Décision prise pour le site du SwissFEL

Le PSI n’a pas opté pour la solution de facilité. Depuis 2006, il a étudié en détail 7 sites potentiels pour cette nouvelle installation de 800 mètres de longueur. En raison de l’extrême sensibilité du SwissFEL aux secousses et aux vibrations, on a écarté les sites les uns après les autres. Le seul site à rester en lice a finalement été celui de la région forestière de Würenlingen. Ce site répond également aux autres exigences posées pour l’installation : raccordement à l’infrastructure du PSI, une température de fonctionnement constante pour l’installation grâce au refroidissement par les eaux souterraines ayant de faibles fluctuations de température - des facteurs importants pour la précision du faisceau de rayons X au sein de l’installation – grâce au microclimat de la forêt.

Étant donné qu’une construction dans la forêt est en principe controversée, le PSI a d’emblée essayé d’inclure toutes les parties prenantes. Deux réunions d’informations ont eu lieu dans la commune à laquelle la forêt appartient et un groupe de travail a vu le jour. Ce dernier était non seulement composé d’experts du PSI, mais également de représentants du canton et de la commune de Würenlingen, du garde-chasse et garde forestier responsable, d’un architecte paysagiste et d’un bureau de conseils en écologie et en paysagisme. Ensemble, tous ces intervenants ont élaboré un concept avec pour objectif de minimiser la surface forestière à déboiser de manière temporaire et permanente, et de réduire les désagréments pour les personnes qui viennent se promener en forêt. On a également tenu compte de la gestion forestière et du passage du gibier. Un bilan matières équilibré semblait particulièrement important pour éviter la pénétration de néophytes dans la forêt. Suite à ces considérations, au mois de mai le PSI a été en mesure de présenter à la commission compétente du Grand Conseil un concept qui tenant compte des besoins de toutes les parties prenantes. Ainsi, l’installation sera presque entièrement recouverte de terre, donnant naissance à de nouveaux éléments paysagers de grande qualité écologique. La forêt abritant des chevreuils, des renards et des sangliers, doit également devenir un biotope pour les papillons diurnes, les abeilles sauvages, les reptiles et les amphibiens. Une lisière en dégradé, des espaces ouverts riches en fleurs, des plantes vivaces, des haies, des arbres pionniers, doivent favoriser la création de ces biotopes tout comme la présence d’étangs, de tas de pierres et de rhizomes. La forêt bénéficiera alors globalement d’une valorisation au profit de la flore et de la faune, mais également des hommes qui viennent se ressourcer en forêt.

La question du prélèvement des eaux souterraines pour le refroidissement du SwissFEL a été étudiée avec beaucoup de circonspection. La quantité prélevée sera comparable à celle de captages voisins et, selon les résultats d’une étude, n’aura aucun impact fâcheux sur le système des eaux souterraines. Afin de consolider les calculs, le PSI effectuera dans une prochaine étape un test de pompage à l’endroit même où plus tard l’eau sera effectivement prélevée.

Le PSI a une concession pour la restitution d’eau tiède dans l’Aar. La quantité autorisée ne sera pas dépassée par la restitution supplémentaire de l’eau de refroidissement produite par le fonctionnement du SwissFEL. Le réacheminement dans l’Aar de l’eau tiédie à 30 degrés par le processus de refroidissement entraînerait, en l’absence de toutes autres mesures, une élévation de la température de l’Aar largement inférieure à 0,1 degré et n’aurait ainsi aucune conséquence. Mais des études sont actuellement menées au PSI pour la mise en œuvre de mesures de récupération de la chaleur dans le but de réduire globalement la chaleur apportée à l’Aar et de réaliser ainsi des économies d’énergie. Le PSI se réjouit d’avoir pu convaincre les politiciens et la population que l’installation prévue était défendable sur le plan écologique, grâce à ses mesures de précautions et ses planifications de longue portée. Ceci se reflète également dans le fait que la commune bourgeoise de Würenlingen a adopté à l’unanimité début juin le contrat préliminaire au contrat du droit de superficie pour SwissFEL dans la région forestière de Würenlingen.

