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.

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