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Des atomes et des hommes

Publié le : 10.12.2014, dernière mise à jour : 28.12.2015

Explorer les composants élémentaires de l'atome permet de comprendre les propriétés de la matière mais aussi de mieux connaître l'origine de notre univers. Les centaines de chercheurs et techniciens de l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (Irfu) au centre du CEA* à Saclay tentent de percer ces mystères. 

Détecteur ATLAS de l'accélérateur LHC situé à 100 mètres sous terre près de Genève. Il sonde les particules élémentaires issues des collisions entre protons.  © Cern

Détecteur ATLAS de l'accélérateur LHC situé à 100 mètres sous terre près de Genève. Il sonde les particules élémentaires issues des collisions entre protons. © Cern

ATLAS, l’un des deux détecteurs polyvalents de l'accélérateur LHC situé à 100 mètres sous terre près de Genève. Il sonde les particules élémentaires issues des collisions entre protons. Atlas fait 25 mètres de diamètre et pèse 7 000 tonnes

Accélérateur d’idées

"Pour être scientifique, il faut aimer comprendre et jouer". La simplicité apparente de Nathalie Besson physicienne à l’Irfu contraste avec la complexité de ses sujets d’étude. Cette spécialiste du boson Z, une particule élémentaire infiniment plus petite qu’un cheveu, est à Saclay depuis son doctorat. Basée en Essonne, elle mène ses recherches grâce au LHC**, un accélérateur de particules de 27 km de circonférence installé au Cern près de Genève. Dans cet immense anneau, les protons sont accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière. Elément majeur de cette installation de pointe, le détecteur Atlas conçu en grande partie au CEA de Saclay analyse les collisions de protons pour identifier les particules produites***. Etudier les millions de données obtenues, nécessite une utilisation intensive de l’informatique. En plus d’une connaissance pointue des lois de l’univers, Nathalie Besson doit concocter des programmes informatiques adaptés à chaque analyse.

Les allers-retours en Suisse et les échanges avec des chercheurs de près de 50 pays forment aussi le quotidien de la scientifique. Loin de l’image du savant enfermé dans son laboratoire, cette passionnée insiste sur l’ouverture au monde offerte par son métier. Avec des journées se prolongeant parfois jusqu’à tard en soirée, la convivialité est un ingrédient essentiel de la recherche. "Les théories scientifiques se nourrissent aussi des discussions dans les cantines et les cafeterias" note-t-elle non sans humour. Dans cette vie professionnelle bien remplie, elle prend encore le temps d’enseigner à l’Ecole centrale et d’encadrer des stagiaires, du collégien au thésard. En plus de cette fonction de recherche et d’enseignement, l’Irfu a pour particularité de concevoir et fabriquer lui-même des instruments d’observation.

Des outils sur mesure

Le Service des accélérateurs, de cryogénie et du magnétisme (SACM) a pour tâche de donner aux chercheurs des outils adaptés. Dans les 25 000 m² de sa plateforme Synergium, l’ambiance studieuse des bureaux des chercheurs cède la place à l’atmosphère empressée d’un atelier. Des éléments des accélérateurs de particules parmi les plus puissants au monde sont développés, testés et assemblés ici. L’aimant du détecteur Atlas installé au LHC du Cern a, par exemple, été conçu par les équipes du SACM...

Dans des "halls" à la hauteur conséquente trônent les sections de tubes et les pièces de cuivre de plusieurs mètres constituant ces machines à explorer la matière. Plus loin, dans un espace sous vide dépourvu de toute poussière, des techniciens en masques et blouses blanches assemblent méticuleusement chacune des pièces. Un peu à l’écart, des "casemates" de béton permettent de mesurer les performances en fonctionnement. Ces blocs de plusieurs mètres d’épaisseur protègent des rayonnements générés par des installations destinées à être enterrées à des dizaines de mètres sous terre.

De la recherche à l’industrie

En plus d’outils dédiés à la physique fondamentale, les trois unités de l’Irfu en charge de l’instrumentation développent des technologies utiles à la filière nucléaire et à l’imagerie médicale. Créé pour observer le comportement des matériaux des futures centrales à fusion nucléaire, l’accélérateur IFMIF-EVEDA destiné au Japon dans le cadre du projet ITER**** est en cours de réalisation à Saclay.


Sources de champs magnétiques très puissants sans perte d’énergie, les aimants supraconducteurs sont une autre spécialité locale. Leurs propriétés exceptionnelles ne sont obtenues qu’à très basses températures. "Ces espèces de marmites géantes servent à refroidir les aimants supraconducteurs grâce à de l’hélium liquide à - 296° C" commente Pierre Vedrine, responsable du SACM au cours de notre visite. C’est en ces lieux qu’a été conçu l’aimant Iseult, pièce maîtresse du futur IRM le plus puissant au monde qui sera installé dans le centre de neuro-imagerie Neurospin à quelques centaines de mètres de là.

Ce bref panorama montre à quel point l'infiniment petit étudié au centre CEA de Saclay bouleverse notre conception de l'univers mais aussi notre quotidien.


* Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives

** Large Hadron collider (en français Grand Collisionneur de Hadron)

*** Cet équipement a notamment contribué à la découverte du fameux boson de Higgs qui révolutionne notre compréhension des forces structurant la matière

**** International Thermonuclear Experimental Reactor

En complément

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Découvrez notre série sur le CEA de Saclay :

La cité de l'atome

Accompagner la filière nucléaire

>> Notre prochain article sera consacré à la plateforme de neuro-imagerie Neurospin

 

 

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