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Des Des milliards dede photons
     milliards photons
 pour        explorer la matière
              pour explorer la matière




                      Contact Service Communication :
   L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin, BP48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex
             tél. : 01 69 35 90 20 - www.synchrotron-soleil.fr
Des milliardsphotons
                                                                             Des milliards de de photons

                                                                                                explorer la matière
                                                                              pour explorer la matière
                                                                                pour


                                                                                    SOLEIL, la source française de rayonnement                         Les performances de ce rayonnement électromagnétique
                                                                                                                                                       (brillance et gamme spectrale s’étendant des infrarouges
                                                                                    synchrotron fournira, dès début 2007, aux
                                                                                                                                                       aux rayons X) ouvrent de nouvelles perspectives pour
                                                                                    communautés scientifiques et industrielles, une                    sonder la matière. Ce très grand équipement de recherche
                                                                                    lumière aux caractéristiques exceptionnelles.                      accueillera chaque année plus de 2000 utilisateurs issus de
                                                                                                                                                       domaines aussi variés que la biologie, la chimie, la science des
                                                                                                                                                       matériaux, l’environnement, la physique, les sciences de la
                                                                                                                                                       Terre ou le patrimoine culturel et l’archéologie.
© Atelier d’architecture Chaix & Morel associés




                                                  Vue en 3D du Synchrotron SOLEIL



                                                                                                                     Photo aérienne du chantier du
                                                                                                                                 Synchrotron, prise
                                                                                                                                    le 1er juin 2005




                                                      CENTRE NATIONAL
                                                      DE LA RECHERCHE
                                                      SCIENTIFIQUE
                                                                                                                                                                   MINISTÈRE
                                                                                                                                                               DE LA RECHERCHE
Diffuserconnaissance scientifique :scientifique
                         Diffuser la la connaissance
                                        mission
                             une mission de SOLEIL
                              une             de                                       SOLEIL
                            Le public est maintenant accueilli à SOLEIL                 Au programme des visites : diaporama, maquettes et ateliers
                                                                                        d'expériences centrées sur le thème « interactions lumière -
                            dans un bâtiment dédié à l'information
                                                                                        matière » en attendant de pouvoir visiter le Synchrotron
                            scientifique et technique.                                  lui-même, lorsque le chantier sera terminé.
                                                                                        Le public vient à SOLEIL, mais SOLEIL se déplace aussi : Fête
                                                    Fête de la Science 2003             de la Science, forums, conférences grand public, avec des
                                                                                        outils variés : brochures, expositions itinérantes, site internet,
                                                                                        CD ROM...


                                                                                        De nombreux outils péda-
                                                                                        gogiques, comme les mal-
                                                                                        lettes, traitant de thèmes
                                                                                        liés à la lumière, au rayon-
                                                                                        nement synchrotron et à
                                                                                        ses applications, sont gra-
                                                                                        tuitement mis à disposition
                                                                                        des enseignants et de tous
                                                                                        ceux qui le souhaitent.


                                                                                                                         La Villette 2004
                                                                    La Villette 2005




             Pour commander gratuitement les outils pédagogiques :
               http://www.synchrotron-soleil.fr/francais/scolaires/
Contact pour toute visite : webmail@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 22
Des faisceaux de photons
                           Des faisceaux de photons

                                            explorer la matière
                            pour explorer la matière
                              pour

                             SOLEIL est une machine constituée de 3 parties                   A chaque courbure imposée à leur
                                                                                              trajectoire - dans les dipôles ou les
                             (2 accélérateurs et 1 anneau de stockage
                                                                                              onduleurs magnétiques -, ils émet-
                             d’électrons) dont le but est de produire un                      tent des photons : le rayonnement
                             rayonnement électromagnétique caractéristique                    synchrotron.
                             appelé « lumière synchrotron ».                                  Capté en différents points de l’an-
                                                                                              neau, le rayonnement synchrotron
                             Les électrons accélérés jusqu’à une énergie de 100 MeV           est sélectionné et exploité dans les
                             dans le LINAC (accélérateur linéaire), sont transférés dans le   lignes de lumière, chacune étant
                             Booster (accélérateur circulaire) qui monte leur énergie         dédiée à une technique d’analyse
                             jusqu’à 2,75 GeV. Injectés dans l’anneau de stockage, les        de la matière : cristallographie, spec-
                                                                                                                                             Progression des performances
                             électrons ont alors une vitesse proche de celle de la lumière    troscopie et imagerie, diffraction et         des sources de rayonnement X
                                                                                                                                                               en un siècle
                             et sont concentrés en un faisceau du diamètre d’un cheveu.       diffusion, absorption, microscopie…
Dipôle

