AILES

L'étude des espèces isolées à partir de substrats ou de l'environnement permet d'accéder à la nature fondamentale de la matière, telle que la décrit la mécanique quantique – à savoir les niveaux d'énergie électroniques et vibrationnels –, ce qui fournit des informations sur la structure et la dynamique de cette matière. Ces espèces peuvent aller des atomes et des molécules simples aux ions, radicaux, biomolécules, agrégats, nanoparticules et espèces dissoutes en solution.

L'interaction lumière-matière est essentielle pour comprendre notre monde, depuis l'univers quantique des électrons, des atomes et des molécules jusqu'aux espèces neutres et ioniques interstellaires. Les informations relatives à cette grande diversité d'espèces isolées nous sont transmises par l'absorption de la lumière, qui entraîne l'excitation des mouvements électroniques et nucléaires et nous permet d'acquérir des connaissances sur les espèces chimiques, les niveaux d'énergie électronique, la dynamique électronique et nucléaire ainsi que la réactivité chimique. Les mesures effectuées dans le cadre de la section « Processus fondamentaux dans les systèmes isolés » ciblent cette interaction clé et visent à mieux comprendre les propriétés fondamentales de formes simples de matière isolées de tout environnement interactif. L'étude des éléments constitutifs fondamentaux de la matière, isolés de tout environnement, permet d'accéder à leurs niveaux d'énergie électronique non perturbés, qui peuvent être utilisés pour valider et améliorer les calculs et modèles théoriques de la mécanique quantique, conduisant ainsi à une compréhension plus approfondie des forces qui régissent les réactions chimiques ainsi que de la structure et des propriétés des matériaux.

Le champ d'application de cette section est très vaste, s'étendant du noyau terrestre aux confins de l'Univers, en passant par la zone critique et l'atmosphère, avec des recherches menées sur les deux tiers de l’ensemble des lignes de lumière SOLEIL, grâce à un large éventail de techniques dédiées à l'étude de tous les états de la matière : de l'état solide dur aux liquides, en passant par les aérosols et la phase gazeuse.

La section « Environnement et géosciences » est divisée en deux sous-sections :

La sous-section « Physico-chimie de l'atmosphère et de l'univers » a pour objectif d'étudier les objets et les diverses interactions entre les photons et la matière, qui se produisent principalement sur de la matière diluée, à toutes les échelles dans l'univers, des nuages moléculaires interstellaires aux (proto-) étoiles, en passant par les systèmes stellaires et les atmosphères planétaires, y compris celle de la Terre. Plus précisément, en ce qui concerne les sciences spatiales, en utilisant des photons de la gamme des infrarouges lointains au VUV, nous souhaitons étudier les structures électroniques et moléculaires ainsi que la réactivité de diverses espèces isolées, neutres ou ionisées telles que les radicaux, les molécules froides, les molécules prébiotiques et riches en carbone comme les HAP et les espèces apparentées, en interaction étroite avec les données des télescopes et la modélisation. Les photons VUV et X sont également utilisés pour reproduire les processus photophysiques/photochimiques spatiaux qui ont façonné notre univers, depuis la naissance des premières étoiles jusqu'à l'origine de la vie sur la Terre primitive. En ce qui concerne les études de l'atmosphère terrestre, les aspects cruciaux portent sur la compréhension quantitative de l'effet de serre et de l'appauvrissement de la couche d'ozone, grâce à la spectroscopie à haute résolution sur de petites molécules telles que les hydrocarbures halogénés, ainsi que sur l'étude des processus d'oxydation et une meilleure compréhension des divers processus de combustion pouvant conduire à l'utilisation de combustibles plus propres.

La sous-section « Terre, océans et sciences planétaires : du noyau à l'anthroposphère » couvre des sujets de géosciences, principalement liés à la matière condensée : de l'origine, l'histoire et la structure des planètes à l'étude des roches ignées et des processus volcaniques, en passant par la mécanique des roches et les processus complexes de la zone critique. Nos installations expérimentales peuvent notamment être utilisées pour mieux comprendre la formation et l'évolution du système solaire et des corps telluriques en produisant des reconstructions 3D détaillées de grains d'astéroïdes récupérés lors de missions spatiales, en combinant la tomographie par rayons X et la tomographie par FTIR. La structure cristalline des solides ou la structure et la densité de la matière fondue peuvent être mesurées in situ dans des conditions de pression et de température extrêmes afin de mieux contraindre les modèles minéralogiques de l'intérieur des planètes, à l'aide de la diffraction des rayons X et de l'imagerie. Les propriétés physiques de ces matériaux, telles que la compressibilité, la dilatation thermique, la fusion, la viscosité, etc. peuvent être mesurées et comparées aux données géophysiques. Quant aux processus dynamiques et complexes qui prévalent dans la zone critique, tels que les pollutions et les interactions biosphère / minéraux, leur compréhension nécessite un travail multimodal à plusieurs échelles, de l'échelle moléculaire (spéciation locale des métaux) à l'aide de la spectroscopie d'absorption des rayons X, à l'échelle nanométrique à l'aide de la spectro-microscopie avec des rayons X mous, du nano-balayage, de la ptychographie ou de l'imagerie plein champ (cartographie chimique, morphologie), pour aboutir enfin aux échelles micro et macro.

La section Matériaux Avancés vise à développer à SOLEIL la recherche en science des matériaux en couvrant deux sous-thèmes principaux : l’ingénierie des matériaux et les matériaux quantiques. La section rassemble des scientifiques d'environ 20 lignes de lumière ayant une expertise dans diverses techniques expérimentales telles que la diffraction, diffusion, réflectivité, spectroscopie, microscopie ou imagerie, permettant d’étudier la complexité des matériaux en termes de structure, de morphologie ou de propriétés électroniques.

La section Matériaux Avancés a pour objectif de développer au Synchrotron SOLEIL les activités scientifiques dans un large domaine de recherche autour de la science des matériaux, en couvrant deux grands sous-thèmes : l’ingénierie des matériaux et les matériaux quantiques. La section rassemble des scientifiques d'environ 20 lignes de lumière différentes, ayant une expertise dans diverses techniques expérimentales, notamment la diffraction, la diffusion, la réflectivité, la spectroscopie, la microscopie ou l'imagerie, incluant possiblement des effets de cohérence et des capacités de nanofocalisation. Ces approches multiples sont nécessaires pour traiter la vaste diversité et complexité des matériaux en termes de structure, morphologie ou propriétés électroniques à différentes échelles de temps, d'énergie et de taille.