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Première exposition institutionnelle de SOLEIL, cette série de 12 panneaux présente le synchrotron SOLEIL sous toutes ses facettes : son fonctionnement, ses applications, ses missions ... Complétée par les mallettes pédagogiques et la documentation SOLEIL, il s'agit d'une exposition qui peut préparer ou suive une visite de ce très grand instrument de recherche.
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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 milliards de photonspour explorer la matière
Des milliards de photonspour explorer la matière
Des milliards de photonspour explorer la matière
CENTRE NATIONALDE LA RECHERCHESCIENTIFIQUE
MINISTÈREDE LA RECHERCHE
Des milliards de photonspour explorer la matière
SOLEIL, la source française de rayonnement
synchrotron fournira, dès début 2007, aux
communautés scientifiques et industrielles, une
lumière aux caractéristiques exceptionnelles.
Les performances de ce rayonnement électromagnétique
(brillance et gamme spectrale s’étendant des infrarouges
aux rayons X) ouvrent de nouvelles perspectives pour
sonder la matière. Ce très grand équipement de recherche
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.
Photo aérienne du chantier duSynchrotron, prise
le 1er juin 2005
Vue en 3D du Synchrotron SOLEIL
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Diffuser la connaissance scientifiqueune mission de SOLEIL
Diffuser la connaissance scientifique :
une mission de SOLEIL
Le public est maintenant accueilli à SOLEIL
dans un bâtiment dédié à l'information
scientifique et technique.
Au programme des visites : diaporama, maquettes et ateliers
d'expériences centrées sur le thème « interactions lumière -
matière » en attendant de pouvoir visiter le Synchrotron
lui-même, lorsque le chantier sera terminé.
Le public vient à SOLEIL, mais SOLEIL se déplace aussi : Fête
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.
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
Fête de la Science 2003
La Villette 2005La Villette 2004
Des faisceaux de photons pour explorer la matière
Des faisceaux de photons pour explorer la matière
SOLEIL est une machine constituée de 3 parties
(2 accélérateurs et 1 anneau de stockage
d’électrons) dont le but est de produire un
rayonnement électromagnétique caractéristique
appelé « lumière synchrotron ».
Les électrons accélérés jusqu’à une énergie de 100 MeV
dans le LINAC (accélérateur linéaire), sont transférés dans le
Booster (accélérateur circulaire) qui monte leur énergie
jusqu’à 2,75 GeV. Injectés dans l’anneau de stockage, les
électrons ont alors une vitesse proche de celle de la lumière
et sont concentrés en un faisceau du diamètre d’un cheveu.
Brillance sur onduleur, wiggler ouaimant de courbure
Schéma de principe
Dipôle
Progression des performancesdes sources de rayonnement X
en un siècle
Onduleur
A chaque courbure imposée à leur
trajectoire - dans les dipôles ou les
onduleurs magnétiques -, ils émet-
tent des photons : le rayonnement
synchrotron.
Capté en différents points de l’an-
neau, le rayonnement synchrotron
est sélectionné et exploité dans les
lignes de lumière, chacune étant
dédiée à une technique d’analyse
de la matière : cristallographie, spec-
troscopie et imagerie, diffraction et
diffusion, absorption, microscopie…
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 …
Contact Division Sources et Accélérateurs : sabine.podgorny@synchrotron-soleil.frou tél.: 01 69 35 98 05
24 lignes de lumière pour exploiter le rayonnement synchrotron
Le rayonnement synchrotron est une lumière
blanche, 10 000 fois plus intense que la lumière
solaire et composée de toutes les longueurs
d’ondes depuis l'infrarouge jusqu'aux rayons
X en passant par le visible.
Prélevé tout autour de l’anneau de stockage, le
rayonnement synchrotron se propage dans
les lignes de lumière. Animée par sa propre
équipe de chercheurs et d’ingénieurs, chaque ligne est un
véritable laboratoire qui possède un ou plusieurs grands
domaines d’application (domaines scientifiques, secteurs
industriels, enjeux sociétaux). SOLEIL aura ouvert 24 lignes
de lumière à l’horizon 2010 et pourra en accueillir jusqu’à 43.
Une ligne de lumière est formée de 3 cabines successives :
1. la cabine optique : les dispositifs optiques
sélectionnent dans la lumière synchrotron, les
caractéristiques recherchées pour l’expérience :
longueur d’onde ou gamme de longueur d’onde,
taille du faisceau, polarisation…
2. la cabine d’expérience : la lumière interagit
avec l’échantillon étudié
3. la station de travail :
les chercheurs contrôlent
les paramètres de
l’expérience, collectent
et commencent à traiter
les données obtenues. Schéma d’une ligne de lumière
Visualisation du rayonnementsynchrotron par ionisation
de l’air
24 lignes de lumière pour exploiterle rayonnement synchrotron
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
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Une forte ouverture vers l'industrieet les grands enjeux de société
SOLEIL est en relation avec les entreprises
et les acteurs de grands enjeux sociétaux :
environnement, patrimoine culturel,
santé publique…
Les techniques et procédés employés
à SOLEIL couvrent la plupart des
besoins d'analyse et de caractérisa-
tion de matériaux pour la recherche,
le développement ou le contrôle de
qualité, de métrologie, de fabrication
(micro-objets, nouvelles molécules
actives) voire de développement bio-
médical.