Occuper la première place dans la concurrence internationale en matière de recherche

Le laser à rayons X SwissFEL doit être mis en service en 2016. Il émettra de très courtes impulsions de rayons X ayant les propriétés du laser qui permettront aux chercheurs de suivre des processus extrêmement rapides tels que l’apparition de nouvelles molécules lors de réactions chimiques, de déterminer la structure détaillée de protéines vitales ou de comprendre la composition exacte de matériaux. Les chercheurs pourront ainsi obtenir des informations auxquelles les méthodes actuelles ne permettent pas d’accéder. Ces découvertes enrichiront notre connaissance de la nature et déboucheront sur des applications pratiques telles que le développement de nouveaux médicaments, de processus plus efficaces dans l’industrie chimique ou de nouveaux matériaux en électronique.

La première installation de ce type a été mise en service aux USA l’année dernière. Au Japon, les chercheurs ont pu générer le premier rayon lumineux dans leur installation nationale il y’a de cela quelques semaines. À Hambourg, un consortium international prévoit une installation qui doit être mise en service en 2015. Les Américains viennent d’annoncer la construction d’une seconde installation pour un montant de 400 millions de dollars. La course à la première place bat son plein. Les possibilités offertes par le SwissFEL sont reconnues par la communauté des experts. En décidant de s’offrir une installation nationale après avoir contribué à l’installation internationale à Hambourg, le PSI va pouvoir mieux prendre en compte les intérêts spécifiques des chercheurs suisses. Car les Suisses disposent d’un temps de rayonnement limités à seulement 200 heures par an au European XFEL en Allemagne. Ceci représente environ 5 à 10 jours ouvrés, permettant à environ 2 à 3 groupes venant de Suisse de faire une mesure unique par année, ce qui est très peu dans le quotidien d’un chercheur. De plus, ce calcul suppose que tout se déroule comme prévu, sinon il faudrait à nouveau attendre au moins un an pour avoir une autre date. Ce nombre d’heures de rayonnement n’est de loin pas suffisant pour couvrir les besoins des groupes de chercheurs travaillant en Suisse. Ce temps de rayonnement très court ne permet pas non plus le développement de nouvelles techniques ou la planification d’expériences entièrement nouvelles. À titre de comparaison, il est prévu que le SwissFEL soit disponible jusqu’à 5 000 heures par an. L’autre avantage d’une installation nationale est qu’elle peut être très précisément adaptée aux besoins des chercheurs suisses, évitant ainsi de perdre du temps avec les accords européens qui pourraient réduire à néant l’avantage concurrentiel de faire partie des premiers.

Une chance pour l’industrie

Pour l’industrie, le SwissFEL offre déjà des possibilités de coopérations pendant le développement et lors de la construction. Le SwissFEL représente un énorme défi technologique que le PSI veut relever avec l’industrie, ce qui doit donner lieu à un transfert de savoir-faire dans l’industrie, permettant aux entreprises de pouvoir utiliser de nouvelles connaissances pour le développement de produits novateurs.

À l’instar des autres grandes installations de l’Institut Paul Scherrer, le SwissFEL sera lui aussi à la disposition des chercheurs des centres de recherche et des écoles supérieures, ainsi qu’à ceux de l’industrie. Ici aussi, les chercheurs qui publient leurs résultats scientifiques pourront avoir accès gratuitement aux installations de mesures. Pour les partenaires industriels souhaitant protéger leurs résultats, des modèles individuels seront mis en place pour l’utilisation des installations.

