L’accélérateur le plus performant de sa catégorie au monde
Basé sur un nouvel arrangement des éléments magnétiques, l’accélérateur d’électrons de haute performance de SOLEIL II est conçu pour produire des faisceaux de photons de qualité́ inégalée, indispensables pour répondre aux enjeux scientifiques qui nous attendent.
À la fois le plus compact et le plus performant au monde dans le domaine des énergies intermédiaires (autour de 3 GeV), en termes de taille et de divergence des faisceaux d’électrons produits, ce nouvel accélérateur renforcera la position stratégique de la France dans la production et l’exploitation du rayonnement synchrotron.
Ce projet innovant et ambitieux vise à remplacer l’actuel accélérateur de 354 m de circonférence tout en conservant les infrastructures existantes et la géométrie d’extraction des faisceaux des lignes de lumière, ce qui permettra de minimiser le coût du projet. Le domaine d’énergie des photons produits couvre dix ordres de grandeur, de l’infrarouge lointain aux rayons X durs. Le domaine d’excellence de SOLEIL (rayons X mous et tendres) restera privilégié. Grâce à un faisceau d’électrons 40 fois plus petit et circulaire (figure ci- contre), les faisceaux de photons seront au moins 100 fois plus brillants et cohérents dans le domaine des rayons X. Leurs propriétés ainsi améliorées permettront de réaliser des expériences jusque-là̀ impossibles ou seulement sur des temps de mesure très longs, tout en garantissant une grande stabilité́ d’intensité, de position et de taille. L’upgrade de l’accélérateur de SOLEIL est rendu possible, d’une part, par la levée de verrous technologiques, avec la miniaturisation extrême des chambres à vide où circulent les électrons et des aimants qui les guident, pour obtenir un agencement très compact. D’autre part, par des innovations majeures, avec notamment un système d’injection des électrons repensé, et de tout nouveaux dispositifs magnétiques compacts permettant de produire et contrôler des faisceaux de photons toujours plus intenses. Ces concepts novateurs font l’objet d’une phase intense de prototypage et ont déjà̀ abouti au dépôt de sept brevets.
Des lignes de lumière et stations expérimentales à la pointe de l’innovation
L’ensemble des lignes de lumière bénéficiera des propriétés uniques du nouvel accélérateur : des mesures à l’échelle du nanomètre, étude des phénomènes ultrarapides en temps réel, sensibilité́ des mesures considérablement améliorée. Ces atouts, combinés à l’éventail unique de techniques accessibles à SOLEIL sur une large gamme d’énergies, seront pour la communauté́ scientifique française et internationale, des outils incomparables d’exploration de la matière ou du vivant pour répondre aux défis auxquels notre société́ fait face.
Ces propriétés ouvriront en outre des possibilités expérimentales entièrement nouvelles. En particulier, des techniques jusque- là utilisables uniquement avec la lumière visible pourront être transposées aux rayons X, et accroître considérablement la précision des mesures. Des progrès spectaculaires sont ainsi attendus dans l’étude des propriétés électroniques, magnétiques, chimiques et structurales de matière inerte ou vivante. La possibilité́ de combiner des techniques sur une large gamme de longueurs d’onde, unique à SOLEIL, sera encore enrichie avec SOLEIL II.
L’intégration de ces nouvelles méthodes au sein de lignes de lumière innovantes passe par la conception et la réalisation d’optiques, détecteurs, dispositifs de nano positionnement, de nouvelle génération, développés dans le cadre de partenariats, académiques et industriels, nationaux et internationaux.
Les données au cœur du projet grâce à une transformation numérique globale
De nouveaux services numériques exploiteront pleinement le potentiel du nouvel accélérateur et des lignes de lumière. Des techniques de calcul avancées comme l’apprentissage automatique (Machine Learning) interviendront pour contrôler les caractéristiques du faisceau d’électrons. La robotique contribuera à utiliser au mieux le temps d’expérience disponible sur les lignes de lumière, y compris pour des expériences à distance. Afin de gérer le déluge de données issues de l’augmentation des expériences multi-techniques, les infrastructures du système d’information seront modernisées, en appui sur des centres nationaux de calcul et stockage.
Pour les Utilisateurs des lignes de lumière, la valeur ajoutée de SOLEIL II résidera également dans les outils de visualisation et d’analyse, la préservation des données, et les services d’accès et de recherche associés. En permettant le partage et l’ouverture des données, en ligne avec le Plan National pour la Science Ouverte, ces services maximiseront l’impact des expériences réalisées au synchrotron. Cette transformation sera basée sur une architecture modulaire, pour faciliter l’intégration de nouveaux services ainsi que l’évolution des services existants, et assurer leur adéquation à long terme avec les besoins techniques et scientifiques.
