AFC_cristal
En France:
L’ILL (Institut Laue-Langevin) est la source européenne de neutrons installée à Grenoble. Il abrite un réacteur produisant un très haut flux de neutrons pour la recherche scientifique. Géré par la France, l’Allemagne et le Royaume-Uni en partenariat avec 11 autres pays, il met à la disposition des utilisateurs 40 instruments spécialisés. L’appel à propositions se fait généralement deux fois par an.
Le LLB (Laboratoire Léon Brillouin) est le laboratoire français spécialisé dans les activités scientifiques autour de la diffusion de neutrons. Son réacteur Orphée s’est arrêté en octobre 2019 mais il continue à gérer un instrument à l’ILL et est impliqué dans la construction de 6 instruments pour ESS (European Spallation Source) pour l’étude de matériaux et de systèmes biologiques et d’une partie de l’environnement échantillon mis en commun sur tous les instruments.- Les instruments CRG français au nombre de 6 (IN22, IN12, D1B, D23, SHARP et IN13) sont des instruments hébergés à l’ILL et gérés par différents laboratoires (LLB, Institut Néel, IRIG/MEM) réunis dans la Fédération Française de Diffusion Neutronique 2FDN. La 2FDN lance un appel à propositions sur les instruments français deux fois par an.
- Les projets français pour le futur de la neutronique sont détaillés dans la feuille de route de la neutronique française et impliquent la construction de nouveaux instruments français hébergés à l’ILL et dans d’autres sources européennes et à la construction d’une source de neutrons alternative (basée sur un accélérateur).
En Europe (cliquez sur une installation pour en savoir plus):
Trouvez plus d'information dans le rapport très détaillé de l'ESRFI (2016).
La Résonance magnétique nucléaire (RMN) est couramment utilisée dans beaucoup de laboratoires. Si les spectromètres à bas champs sont des appareils de routine, l’accès à des champs magnétiques plus intenses a été facilité par la mise en place d’une infrastructure de Recherche RMN Très Hauts Champs, ou RMN-THC, ouverte à la communauté scientifique nationale et internationale. Ce réseau décentralisé sur 7 laboratoires de recherche (CBMN-IECB Bordeaux – IBS Grenoble – ICSN Gif sur Yvette – UCCS-UGSF Lille – ISA-CRMN Lyon – CEMHTI Orléans – LBM-ENS Paris), a pour but de répondre au mieux aux attentes scientifiques des communautés d'utilisateurs et aux experts de la spectroscopie RMN. Le réseau couvre un large domaine d'applications en biologie, chimie, physique, et sciences de l'Univers…
Au niveau international, la France est bien placée en détenant deux spectromètres 950 MHz, un spectromètre 1 GHz ainsi que des équipements uniques. La position de leadership de la France sera renforcée par l'acquisition d'un spectromètre 1,2 GHz à Lille.
Pour plus d’informations consultez le site
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- les synchrotrons - en France et en Europe
- les XFELs (X-ray Free Electron Laser)
Les XFELS
Les lasers à électrons libres (X-FEL) sont de nouvelles sources de rayons X qui produisent des impulsions de rayons X de très courtes durées de l’ordre de la femtoseconde avec une brillance instantanée remarquable jusqu’à 1 milliard de fois plus grande que celle des sources synchrotron de dernière génération. La courte durée des impulsions permet l’étude de réactions chimiques complexes et ultra-rapides sur des objets très sensibles aux rayons X.
Le principe des sources X-FEL repose sur un accélérateur linéaire suivi d’un onduleur très long. Il y a donc, contrairement à une installation synchrotron, peu de stations expérimentales (3 lignes et 6 instruments à Eu-XFEL par exemple). Ceci rend l’attribution de temps de faisceau extrêmement compétitive. Les expériences sur les sources XFEL sont généralement réalisées par la collaboration d'un grand nombre de scientifiques provenant de plusieurs laboratoires différents.