Les principales applications concernent de nombreux
secteurs industriels : pharmacie, cosmétiques, agro-
alimentaire, chimie, matériaux, électronique et télécom-
munications, transport, énergie, défense et certains
grands enjeux de société (santé publique, environnement,
patrimoine culturel et archéologie, police scientifique…).
Modalités d’accès et de séjours, règles de partenariat et de
confidentialité, accueil et conseil, tout est déjà mis en place
à SOLEIL pour faciliter l’utilisation de la lumière aux acteurs
de l’industrie et des enjeux sociétaux.
Image en 3D du polystyrène (mousse) obtenue par tomographie
Une forte ouverture vers l’industrieet les grands enjeux de société
Comparaison de diagrammes de diffraction desrayons X de deux poudres pharmaceutiques
Vue intérieure de la Sainte Chapelle (Paris). Sesvitraux font actuellement l’objet d’études sur synchrotron
Structure d’une protéine de la bactérie responsable de la tuberculose :à la recherche des cibles pour les nouveaux médicaments
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Fragment de modèle atomique d’un filament dekératine (diamètre 7,5 nm)
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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 SOLEILLes domaines d’application de SOLEIL
De nombreux scientifiques, industriels et acteurs
sociétaux couvrant un large ensemble d’activités
de recherche fondamentale ou appliquée, sont
intéressés par les qualités du rayonnement
produit à SOLEIL.
La brillance de la source permet en particulier de diminuer :• La taille de l’échantillon analysé
(exemple : nanotechnologie)• Le seuil de détection de certaines mesures
(exemple : dosage de traces de polluants)• Le temps d’analyse de l’échantillon
(exemple : suivi d’une réaction chimiqueultra-rapide)
En recherche fondamentale :• Physique, chimie, sciences des matériaux • Biologie, sciences de la Terre et de l’atmosphère• Astrophysique.
En recherche appliquée :• Pharmacie, cosmétologie,
agroalimentaire• Matériaux, électronique
et télécommunications, transport et énergie
• Environnement, patrimoineculturel, santé publique, défense nationale.
Image chimique des lipides dansune coupe de cheveu obtenuepar microscopie infrarouge
Les principaux domaines d’application de SOLEIL
Structure 3D de l’urateoxydase obtenue par diffraction des rayons X
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Contact Recherche Appliquée : philippe.deblay@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 90 05Contact Recherche Fondamentale : frederique.fraissard@synchrotron-soleil.fr ou tél.: 01 69 35 96 52
BiotechnologiesBiologie
ParachimieChimie
ElectroniquePhysique
Science des matériauxMécaniqueSciences de l’environnement
Patrimoine, Archéologie
MédecinePharmacie
GéophysiqueMétallurgie
LIGA : un procédé de fabrication de micro-objets de haute précision
utilisant le rayonnement synchrotronLIGA : un procédé de fabrication de micro-objets de haute précision
utilisant le rayonnement synchrotronBasé sur le principe du pochoir, le LIGA permet
la production en série de micro-objets ayant
une taille comprise entre quelques microns
et quelques millimètres.
Les étapes du procédé LIGA*1.Un faisceau de rayons X durs imprime une résine de
polymère (épaisseur de l’ordre d’un demi millimètre), sur laquelle a été disposé un masque dont la géométrie correspond à celle des micro-objets à fabriquer. On obtient une gravure sur toute l’épaisseur de la résine.
2.Les parties non protégées par le masque sont dissoutes parun solvant approprié, laissant apparaître un moule en résine.
3.Du métal est électro-déposé autour de la résine, donnant une réplique métallique négative de la structure en résine.
4.Cette réplique métallique peut à son tour être utilisée commemoule pour fabriquer des micro-objets en série, à partir de divers matériaux (polymères, céramiques).
Les principaux avantages du LIGA par rapport aux autresprocédés de micro-fabrication :
• Les microstructures obtenues ont des parois parfaitement verticales et lisses
• Le facteur de forme (rapport hauteur / largeur de 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 matériauxvariés : polymères, métaux, alliages et céramiques
Les domaines d’application du LIGA :
Micro-électronique, micro-optique, industrie de la défense,
micro-fluidique, micro-robotique, biotechnologies, santé.
