Installation de très haute technologie, SOLEIL est une source de rayonnement extrêmement brillante. C'est à la fois une très grande infrastructure de recherche ouverte à toutes les communautés scientifiques et industrielles, un laboratoire de recherche de pointe et pluridisciplinaire, et un lieu d'accueil de tous les publics avec lesquels nous partageons la culture scientifique.
► Qu'est-ce que SOLEIL ?
► A quoi sert SOLEIL ?
► Comment fonctionne SOLEIL ?
SOLEIL, acronyme de « Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire du LURE* », est un centre de recherche implanté sur le Plateau de Saclay à Saint Aubin (Essonne). Plus concrètement, c’est un accélérateur de particules (des électrons) qui produit le rayonnement synchrotron, une lumière extrêmement brillante qui permet d’explorer la matière inerte ou vivante.
Ce rayonnement synchrotron est aujourd’hui incontournable dans le domaine de la recherche et des applications industrielles.
Financé par deux principaux actionnaires : le CEA, le CNRS et plusieurs autres partenaires français : la région Ile de France, le département de l’Essonne, la Région Centre et l’État (Ministère de la recherche), SOLEIL a un statut privé de « Société Civile ».
L’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), est l’autre centre de rayonnement synchrotron implanté sur le territoire français, à Grenoble et auquel la France contribue à hauteur de 25%,.
Le synchrotron SOLEIL a donc permis de doter la France d’une seconde source de rayonnement synchrotron de très haute technologie, de façon à couvrir les besoins de la communauté scientifique française.
* LURE : Laboratoire d’Utilisation du Rayonnement Électromagnétique, laboratoire pionnier dans le domaine du rayonnement synchrotron, situé sur le site de l’université d’Orsay, où ont été développées les recherches concernant 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 a pris le relais du LURE, fermé en 2003.
SOLEIL est une source de lumière dotée de propriétés exceptionnelles et nécessaires pour les communautés scientifiques et industrielles :
- haute brillance : 10000 fois plus brillante que la lumière solaire,
- large gamme spectrale : source « blanche », allant des infrarouges (quelques centaines de µeV) aux rayons X durs (100 keV),
- polarisation (linéaire, circulaire etc.)
- source pulsée.
Il ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour sonder la matière avec une résolution spatiale inférieure au millionième de mètre 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 permet l'utilisation d'une large panoplie de méthodes, à la fois spectroscopiques (depuis l'infrarouge jusqu'aux rayons X), et structurales (comme la diffraction et la diffusion de rayons X).
Biocristallographie sur la ligne de lumière PROXIMA-1, ribosome
En recherche appliquée, SOLEIL trouve des applications dans des domaines très différents tels 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.…
Microélectronique et Nanotechnologies, un des nombreux secteurs d'applications
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 ultra-relativistes (c’est-à-dire circulant à une vitesse proche de celle de la lumière dans le vide), 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 est émis sous forme d’un faisceau extrêmement fin, tangentiellement à la trajectoire des électrons, lorsque celle-ci est courbée par un champ magnétique (force de Lorentz).
1. 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 un premier niveau d’énergie : 100 MeV.
2. 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.
3. À ce niveau d’énergie, les électrons sont injectés dans l’anneau de stockage de 354 mètres de circonférence (soit 113 mètres de diamètre) et tournent pendant plusieurs heures.
4. Dans l’anneau de stockage (en vidéo), des dispositifs magnétiques : les dipôles ( ou 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 ».
5. L’énergie perdue à chaque tour par les électrons en émettant le rayonnement synchrotron est compensée par des cavités radiofréquence.
6. 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.
7. 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 e
mplacements possibles à SOLEIL, 29 lignes sont ouvertes.
Structure d'une ligne de lumière
