La première expérience conduite au SwissFEL a été un succès

Lorsque la toute première expérience conduite à une nouvelle grande installation de recherche réussit, les chercheurs responsables éprouvent un sentiment de joie bien mérité. Or, fin novembre, c'est précisément ce qu'ont ressenti ceux qui œuvrent au SwissFEL, le nouveau laser à rayons X à électrons libres: pour le PSI, le succès de cette toute première expérience revêt une grande importance.

Les chercheurs du PSI et un groupe de recherche de l'Université de Rennes ont conduit du 27 novembre au 4 décembre la première des expériences pilotes prévues au SwissFEL. Leur expérience poursuivait un objectif scientifique précis: analyser les propriétés électriques et magnétiques de nanocristaux de pentoxyde de titane. Le pentoxyde de titane est en effet un candidat potentiel pour certains composants électroniques d'avenir, comme des mémoires informatiques réinscriptibles à haute densité, par exemple. Avec les bonnes impulsions laser, les nanocristaux de pentoxyde de titane peuvent être commutés de façon ciblée entre deux états: conducteur ou semi-conducteur. C'est précisément ce passage d'un état à l'autre que les chercheurs ont étudié lors de cette première expérience, que les impulsions de rayons X à haute énergie du SwissFEL ont rendue possible.

Comme un gigantesque puzzle

L'objectif de cette expérience pilote et des autres qui suivront est aussi d'optimiser l'exploitation de l'ensemble de l'installation, avant l'ouverture du SwissFEL aux utilisateurs régulier prévue en janvier 2019.

Après toutes ces années de planification et de construction, nous connaissons par cœur l'ensemble des pièces qui composent les 740 mètres du SwissFEL, explique Luc Patthey, chef de projet Photonique au SwissFEL. Lors de ce premier essai, il fallait que les différentes parties fonctionnent aussi en synergie et s'imbriquent comme dans un gigantesque puzzle. C'était une première et nous sommes heureux de constater qu'elle a bien marché. Car l'objectif est clair: nous voulons mettre à disposition des utilisateurs du SwissFEL une plateforme de recherche d'envergure internationale, qui fonctionne avec un précision et une fiabilité toute helvétiques, et ce dès fin 2018.

Trois phases d'expériences pilote en tout

En tout, trois phases d'expériences pilote sont prévues. Elles dureront jusqu'à fin 2018. Parallèlement aux expériences pilotes, le SwissFEL va voir son énergie et sa puissance augmenter, précise encore Hans Braun, chef de projet Accélérateur au SwissFEL. D'ici l'été 2018, nous aurons aussi atteint cet objectif.

Le SwissFEL a été officiellement inauguré il y a un an, en décembre 2016. Depuis, tous les composants ont été mis en service, les uns après les autres, et leurs paramètres ont été optimisés. En parallèle, des postes d'expérimentation ont été aménagés et c'est à l'un deux que cette première expérience a eu lieu. Le laser à rayons X à électrons libres SwissFEL produit des impulsions ultra-courtes de rayons X ayant les propriétés du laser. Ces impulsions permettent de suivre des processus extrêmement rapides, entre autres l'apparition de molécules lors de réactions chimiques, de déterminer la structure évolutive de protéines vitales ou la composition exacte de certains matériaux. Le SwissFEL permettra aux chercheurs d'obtenir des informations qui restent inaccessibles avec les méthodes actuellement disponibles. Ces connaissances élargiront notre compréhension de la nature et déboucheront sur des applications pratiques, comme de nouveaux médicaments, des processus plus efficaces dans l'industrie chimique ou de nouveaux matériaux dans le domaine de l'électronique.

A l'instar des autres grandes installations de recherche du PSI, le SwissFEL sera accessible aux chercheurs de l'extérieur. Les besoins des hautes écoles de Suisse et de l'industrie ont été tout particulièrement pris en compte, déjà au stade de la conception. Dans le monde, seules quatre installations comparables sont en service.

Texte: Institut Paul Scherrer/Laura Hennemann

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2100 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 380 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).

(Mise à jour: mai 2017)