                                                                                              SOLEIL a été conçu pour que le
                                                                                              rayonnement émis réponde à
                                                                                              toutes les exigences techniques
                                                                                              des utilisateurs : brillance, stabili-
                                                                                              té, gamme de longueur d’onde,
                                                                                              polarisation …                            Brillance sur onduleur, wiggler ou
               Onduleur
                                                                                                                                                       aimant de courbure

                                                Schéma de principe


  Contact Division Sources et Accélérateurs : sabine.podgorny@synchrotron-soleil.fr
                               ou tél.: 01 69 35 98 05
24 lignes de lumière pour exploiter
                            24 lignes de lumière pour exploiter
                                    le rayonnement synchrotron
                                     le rayonnement synchrotron
                                  Le rayonnement synchrotron est une lumière                                                     équipe de chercheurs et d’ingénieurs, chaque ligne est un
                                                                                                                                 véritable laboratoire qui possède un ou plusieurs grands
                                  blanche, 10 000 fois plus intense que la lumière
                                                                                                                                 domaines d’application (domaines scientifiques, secteurs
                                  solaire et composée de toutes les longueurs                                                    industriels, enjeux sociétaux). SOLEIL aura ouvert 24 lignes
                                  d’ondes depuis l'infrarouge jusqu'aux rayons                                                   de lumière à l’horizon 2010 et pourra en accueillir jusqu’à 43.
                                  X en passant par le visible.                                                                   Une ligne de lumière est formée de 3 cabines successives :
                                                                                                                                     1. la cabine optique : les dispositifs optiques
                                                                   Prélevé tout autour de l’anneau de stockage, le                     sélectionnent dans la lumière synchrotron, les
                                                                   rayonnement synchrotron se propage dans                             caractéristiques recherchées pour l’expérience :
                                                                   les lignes de lumière. Animée par sa propre                         longueur d’onde ou gamme de longueur d’onde,
                                                                                                                                       taille du faisceau, polarisation…
                                                                                                                                     2. la cabine d’expérience : la lumière interagit
                                                ©M.Krumrey, ESRF




                                                                                                                                        avec l’échantillon étudié
                                                                                                                                     3. la station de travail :
                                                                                                                                        les chercheurs contrôlent
                   Visualisation du rayonnement
                       synchrotron par ionisation                                                                                       les paramètres de
                                          de l’air
                                                                                                                                        l’expérience, collectent
                                                                                                                                        et commencent à traiter
                                                                                                                                        les données obtenues.
                                                                                                                                                                     Schéma d’une ligne de lumière


                                                                                   Les différentes lignes de lumière de SOLEIL


Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr
                                 tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
Une forte ouverture vers vers l'industrie
                          Une forte ouverture l’industrie
                                  etet les grands
                                     les                                   grandsenjeux de société
                                                                                  enjeux de société
                               SOLEIL est en relation avec les entreprises                                                                                              Les techniques et procédés employés
                                                                                                                                                                        à SOLEIL couvrent la plupart des
                               et les acteurs de grands enjeux sociétaux :
                                                                                                                                                                        besoins d'analyse et de caractérisa-
                               environnement, patrimoine culturel,                                                                                                      tion de matériaux pour la recherche,




                                                                                                                                                                                                                                           ©M. Er Rafik, LPS-Orsay
                               santé publique…                                                                                                                          le développement ou le contrôle de
                                                                                                                                                                        qualité, de métrologie, de fabrication
                                                                                                                                                                        (micro-objets, nouvelles molécules
                                                                                                                                                                        actives) voire de développement bio-      Fragment de modèle
                                                                                                                                                                                                                  atomique d’un filament de
                                                                                                                                                                        médical.                                  kératine (diamètre 7,5 nm)




                                                                                                                                        ©E.Boller et P.Cloetens, ESRF
                                                                           ©J. Doucet, LURE




                                                                                                                                                                        Les principales applications concernent de nombreux
                                                                                                                                                                        secteurs industriels : pharmacie, cosmétiques, agro-
                                                                                                                                                                        alimentaire, chimie, matériaux, électronique et télécom-
Comparaison de diagrammes de diffraction des
rayons X de deux poudres pharmaceutiques                                                                                                                                munications, transport, énergie, défense et certains
                                                                                              Image en 3D du polystyrène (mousse)
                                                                                              obtenue par tomographie                                                   grands enjeux de société (santé publique, environnement,
                                                                                                                                                                        patrimoine culturel et archéologie, police scientifique…).
                                           ©Guimaraes BG et al, Institut




                                                                                                                                     ©F.Farges - SLS/SOLEIL




                                                                                                                                                                        Modalités d’accès et de séjours, règles de partenariat et de
                                                                                                                                                                        confidentialité, accueil et conseil, tout est déjà mis en place
                                           Pasteur