Le premier X-FEL européen a été inauguré le 1er septembre 2017, près de Hambourg en Allemagne. Onze pays ont participé à sa construction, pour un budget total de 1,2 milliard d'euros. En France, le CEA et le CNRS ont joué un rôle de premier plan dans la conception et la construction de l'accélérateur supraconducteur à électrons, au cœur de cette nouvelle infrastructure de recherche internationale.
Liste des FEL en Europe (rayons X durs et mous)
- PSI Swiss-FEL, Villigen, Suisse
- FERMI, Trieste, Italie
- DESY- FLASH, Hambourg, Allemagne
- European-XFEL, Hambourg, Allemagne
- MAX IV, Lund, Suède
- POLFEL, Poland
L'European XFEL proche de Hambourg (crédit image: Desy)
Le réseau CNRS GDRi XFEL-Science a pour but de développer la communauté française autour des sources laser à électrons libres et de renforcer sa visibilité nationale et internationale. Il vise également à aider au montage de collaboratiosn permettant de demander du temsp de faisceau.
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Les synchrotrons
La France possède deux installations de rayonnement synchrotron sur son territoire :
SOLEIL (Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire du LURE) implanté sur le plateau de Saclay à St Aubin (Essonne). 
ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) implanté à Grenoble (Isère). L’ESRF est une installation européenne et la France contribue à 25% de son budget de fonctionnement. La participation française est gérée conjointement par le CNRS et le CEA.
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Les synchrotrons SOLEIL à gauche et ESRF à droite (crédit images: SOLEIL, ESRF)
Ces deux centres de recherche ont pour vocation première la mise à disposition des utilisateurs d’un faisceau de lumière sur différentes lignes spécialisées dans des domaines particuliers (spectroscopies, diffraction, hautes pressions, bio-cristallographie …). Il existe aujourd’hui 29 lignes de lumière ouvertes à SOLEIL réparties le long de l’anneau de stockage (354 m de circonférence, énergie des électrons 2,75 GeV). Les accélérateurs, des lignes de lumière et de l’infrastructure de SOLEIL seront renovés ('upgrade'), 20 ans après l’ouverture de SOLEIL et qui est prévue en 2 étapes de 5 ans d'ici 2030. À l’ESRF ce sont 48 (49 si on compte le Cryo-EM !) lignes de lumière qui sont ouvertes aux utilisateurs autour d’un anneau de 844 m de circonférence (énergie des électrons 6 GeV).
La France opère cinq lignes de lumière à l’ESRF qui fonctionnent sous forme de CRG (Collaborating Research Group). Pour ces lignes F-CRG 1/3 du temps de faisceau est géré par l’ESRF (voir ci-dessous) et 2/3 est géré par la communauté française (en l’occurrence via le système de gestion de SOLEIL. Voir ci-dessous).
Les demandes de temps de faisceau se font 2 fois par an :
- Pour l’ESRF : 1 mars et 10 septembre via cette page.
- Pour SOLEIL et les F-CRG : 15 février et 15 septembre via cette page.
Plusieurs accès complémentaires et hautement sélectifs sont a priori possibles:
- Par un projet de recherche standard : conçu par des chercheurs en relation avec un responsable de ligne et soumis en réponse à un appel émis par le grand instrument, généralement de façon semestrielle. La faisabilité de l’expérience est en premier lieu examinée par le responsable de la ligne concernée. La demande est ensuite évaluée du point de vue scientifique par un comité de programme qui classe l’ensemble des demandes et propose à la direction une liste classée de projets à retenir par ligne de lumière pour une attribution de temps de faisceau durant le semestre suivant. Un même projet peut combiner plusieurs lignes de lumière ainsi que de nombreux environnements spécifiques (haute pression, haute ou basse température, contraintes mécaniques ... etc. ...). À l’issue de l’expérience, les utilisateurs doivent impérativement rédiger un rapport, le dépôt de ce rapport est une condition nécessaire à l’éventuelle nouvelle obtention de temps de faisceau via un autre projet qui peut être une continuation du projet précédent ou concerner tout autre chose.
