Domaines de recherche et d'applications

 Agroalimentaire
 
Premier secteur industriel français, l'agroalimentaire couvre des activités très larges : amélioration de l'élevage et des semences, transformation des matières animales et végétales, ingénierie alimentaire et préparation, conditionnement. Ce secteur fait de plus en plus appel à la recherche, en particulier pour l'amélioration des techniques de fabrication et pour s'assurer de la qualité finale des produits mis sur le marché.
Des grands groupes industriels ont recours depuis plusieurs années à l'utilisation de la lumière synchrotron pour caractériser et analyser finement leurs produits, par exemple pour le chocolat, les produits laitiers et les mousses alimentaires. Des études originales sur la fermentation et les procédés de cuisson du pain ont été récemment menées par microtomographie, technique qui révèle l'architecture alvéolaire à très haute résolution. Ces activités devraient être amenés à se renforcer et s'élargir dans les prochaines années pour répondre à la demande toujours plus exigeante des consommateurs en termes de qualité et de saveur.

Quelques exemples d'études Dynamique et stabilité d'émulsions, mousses et gels alimentaires Transitions de phases des lipides dans le beurre et le chocolat Comportement rhéologique de pâtes Caractérisation des semences, récoltes Analyse de la fermentation et de la cuisson du pain Imagerie chimique de produits d'emballage et de conditionnement Etude de la cristallinité de bouteilles en plastique Diffusion d'éléments chimiques, biotoxicité Les techniques et les lignes de lumière pour l'agroalimentaire  Structure moléculaire par diffusion/diffraction X --> ligne SWING  Imagerie chimique par FT-IR --> ligne SMIS Imagerie chimique par spectroscopie UV --> ligne DISCO Morphologie par microtomographie --> ligne PSICHE

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 Cosmétique
 
L'industrie des cosmétiques, utilisatrice de longue date des centres de rayonnement synchrotron, en France comme à l'étranger. Les techniques offertes sont particulièrement bien adaptées à un certain nombre de besoins de cette industrie, aussi bien pour le développement de nouveaux produits que pour le suivi de leurs effets et le contrôle de leur innocuité.
Les entreprises utilisent aujourd'hui les techniques synchrotron d'imagerie chimique à l'échelle micrométrique et de micro-analyse des structures moléculaires afin de caractériser les effets des produits sur la peau, les cheveux ou les ongles. Il est ainsi possible de suivre finement le devenir physico-chimique d'un produit après application, sa diffusion à travers les tissus et ses effets sur leurs différents constituants biochimiques. L'autre champ d'activités concerne le développement de nouveaux produits pour caractériser, suivre et contrôler les architectures nano- et micrométriques des milieux complexes formés par les mélanges eau- huile-surfactant.
 

 Chimie
 
La chimie fine et la chimie de spécialités tirent avantage des techniques synchrotron à la fois pour la recherche, le développement et pour les procédés de fabrication, la chimie de base étant moins concernée.
Les techniques de spectroscopie d'absorption X permettent de suivre des réactions chimiques en temps réel, à la fois la nature et l'état d'oxydation des réactifs, ce qui explique la forte activité concernant le développement de nouveaux catalyseurs dans tous les centres de rayonnement synchrotron.

Les plastiques, élastomères et composites sont également analysés aux niveaux de la structure moléculaire, par diffusion-diffraction X, et de la morphologie, par microtomographie, pour suivre leur synthèse et mise en forme, comprendre leurs propriétés mécaniques, ou encore contrôler leur qualité, notamment au cours du vieillissement ou lors de tests de fatigue. Les mêmes analyses peuvent être menées pour de nombreux produits du domaine de la chimie de spécialités : peintures, vernis, encres, colles détergents etc.
  

 Microélectronique et nanotechnologies
 
La recherche et le développement jouent un rôle fondamental dans l'électronique, activité de très haute technologie, spécialement pour le domaine des composants et pour celui de l'électronique professionnelle et industrielle qui concerne des secteurs d'applications aussi variés que la défense, le spatial, l'aéronautique, les transports, le médical ou la métrologie.
Les acteurs de l'électronique ont toujours entretenu des liens étroits avec les centres de rayonnement synchrotron pour exploiter les techniques de dichroïsme magnétique et de photoémission qui donnent accès à des informations sur les états électroniques et de spin. La polarisation naturelle de la lumière synchrotron constitue en effet un atout majeur pour les mesures de dichroïsme, sa continuité spectrale est précieuse pour les expériences de photoémission.
Par ailleurs, les faisceaux submicrométriques permettent d'explorer des structures fines, par exemple l'état des contraintes des grains cristallins dans les interconnexions, dans des couches minces des systèmes magnétiques ou dans des microstructures.
Les techniques de caractérisation de surface - structure atomique, état chimique, réactivité, contamination métallique, nanostructures etc. - sont également exploitées par les industriels.

