramway B, ainsi que par la ligne de bus Chrono C6.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Jean-Louis LACLARE, « E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility)  », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 1 mai 2015. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/european-synchrotron-radiation-facility/
  2. a et b Site du ministère de l'éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la recherche.
  3. Le synchrotron de Grenoble, Jalons pour l'histoire du temps présent, INA, Christophe Gracieux, 18 octobre 1984
  4. Le prétexte alsacien, L'unité, 23 novembre 1984
  5. Le dauphiné.com du 30 mai 2015.
  6. a, b et c Les newseco du 29 mai 2015.
  7. a et b Journal Libération du 28 mai 2015.
  8. Le journal CNRS du 29 octobre 2014.
  9. France 3 Alpes du 11 mars 2015.
  10. Page de présentation en anglais
  11. Le dauphiné libéré du 13 décembre 2013.
  12. France 3 Alpes du 29 mai 2015.
  13. Site de EPN science campus
  14. Site de Minatec.
  15. Dauphiné libéré du 11 juin 2010.
  16. Site de Grenoble presqu'île.
  17. Site de l'Essor.
  18. Site de l'Institut de biologie structurale.
  19. Site de l'IRT Nanoelec.
  20. Site de l'ESRF (matériaux).
  21. Site de l'ESRF (nanoscience).
  22. Site de l'ESRF (science de la terre).
  23. Site de l'ESRF (science de la vie).
  24. Site de l'ESRF (physique fondamentale).
  25. Site de l'ESRF (chimie).
  26. Le monde.fr du 20 janvier 2015.
  27. Site de science et avenir du 20 janvier 2015.
  28. Le point du 28 janvier 2015.
  29. France télévision du 29 mars 2014.
  30. Article de Futura-sciences du 4 mars 2014.
  31. Journal Le monde du 14 mai 2014.
  32. Journal de la science.
  33. Site de Francetvinfo.
  34. France 3 Alpes du 14 janvier 2014.
  35. Site du CNRS.
  36. Site de Futura-science le 5 avril 2015.
  37. Site de techno-science du 2 avril 2015.
  38. Article du CNRS du 25 avril 2013.
  39. Communiqué de presse du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) du 15 juillet 2010.
  40. Site de Slate.fr.
  41. Site de l'ESRF.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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