                                                                                                                                                                        à SOLEIL pour faciliter l’utilisation de la lumière aux acteurs
      Structure d’une protéine de la
      bactérie responsable de la tuberculose :                                   Vue intérieure de la Sainte Chapelle (Paris). Ses
                                                                                                                                                                        de l’industrie et des enjeux sociétaux.
      à la recherche des cibles pour les                                         vitraux font actuellement l’objet d’études sur
      nouveaux médicaments                                                       synchrotron


    Contact Relations Industrielles et Grands Enjeux de Société :
   philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05
Les domaines d’application de SOLEIL
                              Les domaines d’application de                                                                                                   SOLEIL
                               De nombreux scientifiques, industriels et acteurs                                        La brillance de la source permet en particulier de diminuer :
                                                                                                                            • La taille de l’échantillon analysé
                               sociétaux couvrant un large ensemble d’activités
                                                                                                                                (exemple : nanotechnologie)
                               de recherche fondamentale ou appliquée, sont                                                 • Le seuil de détection de certaines mesures
                               intéressés par les qualités du rayonnement                                                       (exemple : dosage de traces de polluants)
                                                                                                                            • Le temps d’analyse de l’échantillon
                               produit à SOLEIL.                                                                                (exemple : suivi d’une réaction chimique
                                                                                                                                ultra-rapide)
                                                  Biotechnologies
                                                      Biologie

                                                                                                                        En recherche fondamentale :
                                                                                   Parachimie
                                                                                     Chimie                                 • Physique, chimie, sciences des matériaux
                                                                                                                            • Biologie, sciences de la Terre et de l’atmosphère
                                                                                                                            • Astrophysique.
                                                                                                     Electronique
                                                                                                       Physique
                                  Géophysique
                                  Métallurgie                                                                           En recherche appliquée :
                                                                                                                            • Pharmacie, cosmétologie,




                                                                                                                                                                                        ©T.Prangé & N.Colloc’h LURE/Caen
                                           Médecine
                                           Pharmacie
                                                                                                                              agroalimentaire
                                                                                                Science des matériaux
                                                             Sciences de l’environnement             Mécanique              • Matériaux, électronique
                                                               Patrimoine, Archéologie
                                                                                                                              et télécommunications,
                                          Les principaux domaines d’application de SOLEIL
       ©P.Dumas LURE/SOLEIL




                                                                                                                              transport et énergie
                                                                                                                            • Environnement, patrimoine
                                          Image chimique des lipides dans                                                     culturel, santé publique,
                                          une coupe de cheveu obtenue                                                                                        Structure 3D de l’urate
                                          par microscopie infrarouge                                                          défense nationale.             oxydase obtenue par
                                                                                                                                                             diffraction des rayons X



   Contact Recherche Appliquée : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05
Contact Recherche Fondamentale : frederique.fraissard@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 96 52
LIGA : unun procédéde fabrication de micro-objets dede haute précision
                                                                        LIGA : procédé de fabrication de micro-objets haute précision
                                                                         utilisant le
                                                                          utilisant le        rayonnement synchrotron
                                                                                              rayonnement synchrotron
                                                                        Basé sur le principe du pochoir, le LIGA permet                    3.Du métal est électro-déposé
                                                                                                                                             autour de la résine, donnant une
                                                                        la production en série de micro-objets ayant
                                                                                                                                             réplique métallique négative de
                                                                        une taille comprise entre quelques microns                           la structure en résine.
                                                                        et quelques millimètres.                                           4. Cette réplique métallique peut
                                                                                                                                              à son tour être utilisée comme




                                                                                                                                                                                  ©LURE
                                                                        Les étapes du procédé LIGA*                                           moule pour fabriquer des micro-
                                                                        1. Un faisceau de rayons X durs imprime une résine de                 objets en série, à partir de divers
                                                                                                                                                                                          Engrenage de micro-moteur
                                                                           polymère (épaisseur de l’ordre d’un demi millimètre),              matériaux (polymères, céramiques).          “actionné” par une fourmi

                                                                           sur laquelle a été disposé un masque dont la géométrie
                                            ©AXSUN Technologies Inc.




                                                                                                                                           Les principaux avantages du LIGA par rapport aux autres
                                                                           correspond à celle des micro-objets à fabriquer. On
                                                                                                                                           procédés de micro-fabrication :
                                                                           obtient une gravure sur toute l’épaisseur de la résine.
                                                                                                                                             • Les microstructures obtenues ont des parois
                                                                        2. Les parties non protégées par le masque sont dissoutes par
                                                                                                                                               parfaitement verticales et lisses
                                                                           un solvant approprié, laissant apparaître un moule en résine.
                                                                                                                                             • Le facteur de forme (rapport hauteur / largeur de
         Aligneurs pour micro-lentilles
                                                                                                                                               l’objet) est élevé et peut aller jusqu’à 100
                                                                                                                                             • Il est possible de réaliser des micro-objets de formes
                                                                                                                                               complexes, isolés ou constitutifs d’une structure massive
                                                                                                                                             • Les micro-objets sont fabriqués dans des matériaux
                           Principales étapes du                                                                                               variés : polymères, métaux, alliages et céramiques
                                   procédé LIGA

                                                                                                                                           Les domaines d’application du LIGA :
*LIGA : acronyme allemand de Lithographie
Galvanoformung Abformung (Lithographie
                                                                                                                                           Micro-électronique, micro-optique, industrie de la défense,
Electroformage Moulage en français)
                                                                                                                                           micro-fluidique, micro-robotique, biotechnologies, santé.

