Brillance pour la recherche de pointe
La place scientifique suisse s'est enrichie d'une grande installation : le laser à rayons X à électrons libres SwissFEL a été mis en service hier au PSI. L'installation promet également aux chercheurs de l'ETH de leur donner un aper?u de processus jusqu'ici cachés au niveau moléculaire et atomique.
Après trois ans et demi de travaux, le laser à électrons libres SwissFEL ("Swiss Free Electron Laser") a été solennellement inauguré hier à l'Institut Paul Scherrer (PSI), en présence du président de la Confédération suisse Johann Schneider-Ammann. Il s'agit d'un accélérateur d'électrons qui produit des flashs de rayons X très brillants, c'est-à-dire extrêmement intenses et extrêmement courts, avec des propriétés de laser.
Des processus ultra-rapides comme dans les films
Le SwissFEL se trouve dans un tunnel de 740 mètres de long et se compose de quatre parties : Dans l'injecteur, la première partie, les électrons sont produits et pré-accélérés. Un accélérateur linéaire amène ensuite les électrons à l'énergie nécessaire. Les onduleurs, c'est-à-dire des aimants à polarité alternée, forcent les électrons à suivre une trajectoire en forme de serpent dans la troisième partie. Au cours de ce slalom, les électrons produisent la lumière des rayons X, dont les rayons sont dirigés vers les postes de mesure de la quatrième partie. Les chercheurs des hautes écoles ou de l'industrie peuvent y réaliser des expériences.
Galerie d'images
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L'injecteur avec la source d'électrons génère les électrons. (Image : PSI/Markus Fischer) -
Dans les onduleurs, des aimants forcent les électrons à suivre une trajectoire de slalom. (Photo : PSI/Markus Fischer) -
Le SwissFEL se trouve à proximité immédiate du PSI. (Image : PSI/Markus Fischer)
Les impulsions ultrabrillantes et ultracourtes de lumière X permettent de rendre visibles des modifications de courte durée de structures atomiques et moléculaires. Des processus ultra-rapides, qui se déroulaient jusqu'à présent dans l'ombre, peuvent en quelque sorte être suivis pas à pas, comme dans un film. C'est une dimension totalement nouvelle, explique Marco Stampanoni, professeur d'imagerie par rayons X à l'ETH Zurich.
Avec son équipe, il a jusqu'à présent principalement travaillé à la Source de Lumière Synchrotron Suisse (SLS) au PSI : "Une seule impulsion de rayons X à la SwissFEL dure 10 à 30 femtosecondes et correspond à un temps d'exposition d'environ une seconde à la SLS. Cela ouvre des possibilités entièrement nouvelles à notre recherche". Alors qu'auparavant, l'examen à haute résolution d'échantillons était limité parce que le temps d'exposition relativement long entra?nait des dommages dus au faisceau, la nouvelle installation permet désormais de dépasser cette limite physique : "Avec le SwissFEL, tant de photons frappent l'échantillon en si peu de temps que celui-ci peut être examiné très précisément avant qu'il ne le remarque pour ainsi dire et ne soit détruit".
Premiers projets pilotes en 2017
Gr?ce au SwissFEL, il est désormais possible de répondre à des questions ouvertes, et pas seulement dans le domaine de l'imagerie par rayons X et de la microscopie. La nouvelle installation sera également pertinente pour suivre des réactions chimiques ou expliquer la structure exacte des matériaux. Laura Heyderman, professeure de systèmes mésoscopiques à l'ETH Zurich, aimerait utiliser le SwissFEL pour étudier les processus ultra-rapides dans les aimants à l'échelle micro et nanométrique et pour aller au fond des phénomènes lors des transitions de phase. "Ces connaissances pourraient nous aider à développer de nouveaux matériaux magnétiques pour des supports de stockage plus performants", explique la spécialiste des matériaux.
Jusqu'à présent, ce type de recherche n'était possible que dans quelques installations dans le monde. Gr?ce au SwissFEL, la communauté des chercheurs dispose désormais d'un total de 5000 heures de mesure supplémentaires par an. Les premiers projets pilotes de ce que l'on appelle les Expert-Users seront réalisés en 2017 afin de tester l'interaction des différents composants. Du c?té de l'ETH, les idées pour l'utilisation de SwissFEL ne manquent pas. "Pour moi, la question est de savoir où se situent les limites de l'imagerie à rayons X", explique Stampanoni. "Dans quelle mesure le SwissFEL peut-il soutenir la radiographie classique ? Et sera-t-il même possible de représenter des cellules vivantes en trois dimensions ?" C'est précisément ce genre de questions que le spécialiste en radiologie souhaite maintenant étudier avec son équipe sur la nouvelle installation.