Aligneurs pour micro-lentilles
*LIGA : acronyme allemand de Lithographie
Galvanoformung Abformung (Lithographie
Electroformage Moulage en français)
Engrenage de micro-moteur “actionné” par une fourmi
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Principales étapes duprocédé LIGA
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Contact LIGA : philippe.deblay@synchrotron-soleil.frou tél.: 01 69 35 90 05
Microscopie et imagerie moléculaire dans le domaine de l'infrarouge
Microscopie et imagerie moléculaire dans le domaine de 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
d’onde.
Cette étude permet donc de remonter à la structure d’unemolécule ou/et de déterminer la présence d’une moléculedans un échantillon.La combinaison de la spectroscopie infrarouge avec uneplatine de déplacement permet d’établir la cartographiedes fonctions chimiques sur l’échantillon étudié. Le rayonnement synchrotron permet une résolution spatiale de 3 µm - contre seulement 10 µm pour unesource classique.
Les étapes successives de l’obtention d’une image (exemple d’expérience menée sur la ligne MIRAGE au LURE)
1) Identification de la partie de l’échantillon à analyser
2) Sélection des zones à analyser et du pas de déplacement de l’échantillon sur la platine
3) Enregistrement d’un spectre par point d’analyse
4) L’échantillon est alors déplacé du passélectionné et un nouveau spectre estenregistré et ainsi de suite sur toute la
zone de l’échantillon à étudier
5) Le pic d’absorption correspondant àla fonction recherchée est alors
sélectionné afin d’obtenir l’image (la hauteur du pic est proportionnelle
à la quantité présente)
Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.frtél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
Tube rempli de cosmétiqueégyptien
Zone analysée par spectro-microscopieinfrarouge. Le rectangle blanc représente la zone analysée et le carréblanc représente la taille du faisceau,soit la taille de chaque pixel où se font les acquisitions.
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
A) B)
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Exemple : analyse de la composition chimique de cosmétiques antiques égyptiens
Application des rayons XApplication des rayons X
Diffraction X appliquée à la biologieConnaître la fonction des protéines est un des enjeux de labiologie moderne. La fonction dépend de la complexité dela structure atomique. On peut la déterminer en utilisant la diffraction des rayons X très intenses produits par lessynchrotrons.
Fluorescence X appliquée à l’environnement : exempledu piégeage du zinc par un débris végétal au contactd’un fragment de déchet industriel.Comme le fait la cartographie enspectroscopie infrarouge pour caractériser les différentes liaisons chimiques, la cartographie en fluo-rescence X représente, elle, les pics d’émission caractéristiques des éléments chimiques.En se calant sur la raie d’émissionpar fluorescence du zinc, onobtient la figure ci-contre quimontre que le déchet est extrême-ment riche en zinc (la couleur sature,en blanc) et que ce métal est en trainde pénétrer dans la racine.Ce type d’étude devient essentiel pourle diagnostic ou la mise en place destratégie d’assainissement de sites pollués.
Après interaction avec la matière, les rayons X peuvent être diffractés, absorbés ou réémis selon
différents phénomènes comme la fluorescence.
Cristal de protéine Spectre de la lumière
Cliché de diffraction
Modélisation d’un fragment deprotéine tracé par sa densité électronique
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1- Après avoir été isolée et purifiée, la protéine est cristallisée. Ces premièresétapes sont longues et délicates.
2- Afin d’obtenir une figure de diffraction exploitable, la longueur d’onde de la lumière envoyéesur le cristal doit être du même ordre de grandeur que la taille des atomes
soit de 10–10 m. C'est le domaine des rayons X.
3- Afin d’obtenir les informations suffisantes pourreconstituer la molécule en trois dimensions, on faitpivoter le cristal sur lui-même et on enregistre des
centaines de clichés de diffraction.
4- Le traitement mathématiquedes données permet d’atteindrela carte de densité électroniqueà partir de laquelle, il est possible de modéliser la structure de la protéine.
Contact Division Expériences : sandrine.vasseur@synchrotron-soleil.fr ou sylvie.koguc@synchrotron-soleil.frtél.: 01 69 35 96 14 ou tél.: 01 69 35 96 13
Racine de maïs à proximitéd’un déchet industriel
Distribution du zinc dansune racine
Rétrospective…Rétrospective…
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
Le site sous la neige, janvier 2002
Empreinte du Synchrotron, juillet 2003
Fin des fondations, janvier 2004
Pose de la charpente, juin 2004
Pose de la toiture, juin 2004
Vue aérienne du 28 février 2005
Vue aérienne du 1er juin 2005
Sortie de ligne
Cryomodule de l’anneau de stockage
LINAC
Quadrupôles
Sextupôle
Dipôle de l’anneaude stockage
Dipôle du booster
Onduleur HU256
Poutre où sont alignésles aimants
Onduleur HU640
Bobine de l’onduleur HU640
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