                     Contact LIGA : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr
                                   ou tél.: 01 69 35 90 05
Microscopie imagerie moléculaire
                                   Microscopie et et imagerie moléculaire
                                   dans le domaine de de l'infrarouge
                                    dans le domaine l’infrarouge

                                                                                                   La spectroscopie infrarouge permet la reconnaissance de groupements
                                                                                                   moléculaires (fonctions chimiques et/ou liaisons caractéristiques entre deux
                                                                                                   atomes) grâce à leurs absorptions spécifiques dans ce domaine de longueur




                                                                                                                                                                                                                                                 ©M.Cotte et al, analytica Chimica Acta, 2005, in press
                                                                                                   d’onde.
                                                                                                                                                                                                       Zone analysée par spectro-microscopie
                                                                                                                                                                                                       infrarouge. Le rectangle blanc
                                                                                                                                                                     Tube
                                                                                                                                                                                                       représente la zone analysée et le carré
                                                                                                                                                                     rempli de
                                                                                                                                                                                                       blanc représente la taille du faisceau,
                                                                                                                                                                     cosmétique
                                                                                                                                                                                                       soit la taille de chaque pixel où
                                                                                                                                                                     égyptien
                                                                                                                                                                                                       se font les acquisitions.

                                                                                                                                                       A)                         B)

                                                                                                                                                                                                       Images chimiques obtenues sur la zone
                                                                                                                                                                                                       étudiée de l’échantillon.
                                                                                                                                                                                                       A) cartographie des liaisons CH
                                                                                                                                                                                                          (chaînes alkyls)
                                                                                                                                                                                                       B) cartographie des liaisons CO2–
                                                                                                                                                                                                          (carboxylates)
                                                                                                                                                                                                       C) cartographie d’un composé minéral
                             1) Identification de la partie de
                                                                                                2) Sélection des zones à analyser et du pas de
                                  l’échantillon à analyser                                                                                          Exemple : analyse de la composition chimique de cosmétiques antiques égyptiens
                                                                                                 déplacement de l’échantillon sur la platine


                                                                                                                                                    Cette étude permet donc de remonter à la structure d’une
                                                                                                                                                    molécule ou/et de déterminer la présence d’une molécule
                                                                                                                                                    dans un échantillon.
                                               ©P. Dumas, LURE




                                                                 4) L’échantillon est alors déplacé du pas                                          La combinaison de la spectroscopie infrarouge avec une
                                                                  sélectionné et un nouveau spectre est
                                                                 enregistré et ainsi de suite sur toute la
                                                                      zone de l’échantillon à étudier
                                                                                                                                                    platine de déplacement permet d’établir la cartographie
                                                                                                                                                    des fonctions chimiques sur l’échantillon étudié.
              5) Le pic d’absorption correspondant à
                  la fonction recherchée est alors                                                                                                  Le rayonnement synchrotron permet une résolution
                 sélectionné afin d’obtenir l’image
              (la hauteur du pic est proportionnelle
                       à la quantité présente)                                                                     3) Enregistrement d’un spectre   spatiale de 3 µm - contre seulement 10 µm pour une
                                                                                                                         par point d’analyse
                                                                                                                                                    source classique.
             Les étapes successives de l’obtention d’une image (exemple d’expérience menée sur la ligne MIRAGE au LURE)


Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr
                                 tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
Applicationdes rayons X X
                                                    Application des rayons
                                                        Après interaction avec la matière, les rayons X peuvent être diffractés, absorbés ou réémis selon
                                                        différents phénomènes comme la fluorescence.
                                                        Diffraction X appliquée à la biologie                                                               Fluorescence X appliquée à l’environnement : exemple
                                                        Connaître la fonction des protéines est un des enjeux de la                                         du piégeage du zinc par un débris végétal au contact
                                                        biologie moderne. La fonction dépend de la complexité de                                            d’un fragment de déchet industriel.
                                                        la structure atomique. On peut la déterminer en utilisant                                           Comme le fait la cartographie en Racine de maïs à proximité
                                                                                                                                                                                                  d’un déchet industriel
                                                        la diffraction des rayons X très intenses produits par les                                          spectroscopie infrarouge pour
                                                        synchrotrons.                                                                                       caractériser les différentes liaisons
                                                                                                                                                            chimiques, la cartographie en fluo-
                          Cristal de protéine                                               Spectre de la lumière                                           rescence X représente, elle, les
                                                                                                                                                            pics d’émission caractéristiques des
                                                                                                                                                            éléments chimiques.
                                                                                                                                                            En se calant sur la raie d’émission
                                                                                                                                                            par fluorescence du zinc, on
                                                        2- Afin d’obtenir une figure de diffraction exploitable, la longueur d’onde de la lumière envoyée
                                                                   sur le cristal doit être du même ordre de grandeur que la taille des atomes
                                                                                                                                                            obtient la figure ci-contre qui
1- Après avoir été isolée et purifiée,
                                                                                      soit de 10–10 m. C'est le domaine des rayons X.                       montre que le déchet est extrême-
la protéine est cristallisée. Ces premières
étapes sont longues et délicates.                                                                                                                           ment riche en zinc (la couleur sature,
                                                                                                                                                            en blanc) et que ce métal est en train
                                                                                                                   Cliché de diffraction




                                                                                                                                                                                                                            ©Van Oort, INRA
                                                                                                                                                            de pénétrer dans la racine.
                                                Modélisation d’un fragment de
                                                protéine tracé par
                                                                                                                                                            Ce type d’étude devient essentiel pour
                                                sa densité électronique                                                                                     le diagnostic ou la mise en place de
                                                4- Le traitement mathématique                                                                               stratégie d’assainissement de sites Distribution du zinc dans
©E.Girard, IBS/Grenoble




                                                des données permet d’atteindre
                                                                                                                                                                                                        une racine
                                                la carte de densité électronique
                                                à partir de laquelle, il est
                                                                                                                                                            pollués.
                                                possible de modéliser
                                                la structure de la protéine.
                                                                                                   3- Afin d’obtenir les informations suffisantes pour
                                                                                                   reconstituer la molécule en trois dimensions, on fait
                                                                                                    pivoter le cristal sur lui-même et on enregistre des
                                                                                                             centaines de clichés de diffraction.


                                                                                                 Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr
                                                                                                                                  tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
Rétrospective…
                                                                                                                                                                   Le site sous la neige,
                                                                                                                                                                            janvier 2002


                        Rétrospective…
                                                                                                                                 Sortie de ligne                                            Empreinte du Synchrotron,
                                                                                                                                                                                                          juillet 2003
                                                                                            Poutre où sont alignés
                                                                                            les aimants

                                    Bobine de l’onduleur HU640




                                                                                                                                                     Cryomodule                                                           Fin des fondations,
                                                                                                                                                     de l’anneau                                                                 janvier 2004
                                                                                                                                                     de stockage




Onduleur HU256
                                                                                    Onduleur HU640
                                                                                                                                                                      LINAC
                                                      Dipôle du booster




                                                                                                                                  Quadrupôles




                                                                                                                     Sextupôle




                                                                                   Dipôle de l’anneau
                                                                                          de stockage                                                                                   Pose de la charpente, juin 2004




                                                                                                                                                   Pose de la toiture, juin 2004




                 Vue aérienne du 1er juin 2005

                                                                                                                                                    Contact Service Communication :
                                                 Vue aérienne du 28 février 2005
                                                                                                                                 L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin, BP48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex
                                                                                                                                           tél. : 01 69 35 90 20 - www.synchrotron-soleil.fr

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Exposition : Des millards de photons pour explorer la matière

