SOLEIL en 3 questions

SOLEIL, acronyme de « Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire du LURE* », est un centre de recherche implanté sur la Plateau de Saclay à Saint Aubin (Essonne). Plus concrètement, c’est un accélérateur de particules (des électrons) qui produit le rayonnement synchrotron, source de lumière extrêmement puissante qui permet d’explorer la matière inerte ou vivante.

Cet outil pluridisciplinaire aujourd’hui incontournable dans le domaine de la recherche et des applications industrielles, accueillera à partir de janvier 2007, plus de 2000 utilisateurs par an.

Financé par deux principaux actionnaires : le CEA, le CNRS et ses autres partenaires , la région Ile de France, le département de l’Essonne, la Région Centre et l’Etat (Ministère de la recherche), SOLEIL a un statut privé de « Société Civile ».

L’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), l’autre centre de rayonnement synchrotron implanté en France à Grenoble et auquel la France contribue à hauteur de 25%, ne permettait malheureusement pas de couvrir l’ensemble des besoins de la communauté scientifique française.
Le synchrotron SOLEIL permet de doter la France d’une seconde source de rayonnement synchrotron de très haute technologie.

* LURE : Le Laboratoire d’utilisation du rayonnement électromagnétique, est un laboratoire pionnier dans le domaine du rayonnement synchrotron, situé sur le site de l’université d’ Orsay où a été développée les recherches et le développement de l’utilisation du rayonnement synchrotron sur plusieurs machines ( ACO : anneau de collision d’Orsay, DCI (dispositif de collision dans l’igloo ) et SUPER ACO). SOLEIL prend le relais du LURE qui a fermé en 2003.

SOLEIL est une source de lumière dotée de propriétés exceptionnelles et nécessaires pour les communautés scientifiques et industrielles (grande brillance : 10000 fois plus intense que la lumière solaire), grande gamme spectrale source « blanche » allant des infrarouges (1eV) aux rayons X durs (50 keV)), polarisation (linéaire, circulaire etc.), source pulsée). Il ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour sonder la matière avec une résolution de l’ordre du millionième de mètres et une sensibilité à tous les types de matériaux.

En recherche fondamentale, SOLEIL couvre des besoins en physique, chimie et en sciences des matériaux, en sciences du vivant (notamment en cristallographie des macromolécules biologiques), en sciences de la terre et de l'atmosphère. Il offrira l'utilisation d'une large gamme de méthodes spectroscopiques depuis l'infrarouge jusqu'aux rayons X, et de méthodes structurales en diffraction et diffusion X

En recherche appliquée, SOLEIL trouve des applications dans des domaines très différents tel que la pharmacie, le médical, la chimie et la pétrochimie, l'environnement, le nucléaire, l'industrie automobile, mais aussi les nanotechnologies, la micromécanique et la microélectronique, etc.….

SOLEIL développe également une politique volontariste d'ouverture vers les applications pour l'industrie et les grands enjeux nationaux (environnement, énergie, police scientifique, archéologie et patrimoine...), avec le souci de favoriser l'accès des PME/PMI aux techniques de rayonnement synchrotron.

Le rayonnement synchrotron est une lumière émise par des électrons relativistes (quasiment à la vitesse de la lumière) de très haute énergie (énergie nominale de SOLEIL de 2,75 GeV) qui tournent dans un anneau de stockage de 354 m de circonférence. Il se fait tangentiellement à la trajectoire dans un faisceau extrêmement fin, lorsque l’on courbe la trajectoire des électrons avec un champ magnétique (force de Lorentz).

• Un faisceau d’électrons fin comme un cheveu, émis par un canon à électrons , est d’abord accéléré dans un accélérateur linéaire de 16 m de long : le linac . Les électrons atteignent la vitesse de la lumière et un premier niveau d’énergie : 100 MeV.

• Après cette première accélération, le faisceau d’électrons est dirigé vers un deuxième accélérateur circulaire appelé booster qui porte leur énergie à la valeur de fonctionnement de SOLEIL soit 2,75 GeV.

• A ce niveau d’énergie, les électrons sont injectés dans l’anneau de stockage de 354 mètres de circonférence  (soit 113 mètre de diamètre) et tournent pendant plusieurs heures.

• Dans l’anneau de stockage, des dispositifs magnétiques : les dipôles (aimants de courbure) , les onduleurs ou wiggler (succession d’aimants alternés) dévient la trajectoire des électrons ou les font osciller. Ces derniers perdent de l’énergie sous forme de lumière : « le rayonnement synchrotron ».

• L’énergie perdue par les électrons en émettant le rayonnement synchrotron est compensée par des cavités radiofréquence (5).

• Le rayonnement synchrotron, produit dans les aimants de courbures et les éléments d’insertion (Wiggler ou onduleurs*), est dirigé, sélectionné et conditionné par des systèmes optiques vers les stations expérimentales au niveau des lignes de lumière.

* l’ajout de wiggler et onduleur sur les synchrotrons de 3ème génération, permet d’obtenir une lumière encore plus brillante que sur les dipôles (1000 fois plus sur onduleur que sur dipôle).

• Chaque ligne de lumière constitue un véritable laboratoire de biologie, chimie, sciences de la Terre, instrumenté pour préparer et analyser les échantillons à étudier, et traiter les informations recueillies.…Sur les 43 emplacement possibles sur SOLEIL, 24 lignes sont prévues.