Les installations de rayons X : synchrotrons

 

L’année 2020 voit la mise en route du nouvel anneau de l’installation synchrotron ESRF nommé EBS (Extremely Bright Source). La nouvelle structure de l’accélérateur va permettre une augmentation très significative (un facteur 100) de la brillance et du flux cohérent grâce à la diminution de la taille horizontale de la source. La grande majorité des synchrotrons dans le monde ont des programmes de mise à niveau visant à tirer profit de ce nouveau type de source, parfois nommé « synchrotron de 4^ème génération.

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.