Développement de nouvelles possibilités de recherche également dans la recherche énergétique

Au SwissFEL, on pourra par exemple observer étape par étape comment, dans une réaction chimique, les plus petits composants essentiels d’une substance se dissocient et s’associent pour former une nouvelle substance. Ces processus sont si rapides qu’ils ne pouvaient jusqu’à présent pas être directement observés. Seuls les impulsions extrêmement courtes du SwissFEL permettront de photographier les différentes étapes intermédiaires avec un «temps d’exposition ultra court ». La compréhension précise de ces processus devrait permettre un déroulement plus efficace et, par conséquent, plus économique. Des réactions chimiques à plus faible consommation d’énergie ou nécessitant moins de ressources, de processus au sein l’industrie chimique viennent ainsi soutenir les efforts Cleantech de l’industrie.

Au SwissFEL, on pourra également observer en détail la composition de molécules biologiques vitales. De telles molécules sont généralement composées de dizaines de milliers d’atomes et il est déterminant pour leur fonctionnement que les atomes soient correctement agencés. Actuellement, les chercheurs ne peuvent déterminer les structures que lorsque de nombreuses copies d’une telle molécule peuvent être agencées dans une structure cristalline régulière. Les impulsions intenses de rayons X générés par le SwissFEL permettront également de comprendre les structures de molécules pour lesquelles cette cristallisation n’est pas possible. Ces résultats pourraient être à l’origine de nouveaux médicaments en montrant, par exemple, comment supprimer des processus vitaux importants dans des bactéries pathogènes.

Un autre thème important sur lequel porte la recherche fondamentale menée au PSI est la photosynthèse: en utilisant la lumière solaire, les plantes vertes produisent des substances riches en énergie à partir de l’eau et du CO₂. On pourrait à l’avenir utiliser un processus comparable pour produire du carburant liquide (méthanol) à partir de l’énergie solaire. Mais pour pouvoir développer des systèmes efficaces et stables pour une photosynthèse artificielle, il est indispensable de connaître exactement les étapes intermédiaires se déroulant au sein du processus. Le résultat serait une source d’énergie verte renouvelable, neutre en CO₂.

Dans le domaine de la recherche sur les matériaux, les chercheurs suisses souhaitent également tirer profit du SwissFEL. Par exemple, dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux magnétiques pour une plus grande vitesse et une plus grande efficacité de stockage des données. Aujourd’hui, on demande aux appareils électroniques d’être le plus confortable possible. Cela signifie généralement qu’ils doivent être petits et légers. Mais on leur demande également de pouvoir rapidement stocker de grandes quantités de données. Les techniques actuelles de stockage de données atteignent progressivement leurs limites et c’est pourquoi on étudie de nouvelles technologies avec de nouveaux matériaux.

L’étude de structures ou de matériaux magnétiques minuscules dont la structure magnétique peut être directement modifiée par du courant électrique intéresse les scientifiques. La commutation de la structure est ultrarapide et pourrait être mieux comprise puis optimisée grâce à la haute résolution temporelle du SwissFEL.

Des résultats dans ces domaines de la recherche fondamentale offriraient à l’industrie de meilleures conditions pour développer de nouveaux produits.

Le soutien de la politique

Les coûts du SwissFEL s’élèvent à environ 270 millions de francs et doivent en grande partie être pris en charge par la Confédération. La décision finale concernant le financement sera prise après les élections fédérales de l’automne 2011. Le canton d’Argovie s’est déjà convaincu l’année passée de l’utilité du SwissFEL pour la recherche et pour l’industrie et participe au financement à hauteur de 30 millions de francs.

À propos du PSI

L’Institut Paul Scherrer développe, construit et exploite de grandes installations de recherche complexes et les met à disposition de la communauté nationale et internationale. Les principales recherches de l’Institut sont centrées dans le domaine des corps solides et de la science des matériaux, de la physique des particules, de la biologie et de la médecine, de l’énergie et de l’environnement. Avec 1400 collaborateurs et un budget annuel d’environ 300 millions CHF, le PSI est le plus grand centre de recherche de Suisse.