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La Suisse a participé à la création d'un laser XXL en Allemagne

Zürich, 01.09.2017

 

Le plus grand laser à rayons X au monde, inauguré vendredi en Allemagne, va permettre d'observer l'infiniment petit. Il permettra également des percées scientifiques pluridisciplinaires en décortiquant le fonctionnement d'atomes, de virus ou de processus chimiques. La Suisse a participé au projet.

Le centre de recherche au budget de 1,5 milliard d'euros financé par 11 pays européens a été présenté en grande pompe à Hambourg. Avec ce laser à rayons X, "nous pouvons regarder très loin dans le micro-monde, le nano-monde, le monde des atomes et des molécules et étudier des choses que nous pouvions pas connaître avant", a déclaré vendredi la ministre allemande de la Recherche, Johanna Wonka.

La Suisse a fait partie du projet européen XFEL depuis ses débuts. Elle a participé à raison de 1,5 % du coût total de construction du laser, qui se monte à 1,22 milliard d'euros.

La majorité de ce financement suisse est utilisé dans les composants de haute technologie qui sont développés à l'Institut Paul Scherrer (PSI) près de Baden (AG), pour le projet European XFEL. Parmi ceux-ci: des détecteurs, ainsi qu'un système servant à vérifier la position des faisceaux électroniques. La Suisse participe également à 1,5% des frais d'exploitation.

La présence russe lors de cette journée d'inauguration était par ailleurs notable en ces temps de tensions géopolitiques: Moscou, deuxième bailleur du programme (27%) derrière Berlin (58%), a ainsi dépêché Andreï Foursenko, proche conseiller scientifique du président Vladimir Poutine.

Au total, 800 invités ont découvert l'installation située dans un complexe de 3,4 km de long avec des tunnels s'enfonçant jusqu'à 38 mètres de profondeur sous la grande ville portuaire du nord de l'Allemagne et la région voisine du Schleswig-Holstein.

27'000 flashs

Le caractère exceptionnel du Laser européen à électrons libres et à rayons X (X-Ray Free Electron Laser, XFEL) peut se résumer en un chiffre: 270000 flashs par seconde. A comparer aux 120 émis par le laser américain du même type (LCLS) et aux 60 générés par le SACLA au Japon.

Selon les responsables du projet, cette cadence ultra-rapide permettra de photographier "des virus à l'échelle atomique, (de) déchiffrer la composition moléculaire des cellules, (de) prendre des images en trois dimensions du nanomonde, et (d')étudier des procédés similaires à ceux qui se produisent à l'intérieur des planètes".

Il "va permettre de voir de plus petits détails et processus jamais observés encore dans le nanomonde", explique Robert Feidenhans, président du conseil d'administration de European XFEL. Selon Johanna Wonka, "il y aura des applications très concrètes, par exemple développer des médicaments personnalisés contre les tumeurs ou les virus, ou tester la pureté des matériaux".

"Jusqu'à présent, les scientifiques connaissent de nombreux processus chimiques et biologiques par leur résultat. Un peu comme un fan de football qui prend connaissance d'un match qu'il a manqué", résume M. Feidenhans.

"Maintenant, vous pouvez voir le jeu et vous pouvez l'analyser", explique-t-il. "Le jeu, ça peut être un processus chimique ou biologique (...) Le principe est le même: vous voulez voir le match". Selon lui, la compétition est "forte entre les chercheurs pour obtenir du temps de faisceau" à mesure qu'il montera en puissance.

3D et films

Car ce laser pourrait par exemple permettre des avancées dans les traitements de maladies en cartographiant des virus, déterminer les défauts de résistance de matériaux de construction, ou expliquer des processus du noyau de notre planète.

Concrètement, ce laser de quatrième génération avec son accélérateur linéaire (et non en anneau) génère des électrons qui sont accélérés et refroidis à l'hélium à -271 degrés Celsius. Ils montent ensuite progressivement à de très hauts niveaux d'énergie.

Les électrons effectuent alors une course à travers des onduleurs dont les aimants les contraignent à effectuer une sorte de slalom très serré. Ils émettent alors des photons et le phénomène va "s'auto-amplifier".

A la fin du parcours, les chercheurs disposent de flashes de rayons X très courts et très intenses qui, lorsqu'ils rencontrent de la matière, produisent des images à une vitesse d'obturation de l'ordre du milliardième de seconde. Elles peuvent ensuite être rassemblées en un cliché 3D ou montées en film.