  • 1. Des Des milliards dede photons milliards photons pour explorer la matière pour explorer la matière Contact Service Communication : L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin, BP48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex tél. : 01 69 35 90 20 - www.synchrotron-soleil.fr
  • 2. Des milliardsphotons Des milliards de de photons explorer la matière pour explorer la matière pour SOLEIL, la source française de rayonnement Les performances de ce rayonnement électromagnétique (brillance et gamme spectrale s’étendant des infrarouges synchrotron fournira, dès début 2007, aux aux rayons X) ouvrent de nouvelles perspectives pour communautés scientifiques et industrielles, une sonder la matière. Ce très grand équipement de recherche lumière aux caractéristiques exceptionnelles. accueillera chaque année plus de 2000 utilisateurs issus de domaines aussi variés que la biologie, la chimie, la science des matériaux, l’environnement, la physique, les sciences de la Terre ou le patrimoine culturel et l’archéologie. © Atelier d’architecture Chaix & Morel associés Vue en 3D du Synchrotron SOLEIL Photo aérienne du chantier du Synchrotron, prise le 1er juin 2005 CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE MINISTÈRE DE LA RECHERCHE
  • 3. Diffuserconnaissance scientifique :scientifique Diffuser la la connaissance mission une mission de SOLEIL une de SOLEIL Le public est maintenant accueilli à SOLEIL Au programme des visites : diaporama, maquettes et ateliers d'expériences centrées sur le thème « interactions lumière - dans un bâtiment dédié à l'information matière » en attendant de pouvoir visiter le Synchrotron scientifique et technique. lui-même, lorsque le chantier sera terminé. Le public vient à SOLEIL, mais SOLEIL se déplace aussi : Fête Fête de la Science 2003 de la Science, forums, conférences grand public, avec des outils variés : brochures, expositions itinérantes, site internet, CD ROM... De nombreux outils péda- gogiques, comme les mal- lettes, traitant de thèmes liés à la lumière, au rayon- nement synchrotron et à ses applications, sont gra- tuitement mis à disposition des enseignants et de tous ceux qui le souhaitent. La Villette 2004 La Villette 2005 Pour commander gratuitement les outils pédagogiques : http://www.synchrotron-soleil.fr/francais/scolaires/ Contact pour toute visite : webmail@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 22
  • 4. Des faisceaux de photons Des faisceaux de photons explorer la matière pour explorer la matière pour SOLEIL est une machine constituée de 3 parties A chaque courbure imposée à leur trajectoire - dans les dipôles ou les (2 accélérateurs et 1 anneau de stockage onduleurs magnétiques -, ils émet- d’électrons) dont le but est de produire un tent des photons : le rayonnement rayonnement électromagnétique caractéristique synchrotron. appelé « lumière synchrotron ». Capté en différents points de l’an- neau, le rayonnement synchrotron Les électrons accélérés jusqu’à une énergie de 100 MeV est sélectionné et exploité dans les dans le LINAC (accélérateur linéaire), sont transférés dans le lignes de lumière, chacune étant Booster (accélérateur circulaire) qui monte leur énergie dédiée à une technique d’analyse jusqu’à 2,75 GeV. Injectés dans l’anneau de stockage, les de la matière : cristallographie, spec- Progression des performances électrons ont alors une vitesse proche de celle de la lumière troscopie et imagerie, diffraction et des sources de rayonnement X en un siècle et sont concentrés en un faisceau du diamètre d’un cheveu. diffusion, absorption, microscopie… Dipôle SOLEIL a été conçu pour que le rayonnement émis réponde à toutes les exigences techniques des utilisateurs : brillance, stabili- té, gamme de longueur d’onde, polarisation … Brillance sur onduleur, wiggler ou Onduleur aimant de courbure Schéma de principe Contact Division Sources et Accélérateurs : sabine.podgorny@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 98 05
  • 5. 24 lignes de lumière pour exploiter 24 lignes de lumière pour exploiter le rayonnement synchrotron le rayonnement synchrotron Le rayonnement synchrotron est une lumière équipe de chercheurs et d’ingénieurs, chaque ligne est un véritable laboratoire qui possède un ou plusieurs grands blanche, 10 000 fois plus intense que la lumière domaines d’application (domaines scientifiques, secteurs solaire et composée de toutes les longueurs industriels, enjeux sociétaux). SOLEIL aura ouvert 24 lignes d’ondes depuis l'infrarouge jusqu'aux rayons de lumière à l’horizon 2010 et pourra en accueillir jusqu’à 43. X en passant par le visible. Une ligne de lumière est formée de 3 cabines successives : 1. la cabine optique : les dispositifs optiques Prélevé tout autour de l’anneau de stockage, le sélectionnent dans la lumière synchrotron, les rayonnement synchrotron se propage dans caractéristiques recherchées pour l’expérience : les lignes de lumière. Animée par sa propre longueur d’onde ou gamme de longueur d’onde, taille du faisceau, polarisation… 2. la cabine d’expérience : la lumière interagit ©M.Krumrey, ESRF avec l’échantillon étudié 3. la station de travail : les chercheurs contrôlent Visualisation du rayonnement synchrotron par ionisation les paramètres de de l’air l’expérience, collectent et commencent à traiter les données obtenues. Schéma d’une ligne de lumière Les différentes lignes de lumière de SOLEIL Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
