N° 30/30 | Des X-men braquent les secrets de l’univers !

Derrière ce nom qui sonne comme une arme de X-men, se tient un équipement majeur de la recherche française. En émettant des faisceaux de rayons X très intenses, il permet d’accéder aux secrets de la matière.

Accélérer les électrons pour produire des rayons X

Le European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), ou synchrotron de Grenoble, se définit lui-même comme « une source extrêmement puissante de rayons X, produits par des électrons de haute énergie circulant dans un anneau de stockage ». Comment ça fonctionne ? Des électrons sont envoyés dans le “linac” où ils subissent une première accélération par des champs électromagnétiques. Ils sont ensuite “boostés” dans un anneau de 300 m de circonférence où, après plusieurs milliers de tours, ils atteignent une haute énergie de 6 milliards d’électronvolts. C’est le grand anneau de 844 mètres de circonférence, dit “de stockage, qu’ils empruntent ensuite, circulant à la vitesse de la lumière dans un tube où a été fait le vide. Déviés par des champs magnétiques, ils perdent alors de l’énergie sous la forme de “lumière synchrotron”, principalement des rayons X.  À Grenoble, 44  lignes de lumière sont produites qui permettent à autant d’équipes de réaliser leurs expériences.

À Grenoble, la plus intense source de lumière synchrotron au monde

À quoi ça sert ? Leur haute énergie permet à ces rayons X, dits “durs”, de pénétrer dans la matière et d’interagir avec les atomes. Comme l’explique l’ESRF : « La principale différence entre la lumière synchrotron et les rayons X utilisés à l’hôpital réside dans leur brillance, 100 milliards de fois plus élevés à l’ESRF ». Il s’agit ainsi d’une sorte de “super microscope” révélant de précieuses informations sur la structure de la matière. Indispensable aux chercheurs, cette plongée dans l’infiniment petit nécessite cependant d’énormes moyens. C’est la raison pour laquelle, dès son origine en 1975, le projet de synchrotron a été pensé à l’échelle européenne, unissant les efforts de 11 nations (aujourd’hui 22). En 1984, Grenoble est choisi avant que, 10 ans plus tard, ne soit mis en service l’un des quatre plus grands synchrotrons X du monde. Unité de service, elle accueille plus de 7 000 chercheurs chaque année, dont cinq y ont conduit des travaux leur valant le prix Nobel.

Poursuivre l’aventure

Après des travaux démarrés en 2018, le projet “Extremely Brilliant Source” fait de l’ESRF le premier synchrotron de quatrième génération de haute énergie. L’intensité de ses rayons X a été multiplié par 100, atteignant une intensité 10 000 milliards de fois plus élevée que dans le secteur hospitalier ! Une puissance inégalée dans le monde qui va permettre une meilleure stabilité des expériences. Ceci ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche fondamentale, mais aussi pour les applications en santé, en chimie, la création de nouveaux matériaux et l’archéologie.

Pour aller plus loin

• Le synchrotron en vidéo : https://www.cea.fr/multimedia/Lists/StaticFiles/animations/noflash/physique-chimie/synchrotron.mp4
• Les nouvelles possibilités du synchrotron sur France 3 : https://france3-regions.francetvinfo.fr/auvergne-rhone-alpes/isere/grenoble/video-grenoble-quoi-va-servir-synchrotron-nouvelle-generation-1865526.html