- Par un projet BAG (Block Allocation Group), également évalué par un comité de programme, comprenant un regroupement de chercheurs pour une attribution de temps de faisceau pour un nombre d'heures fixes utilisables durant une période d’un ou deux ans. Les expériences bénéficiant de cet accès nécessitent des temps de faisceau plus courts et sont réalisées dans des conditions expérimentales uniformisées avec des modes d’enregistrement fortement automatisés. Ce mode d’accès au faisceau est celui privilégié par les chercheurs en biologie structurale qui criblent en général durant quelques heures un très grand nombre de cristaux. Chaque BAG est géré par une équipe de chercheurs qui rassemble des spécialistes issus de quelques laboratoires et les mesures sont réalisées sous la responsabilité d’un ou plusieurs scientifiques de cette équipe. En biologie structurale, l’appel à projet a lieu la deuxième semaine de septembre pour l’attribution de temps de faisceau à SOLEIL (lignes PX1, PX2 et SWING) et à l’ESRF (lignes ID23-1, ID23-2, ID29, ID30a1, ID30a3, ID30b, BM29). La mise en place de BAG spécifiques pour la cyoEM à l’ESRF (ligne CM01) sera en place dès la rentrée de septembre 2020.
- Par un accès rapide: la plupart des sources synchrotron et de neutrons proposent des accès rapides qui permettent de tester la faisabilité de l’expérience envisagée ou la qualité des échantillons à étudier. Il s’agit d’un mode d’accès très limité qui ne peut concerner que très peu de mesures qui seront toujours d’une faible durée.
- Par un accès payant, les résultats issus des projets standards ou des BAG doivent impérativement conduire à la publication des résultats dans la littérature scientifique. Certains travaux, souvent menés par des entreprises de droits privés sont confidentiels et ne donneront pas lieu à publication. La plupart des grands instruments ont mis en place pour ce type de cas, un mode d’accès payant. L’entreprise ou l’organisme achète alors du temps de faisceau et est propriétaire des données et responsable de leur utilisation.
- Par un projet de longue durée: certains grands instruments (l’ESRF par exemple) proposent des accès de longue durée qui s’étendent typiquement sur trois ans et concernent des projets scientifiques de haut niveau qui impliquent un ensemble de sessions expérimentales réparties tout au long de la période concernée et, en général, sur plusieurs lignes de lumière. Les critères d’attribution de ces projets de longue durée reposent sur l’excellence scientifique, les retombées (équipements, ressources humaines…) pour l’instrument et l’existence d’un avantage clair pour la communauté scientifique (développement de nouvelles méthodes par exemple).
À noter que si l'accès par dépôt de projets standards est la voie très majoritaire d’accès aux grands instruments, les projets BAG qui sont d’usage commun en biologie structurale peuvent aussi être utilisés dans d’autres domaines (chimie structurale, science des matériaux etc.). Par exemple, la ligne de lumière CRISTAL du synchrotron SOLEIL a mis en place ce type d’accès pour des expériences de diffraction. Ainsi, dans le contexte de la chimie structurale et de la science des matériaux, des projets nécessitant individuellement peu de temps de faisceau peuvent être regroupés dans un projet plus global du type BAG. Cela concerne essentiellement des mesures des intensités diffractées par des échantillons polycristallins ou des monocristaux en vue de la détermination et de l'affinement de la structure cristalline. Ces demandes sont au préalable évaluées par le réseau des métiers ЯÉCIPROCS (fonctionnement BAG-ЯECIPROCS ici) qui les propose par la suite à l’un des comités de programme de SOLEIL.
