Illustration : Aurélie Bordenave
Adaptation et interprétation LSF : Aliza M’Sika
Que se passe-t-il quand on envoie de la lumière sur un échantillon ? Quelles sont les techniques et les applications développées à SOLEIL ?
- SOLEIL, une source de lumière pour la recherche
- Les lumières de SOLEIL
- Quand la lumière explore la matière
Quand la lumière explore la matière
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Pour analyser un échantillon de matière à SOLEIL, le scientifique le place sous un faisceau lumineux. Mais comment la lumière peut-elle lui apporter les informations qu’il recherche ?
Si l’on voit les objets qui nous entourent, c’est parce qu’ils renvoient une partie de la lumière qu’ils reçoivent. Nos yeux détectent cette lumière renvoyée.
La matière ne renvoie pas toute la lumière, elle en absorbe aussi une partie. Par exemple un objet bleu absorbe les ondes lumineuses correspondant aux couleurs rouge et verte… mais renvoie les bleues.
Essayez d’éclairer un objet bleu avec une lumière rouge… Il ne peut renvoyer que la lumière bleue, or la lumière rouge n’en contient pas. L’objet va donc apparaître noir.
Ce phénomène d’absorption existe aussi à l’échelle des atomes qui composent la matière. Cela concerne tous les atomes : l’hydrogène, le carbone, l’oxygène…
Et chacun absorbe toujours les mêmes couleurs, ou « longueurs d’onde ». C’est un peu sa carte d’identité.
On peut donc connaitre la composition d’un échantillon en l’éclairant avec de la lumière et en mesurant les longueurs d’onde qu’il absorbe, même lorsque celles-ci ne sont pas de la lumière visible.
Ce phénomène se produit avec les atomes mais aussi avec les groupements d’atomes, c’est-à-dire les molécules. Et si en plus on utilise un microscope pour regarder quelles longueurs d’ondes sont absorbées par les différentes parties de l’échantillon étudié, on peut savoir dans quelles zones se trouve telle ou telle molécule, et élaborer une véritable carte.
D’autres propriétés de la lumière sont utilisées pour observer la matière. Par exemple, on peut connaître la position des différents atomes les uns par rapport aux autres, en utilisant une méthode appelée la « diffraction des rayons X ».
C’est en projetant des rayons X sur des brins d’ADN et en enregistrant les rayons X renvoyés que les scientifiques ont découvert, dans les années 1950, la structure très particulière de la molécule d’ADN : une double hélice. Cette méthode est encore largement employée aujourd’hui, notamment à SOLEIL, pour étudier des échantillons toujours plus complexes.
Grâce à elle, on peut par exemple connaître exactement la structure des molécules constituant l’enveloppe d’un virus. Les chercheurs sont alors capables de fabriquer des médicaments efficaces contre ce virus en particulier.
La lumière peut révéler encore bien d’autres informations sur la matière. Surtout lorsque cette lumière est très intense, focalisée en faisceaux très fins et possède encore d’autres qualités … Comme au synchrotron SOLEIL !