E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility)

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L'E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility), ou Installation européenne de rayonnement synchrotron, est située à l'entrée de Grenoble, au confluent du Drac et de l'Isère.

Synchrotron, Grenoble

Photographie : Synchrotron, Grenoble

Le synchrotron (European Synchrotron Radiation Facility) implanté à Grenoble est un centre de recherche européen de haut niveau depuis les années 1990. 

Crédits : M. Lachenal

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L'idée de la mise en place de ce synchrotron remonte à l'année 1975 : le professeur H. Maier-Leibnitz, alors président de la Fondation européenne de la science, constitua un groupe de travail afin d'étudier la réalisation d'une source de rayonnement synchrotron couvrant toute la gamme des rayons X jusqu'à des longueurs d'onde de 0,01 nanomètre, soit 1 × 10—11 mètre (cf. rayons X).

Le 16 décembre 1988, une convention intergouvernementale est signée à Paris par douze pays européens : l'Allemagne, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, la Grande-Bretagne, l'Italie, la Norvège, les Pays-Bas, la Suède et la Suisse. Aux termes de cette convention intergouvernementale, l'Europe devait se doter de la plus puissante source de rayonnement synchrotron et des dispositifs expérimentaux associés. L'E.S.R.F., société civile de droit français, a été créée le 12 janvier 1989.

Fin 1992, la source a été mise en route et a atteint rapidement ses performances nominales. Les équipements ont été mis à la disposition des utilisateurs au début de 1994.

En 1998, 40 lignes de lumière ont été opérationnelles. En 2009, sept autres pays se sont associés à cette collaboration européenne : Portugal, Israël, Autriche, République tchèque, Pologne, Hongrie et Slovaquie. L'E.S.R.F. reçoit chaque année environ 6 000 scientifiques pour y réaliser des expériences dans des domaines très divers.

Histoire des sources de rayons X

C'est William David Coolidge qui a découvert le premier tube à rayons X. On a depuis lors beaucoup développé ce type de sources qui constituent, de nos jours encore, des outils puissants de laboratoire pour la recherche fondamentale, l'industrie et la médecine.

À l'époque, on avait déjà compris les mécanismes du rayonnement synchrotron comme l'une des conséquences des équations de Maxwell. En fait, depuis la création du monde, il existe dans l'espace des sources fonctionnant sur ce principe.

La première mise en évidence expérimentale d'une source du type synchrotron construite par l'homme remonte à 1947 (cf. synchrotron rayonnement). C'est en effet à cette date que l'on a extrait pour la première fois un rayonnement synchrotron par l'intermédiaire d'un miroir placé dans la chambre à vide de l'accélérateur d'électrons de 70 mégaélectronvolts du type synchrotron de la compagnie General Electric aux États-Unis.

Le principe du rayonnement synchrotron peut s'expliquer ainsi. Lorsque la trajectoire d'une particule chargée ultrarelativiste, c'est-à-dire se déplaçant à une vitesse très légèrement inférieure à la vitesse de la lumière, est courbée à la traversée d'un champ magnétique, la particule en question est freinée par le champ électromagnétique qu'elle crée elle-même en tant que charge en mouvement. Elle restitue à l'environnement cette énergie perdue sous forme de photons émis tangentiellement à sa trajectoire.

Les conditions pour produire en laboratoire un rayonnement synchrotron puissant, et en particulier l'obtention d'une vitesse des particules infiniment proche de la vitesse de la lumière, sont plus faciles à réunir avec des électrons, particules légères qui sont bien moins difficiles à accélérer que des protons.

À l'origine, le rayonnement synchrotron est juste un sous-produit des accélérateurs à haute énergie pour la physique des particules élémentaires. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, les sources de la première génération sont ces accélérateurs construits pour la physique des particules, puis délaissés par leurs premiers utilisateurs et reconvertis en sources de lumière synchrotron qu'utilisent de plus en plus de chercheurs pendant environ une décennie.

Vers 1975 apparaissent les premiers accélérateurs du type synchrotron construits pour les besoins spécifiques des utilisateurs du rayonnement. Les performances s'améliorent notablement avec ces machines de la deuxième génération, bien que l'on continue à utiliser exclusivement dans un premier temps le rayonnement émis à partir des aimants de courbure de l'accélérateur circulaire.

Dans les aimants de ces machines, l'énergie des photons émis est une fonction linéaire du champ magnétiqu [...]

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Synchrotron, Grenoble

Synchrotron, Grenoble
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Rayonnement dans un aimant wiggler

Rayonnement dans un aimant wiggler
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Jean-Louis LACLARE, « E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/european-synchrotron-radiation-facility/