  • 6. Une forte ouverture vers vers l'industrie Une forte ouverture l’industrie etet les grands les grandsenjeux de société enjeux de société SOLEIL est en relation avec les entreprises Les techniques et procédés employés à SOLEIL couvrent la plupart des et les acteurs de grands enjeux sociétaux : besoins d'analyse et de caractérisa- environnement, patrimoine culturel, tion de matériaux pour la recherche, ©M. Er Rafik, LPS-Orsay santé publique… le développement ou le contrôle de qualité, de métrologie, de fabrication (micro-objets, nouvelles molécules actives) voire de développement bio- Fragment de modèle atomique d’un filament de médical. kératine (diamètre 7,5 nm) ©E.Boller et P.Cloetens, ESRF ©J. Doucet, LURE Les principales applications concernent de nombreux secteurs industriels : pharmacie, cosmétiques, agro- alimentaire, chimie, matériaux, électronique et télécom- Comparaison de diagrammes de diffraction des rayons X de deux poudres pharmaceutiques munications, transport, énergie, défense et certains Image en 3D du polystyrène (mousse) obtenue par tomographie grands enjeux de société (santé publique, environnement, patrimoine culturel et archéologie, police scientifique…). ©Guimaraes BG et al, Institut ©F.Farges - SLS/SOLEIL Modalités d’accès et de séjours, règles de partenariat et de confidentialité, accueil et conseil, tout est déjà mis en place Pasteur à SOLEIL pour faciliter l’utilisation de la lumière aux acteurs Structure d’une protéine de la bactérie responsable de la tuberculose : Vue intérieure de la Sainte Chapelle (Paris). Ses de l’industrie et des enjeux sociétaux. à la recherche des cibles pour les vitraux font actuellement l’objet d’études sur nouveaux médicaments synchrotron Contact Relations Industrielles et Grands Enjeux de Société : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05
  • 7. Les domaines d’application de SOLEIL Les domaines d’application de SOLEIL De nombreux scientifiques, industriels et acteurs La brillance de la source permet en particulier de diminuer : • La taille de l’échantillon analysé sociétaux couvrant un large ensemble d’activités (exemple : nanotechnologie) de recherche fondamentale ou appliquée, sont • Le seuil de détection de certaines mesures intéressés par les qualités du rayonnement (exemple : dosage de traces de polluants) • Le temps d’analyse de l’échantillon produit à SOLEIL. (exemple : suivi d’une réaction chimique ultra-rapide) Biotechnologies Biologie En recherche fondamentale : Parachimie Chimie • Physique, chimie, sciences des matériaux • Biologie, sciences de la Terre et de l’atmosphère • Astrophysique. Electronique Physique Géophysique Métallurgie En recherche appliquée : • Pharmacie, cosmétologie, ©T.Prangé & N.Colloc’h LURE/Caen Médecine Pharmacie agroalimentaire Science des matériaux Sciences de l’environnement Mécanique • Matériaux, électronique Patrimoine, Archéologie et télécommunications, Les principaux domaines d’application de SOLEIL ©P.Dumas LURE/SOLEIL transport et énergie • Environnement, patrimoine Image chimique des lipides dans culturel, santé publique, une coupe de cheveu obtenue Structure 3D de l’urate par microscopie infrarouge défense nationale. oxydase obtenue par diffraction des rayons X Contact Recherche Appliquée : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05 Contact Recherche Fondamentale : frederique.fraissard@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 96 52
  • 8. LIGA : unun procédéde fabrication de micro-objets dede haute précision LIGA : procédé de fabrication de micro-objets haute précision utilisant le utilisant le rayonnement synchrotron rayonnement synchrotron Basé sur le principe du pochoir, le LIGA permet 3.Du métal est électro-déposé autour de la résine, donnant une la production en série de micro-objets ayant réplique métallique négative de une taille comprise entre quelques microns la structure en résine. et quelques millimètres. 4. Cette réplique métallique peut à son tour être utilisée comme ©LURE Les étapes du procédé LIGA* moule pour fabriquer des micro- 1. Un faisceau de rayons X durs imprime une résine de objets en série, à partir de divers Engrenage de micro-moteur polymère (épaisseur de l’ordre d’un demi millimètre), matériaux (polymères, céramiques). “actionné” par une fourmi sur laquelle a été disposé un masque dont la géométrie ©AXSUN Technologies Inc. Les principaux avantages du LIGA par rapport aux autres correspond à celle des micro-objets à fabriquer. On procédés de micro-fabrication : obtient une gravure sur toute l’épaisseur de la résine. • Les microstructures obtenues ont des parois 2. Les parties non protégées par le masque sont dissoutes par parfaitement verticales et lisses un solvant approprié, laissant apparaître un moule en résine. • Le facteur de forme (rapport hauteur / largeur de Aligneurs pour micro-lentilles l’objet) est élevé et peut aller jusqu’à 100 • Il est possible de réaliser des micro-objets de formes complexes, isolés ou constitutifs d’une structure massive • Les micro-objets sont fabriqués dans des matériaux Principales étapes du variés : polymères, métaux, alliages et céramiques procédé LIGA Les domaines d’application du LIGA : *LIGA : acronyme allemand de Lithographie Galvanoformung Abformung (Lithographie Micro-électronique, micro-optique, industrie de la défense, Electroformage Moulage en français) micro-fluidique, micro-robotique, biotechnologies, santé. Contact LIGA : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05