 Bâtiments - Travaux publics
 
L'exploitation des techniques synchrotron par les entreprises du bâtiment et des travaux publics est relativement récente mais elle est amenée à croître avec le développement de techniques comme la microtomographie. Cette technique permet de visualiser des structures en volume à l'échelle du micromètre, avec des applications pour l'analyse de la porosité, de la diffusion et du vieillissement, ou encore de la répartition des constituants dans ces matériaux fortement hétérogènes.
L'autre activité principale concerne le suivi des réactions chimiques et de l'observation de produits transitoires lors de la prise du ciment, l'objectif étant d'être capable d'agir sur la formulation et les additifs devant conduire aux spécifications requises. La technique utilisée est la diffraction des rayons X et la réaction est suivie in situ et en temps réel.
La caractérisation poussée de l'état chimique des ions à la surface d'ouvrages en béton ou métalliques est également étudiée par spectroscopie d'absorption X pour les problèmes de corrosion, de contamination et d'environnement.
 

 Transports
 
Les exigences croissantes des clients des transports terrestres et aériens en termes de performances, confort et sécurité expliquent la part importante que les industriels du secteur, fabricants et équipementiers, consacrent à la recherche et au développement, avec le souci constant de préserver l'environnement.
L'apport des techniques synchrotron à ce secteur concerne trois activités principales. La première est liée à l'amélioration des rendements des catalyseurs destinés à transformer les gaz d'échappements en gaz non toxiques, ces études sont menées par spectroscopie d'absorption X pour suivre et comprendre l'état des catalyseurs au cours des réactions.
La seconde activité concerne la mesure par diffraction de rayons X des contraintes résiduelles dans les pièces métalliques, notamment pour le matériel aéronautique sensible, comme les aubes de turbine, mais également dans les pièces sujettes à des défaillances pour l'automobile et le matériel ferroviaire.
Enfin, la microtomographie permet de révéler des défauts cachés dans des pièces ou d'analyser l'architecture des mousses métalliques.
  

 Matériaux
 
Il est difficile de citer toutes les applications des techniques synchrotrons dans le domaine des matériaux tant sont nombreux les matériaux analysés et les techniques utilisées. Les matériaux analysés comprennent les métaux et alliages, le verre, les céramiques, le caoutchouc, les plastiques techniques et composites, le bois, la pâte à papier, les textiles et les matières premières pour des industries comme celles des cosmétiques et de la pharmacie.
Il est possible de d'explorer l'organisation moléculaire de tous ces matériaux, leur composition chimique et leur micro-morphologie, et d'en suivre les modifications induites par différentes contraintes, in situ et en temps réel : thermique, mécanique, sous écoulement, dans un environnement chimique donné, sous champ électrique, ou encore sous irradiation.
L'information fournie par ces analyses constituent ainsi un complément aux analyses de laboratoire et un précieux soutien aux ingénieurs pour les activités de recherche et développement de nouveaux produits, en génie des procédés, pour le contrôle de qualité et éventuellement le recyclage.
  

 Énergie
 
L'apport analytique des techniques synchrotrons est beaucoup plus marqué pour les énergies fossiles, pétrole surtout, et nucléaire, que pour les énergies renouvelables pour lesquelles les aspects matériaux ne sont pas prédominants.
Du côté exploration, l'industrie pétrolière est intéressée par ces techniques pour l'évaluation de la qualité et la porosité des roches réservoirs, et du côté pétrochimie pour les possibilités d'analyse des hydrocarbures et dérivés, en particulier pour les problèmes de catalyse et de développement de nouveaux catalyseurs, activité majeure dans tous les centres de rayonnement synchrotron.
L'industrie nucléaire est quant à elle intéressée par les analyses liées à l'exploration minière de l'uranium, à la préparation des combustibles et à l'accroissement de leurs performances, à leur traitement et recyclage, sans oublier la gestion des déchets, le tout devant respecter les normes environnementales.
Les techniques synchrotrons sont également bien adaptées à l'analyse des matériaux des cuves et au suivi des mécanismes de corrosion et de vieillissement sous irradiation.
  

 Environnement et éco-industries