Quel que soit le mode d’accès à la source de rayonnement concernée, l’obtention de temps de faisceau s’inscrit dans un contexte compétitif. Le taux de succès au dépôt de projet est exprimé souvent par son inverse, on parle de « la pression » qui correspond au rapport du nombre de projets déposés sur le nombre de projets acceptés. Sur la plupart des lignes synchrotron cette pression est au moins égale à 2 et assez souvent nettement supérieure à cette valeur. Elle est probablement actuellement un peu plus faible pour les sources de neutrons, mais le principe est le même. Il faut comprendre que très peu de projets sont vraiment hors sujet ou irréalistes, la compétition se déroule donc entre des projets qui dans leur grande majorité sont pertinents. Dans cette situation, il est impératif que la question scientifique que l’on souhaite traiter soit très clairement explicitée et mise au regard des travaux qui portent sur le sujet étudié. De même, la pertinence des expériences proposées doit être démontrée et ceci peut être illustré à l’aide de mesures préliminaires réalisées notamment en laboratoire. Les chercheurs qui portent le projet doivent de plus montrer leur aptitude à extraire des expériences proposées des résultats scientifiques qui seront publiés. D’une manière générale, il s’agit de persuader les rapporteurs que les mesures proposées vont permettre d’éclairer une problématique scientifique importante et qu’elles sont nécessaires à la progression de la connaissance dans le domaine concerné. Les nouveaux expérimentateurs sont fortement encouragés à se rapprocher pour la rédaction de leurs projets de chercheurs habitués à utiliser ces équipements. De nombreux membres de l’AFC ont une grande habitude de l’utilisation de ces sources. Une aide complémentaire peut être donnée dans certains cas par les membres de l'axe Grands Instruments de l'AFC via ce formulaire.
Trouvez les synchrotrons ailleurs en Europe sur la carte ci-dessous - cliquez sur un lieu pour avoir plus d'informations.
Trouvez plus d'information sur le site "The catalogue of European Lightsources".
Il est possible sous certaines conditions de faire prendre en charge la mission d’utilisateurs français sur des installations synchrotron européennes : http://www.calipsoplus.eu/.
Grâce à leurs performances exceptionnelles, les infrastructures de recherche partagées par les scientifiques permettent de mener des avancées remarquables dans de nombreux domaines. L’ampleur des enjeux scientifiques et technologiques, ainsi que les coûts de construction et d’exploitation de ces infrastructures, requièrent une collaboration et des moyens humains et financiers importants, très souvent internationaux. Le ministère de lʼEnseignement supérieur, de la Recherche et de lʼInnovation distingue quatre types d’infrastructures selon leur caractère national ou international, leur mode de gouvernance et leur soutien budgétaire :
- les organisations internationales (OI) fondées sur une convention intergouvernementale,
- les très grandes infrastructures de recherche (TGIR) relevant d’une stratégie gouvernementale (c’est le cas des installations synchrotron ESRF et SOLEIL, du laser à électrons libres E-XFEL, des sources de neutrons ILL et ESS ou encore de l’accélérateur GANIL). Consultez ici l'information officielle du gouvernement sur les TGIR.
- les infrastructures de recherche (IR) mises en oeuvre directement par le CNRS et ses partenaires (c’est le cas du réseau de microscopes électroniques et sondes atomiques METSA et du réseau d’installation RMN). Consultez ici l'information du CNRS concernant les IR.
- les projets n’ayant pas encore atteint leur pleine maturité.
La science moderne utilise des très grandes infrastructures de recherche dont les coûts impliquent nécessairement une utilisation mutualisée à un niveau national voire international. La cristallographie a dés le début du XXème siècle utilisé des sources de rayonnement pour déterminer la structure atomique et c’est donc très naturellement qu’elle s’appuie sur les TGIRs (Très Grandes Infrastructures de Recherche) pour l'étude de la structure et de la microstructure de la matière:
- Rayons X: les installations de rayons X
- Neutrons: les installations de neutrons
- Noyaux atomiques: les installations RMN (Résonance Magnétique Nucléaire)
- Électrons: les microscopes électroniques en transmission
Si vous avez une question relative au montage d'un projet pour l'accès à un de ces grands instruments, vous pouvez utiliser ce formulaire. Un membre-expert du Conseil d'Administration de l'Association Française de Cristallographie vous guidera dans vos démarches.