  • 9. Microscopie imagerie moléculaire Microscopie et et imagerie moléculaire dans le domaine de de l'infrarouge dans le domaine l’infrarouge La spectroscopie infrarouge permet la reconnaissance de groupements moléculaires (fonctions chimiques et/ou liaisons caractéristiques entre deux atomes) grâce à leurs absorptions spécifiques dans ce domaine de longueur ©M.Cotte et al, analytica Chimica Acta, 2005, in press d’onde. Zone analysée par spectro-microscopie infrarouge. Le rectangle blanc Tube représente la zone analysée et le carré rempli de blanc représente la taille du faisceau, cosmétique soit la taille de chaque pixel où égyptien se font les acquisitions. A) B) Images chimiques obtenues sur la zone étudiée de l’échantillon. A) cartographie des liaisons CH (chaînes alkyls) B) cartographie des liaisons CO2– (carboxylates) C) cartographie d’un composé minéral 1) Identification de la partie de 2) Sélection des zones à analyser et du pas de l’échantillon à analyser Exemple : analyse de la composition chimique de cosmétiques antiques égyptiens déplacement de l’échantillon sur la platine Cette étude permet donc de remonter à la structure d’une molécule ou/et de déterminer la présence d’une molécule dans un échantillon. ©P. Dumas, LURE 4) L’échantillon est alors déplacé du pas La combinaison de la spectroscopie infrarouge avec une sélectionné et un nouveau spectre est enregistré et ainsi de suite sur toute la zone de l’échantillon à étudier platine de déplacement permet d’établir la cartographie des fonctions chimiques sur l’échantillon étudié. 5) Le pic d’absorption correspondant à la fonction recherchée est alors Le rayonnement synchrotron permet une résolution sélectionné afin d’obtenir l’image (la hauteur du pic est proportionnelle à la quantité présente) 3) Enregistrement d’un spectre spatiale de 3 µm - contre seulement 10 µm pour une par point d’analyse source classique. Les étapes successives de l’obtention d’une image (exemple d’expérience menée sur la ligne MIRAGE au LURE) Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
  • 10. Applicationdes rayons X X Application des rayons Après interaction avec la matière, les rayons X peuvent être diffractés, absorbés ou réémis selon différents phénomènes comme la fluorescence. Diffraction X appliquée à la biologie Fluorescence X appliquée à l’environnement : exemple Connaître la fonction des protéines est un des enjeux de la du piégeage du zinc par un débris végétal au contact biologie moderne. La fonction dépend de la complexité de d’un fragment de déchet industriel. la structure atomique. On peut la déterminer en utilisant Comme le fait la cartographie en Racine de maïs à proximité d’un déchet industriel la diffraction des rayons X très intenses produits par les spectroscopie infrarouge pour synchrotrons. caractériser les différentes liaisons chimiques, la cartographie en fluo- Cristal de protéine Spectre de la lumière rescence X représente, elle, les pics d’émission caractéristiques des éléments chimiques. En se calant sur la raie d’émission par fluorescence du zinc, on 2- Afin d’obtenir une figure de diffraction exploitable, la longueur d’onde de la lumière envoyée sur le cristal doit être du même ordre de grandeur que la taille des atomes obtient la figure ci-contre qui 1- Après avoir été isolée et purifiée, soit de 10–10 m. C'est le domaine des rayons X. montre que le déchet est extrême- la protéine est cristallisée. Ces premières étapes sont longues et délicates. ment riche en zinc (la couleur sature, en blanc) et que ce métal est en train Cliché de diffraction ©Van Oort, INRA de pénétrer dans la racine. Modélisation d’un fragment de protéine tracé par Ce type d’étude devient essentiel pour sa densité électronique le diagnostic ou la mise en place de 4- Le traitement mathématique stratégie d’assainissement de sites Distribution du zinc dans ©E.Girard, IBS/Grenoble des données permet d’atteindre une racine la carte de densité électronique à partir de laquelle, il est pollués. possible de modéliser la structure de la protéine. 3- Afin d’obtenir les informations suffisantes pour reconstituer la molécule en trois dimensions, on fait pivoter le cristal sur lui-même et on enregistre des centaines de clichés de diffraction. Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.fr tél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
  • 11. Rétrospective… Le site sous la neige, janvier 2002 Rétrospective… Sortie de ligne Empreinte du Synchrotron, juillet 2003 Poutre où sont alignés les aimants Bobine de l’onduleur HU640 Cryomodule Fin des fondations, de l’anneau janvier 2004 de stockage Onduleur HU256 Onduleur HU640 LINAC Dipôle du booster Quadrupôles Sextupôle Dipôle de l’anneau de stockage Pose de la charpente, juin 2004 Pose de la toiture, juin 2004 Vue aérienne du 1er juin 2005 Contact Service Communication : Vue aérienne du 28 février 2005 L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin, BP48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex tél. : 01 69 35 90 20 - www.synchrotron-soleil.fr