Les rayonnements synchrotron et X-FEL au ЯÉCIPROCS (10-2021)

ЯÉCIPROCS - le RÉseau des Chercheurs et ITA Professionnels de la Cristallographie Structurale - a organisé grâce au soutien de l’INP et du service formation du CNRS (SFIP), une école portant sur les rayonnements synchrotron et X-FEL, réunissant une trentaine de participants et neuf formateurs. Comme toutes les rencontres de ce réseau, l’ambiance décontractée a permis des échanges passionnés et enrichissants entre les participants et les enseignants. Cette semaine intense (pas moins de 24h de cours et de tutoriaux) a contribué à renforcer encore cette communauté à la fois solidaire et ouverte, et désireuse de développer ses compétences. Cette édition s’est éloignée des thématiques abordées habituellement par le réseau en s’intéressant presque exclusivement aux ordres locaux.

Marco Cammarata (ESRF, Grenoble) a inauguré cette session en nous présentant le principe de l’X-FEL ainsi qu’une comparaison très éclairante avec les rayonnements synchrotron. M. Cammarata, qui a d’ailleurs eu la charge de débuter les trois premières journées de l’ANF, a brillamment réussi à transmettre son enthousiasme pour un domaine ne concernant actuellement qu’une communauté d’une dizaine de personnes en France. Il a poursuivi les jours suivants son exposé en illustrant par de nombreux exemples d’application du X-FEL comme par exemple une transition de phases dans des nanocristaux de Ti₃O₅, l’étude de phonons ou encore le suivi en temps réel du mouvement des atomes et ce grâce à la résolution temporelle propre du faisceau de RX.

Valérie Briois (SOLEIL, Gif-sur-Yvette) a ensuite expliqué avec beaucoup de pédagogie les techniques d’absorption XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) et EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure). En partant de la règle de Fermi, elle a réussi l’exploit de nous faire comprendre étape par étape, chaque terme de la très longue formule générale de l’EXAFS. Puis la deuxième partie du cours de Valérie Briois, ainsi que le tutoriel sur les applications Athena et Artemis (du logiciel DEMETER) - animé corps et âme par Carmelo Prestipino (ISCR, Rennes) - nous ont permis de comprendre les informations que l’on peut obtenir à partir d’un spectre d’EXAFS et comment y parvenir.

Le jour suivant, Amélie Juhin (IMPMC, Paris) a introduit les approches théoriques pour les calculs de spectroscopies (en particulier en XANES). Avec beaucoup de fluidité et de clarté, elle a expliqué l’intérêt des différentes méthodes et comment choisir la meilleure approche selon l’étude. Elle a conclu sa présentation en explicitant les différentes techniques : XAS, XPS, XAS, RIXS,… afin de nous permettre de saisir pleinement leurs distinctions et complémentarités.

Une petite pause le mercredi après-midi nous a donné l’occasion de profiter d’un soleil radieux. Ce n’était pas la visite des marais salants attendues, mais les organisateurs ont magnifiquement improvisé en laissant le choix aux participants entre la visite d’un aquarium ou une balade à vélo le long de l’océan (voire encore pour certains de la course à pied…).

Le jeudi Yves Joly (Institut Néel, Grenoble), dans la continuité d’Amélie Juhin, nous initia à la simulation ab initio de spectres d’absorption X à travers la prise en main du logiciel FDMNES dont il est l’auteur et des différentes méthodes disponibles (différences finies ou diffusion multiple).

Puis l’analyse de la structure locale par PDF (Pair Distribution Function ou diffusion totale) a été brillamment expliquée par Ella Schmidt (Inorganic Chemistry Laboratory, Oxford), qui nous a ensuite montré le logiciel DISCUS (un logiciel très utile pour le calcul ou l’affinement de PDF) : de son installation à une utilisation poussée.

Dans la soirée, Jacques-Phillippe Colletier (IBS, Grenoble) a pris le temps, entre 2 mesures à l’ESRF, de nous présenter l’apport du X-FEL pour la biologie. L’objectif ultime serait de ne plus avoir besoin de cristalliser les protéines pour leur caractérisation structurale et de n’avoir qu’une simple injection des protéines dans le faisceau à réaliser. Même si ce Graal n’est pas atteint, Jacques-Philippe nous a révélé un domaine en plein développement. Les enjeux passionnants, comme la caractérisation de bactéries capables de tuer spécifiquement les larves de moustiques, ont permis de capter l’attention de l’auditoire jusqu’à une heure avancée.

Arkadiy Simonov (Materials Department, Zürich), lors de la dernière matinée, a abordé le sujet des défauts cristallins et de la diffusion diffuse, dans le cas des monocristaux. Les conditions de mesure, la méthodologie pour les analyses ainsi que les exemples d’application ont été parfaitement détaillés, et nous ont permis de comprendre la thématique dans sa globalité. Le tutoriel sur le logiciel YELL (dont il est l’auteur) qui a suivi a été un moment très didactique, grâce aussi à la réactivité et à la patience d’Ella Schmidt et d’Arianna Minelli (Goodwin Group,Oxford) qui répondait aux questions des participants. Un grand merci à eux 3.

En plus de ces sessions scientifiques, d’autres interventions ont ponctuées l’ANF. Le premier jour, les sponsors (Rigaku, Bruker, Dectris et Quantum Design) ont eu l’occasion de présenter les nouveautés de leur catalogue.

Le deuxième jour s’est tenue l’assemblée générale du réseau. Elle a débuté par un bilan des négociations entre l’INIST et l’ICSD initiées par le réseau et en cours concernant l’accès à la base de données Powder Diffraction File (fournie par l’ICSD : International Centre for Diffraction Data).  Le point marquant de l’année écoulée est l’intégration de ЯÉCIPROCS à la plateforme des réseaux de la MITI. Les actions réalisées par les différents groupes de travail ont été évoquées, et le comité de pilotage (ou Copil) du réseau doit se réunir prochainement pour établir la charte du réseau, définir ses statuts, etc. L’AG s’est conclue avec la liste des prochains événements impliquant le réseau comme la formation CCDC à Versailles en satellite de l’ECM33 (33th European Crystallographic Meeting – du 23 au 27 août 2022) et éventuellement l’IMA (International Mineralogical Association) à Lyon (18 au 22 juillet 2022).

Le jeudi, Pierre Fertey (Soleil, Gif-sur-Yvette) nous a présenté la ligne Cristal dont il est le responsable : les équipements de la ligne, des exemples d’analyses ainsi que les évolutions récentes et les perspectives. Les modalités d’accès par exemple viennent de s’enrichir de l’option « mail-in ». Grâce à la mise en place d’un passeur d’échantillon robotisé, une nuit par mois sera consacrée à des analyses à température ambiante pour des poudres en capillaire. Il faut contacter Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. pour vérifier la faisabilité des mesures et obtenir plus de détails sur la démarche à suivre.

Pour conclure, ce superbe et très ambitieux programme sur les rayonnements synchrotron et X-FEL a su enthousiasmer les participants, alors que les thématiques abordées étaient très novatrices pour la plupart d’entre nous. Et nous attendons avec une grande impatience la prochaine ANF qui devrait concerner la diffraction électronique !

Pour ЯÉCIPROCS : Sophie Nowak (plateforme Rayons X, Université de Paris)