Dans la ligne de mire des protons

Si l'on était ailleurs qu'au Laboratoire de radiochimie du PSI, ce petit tas de poudre gris-blanc, on l'époussèterait de la main, tout en se demandant comment ces quelques brisures de craie ont fait pour se retrouver sur cette plaquette d'aluminium de la taille d'une pièce de monnaie. Mais ici, au poste de travail du groupe d'exploitation de Walter Hirzel, cette poudre d'allure insignifiante est tout sauf sans valeur: c'est à partir d'elle que seront produits des radionucléides artificiels par le biais d'une irradiation avec des protons, autrement dit des substances dont les noyaux atomiques sont instables et se désintègrent. Lors de cette désintégration, ils libèrent de l'énergie sous forme de rayonnement ionisant. Des chercheurs du Centre des sciences radiopharmaceutiques (ZRW) utilisent les radionucléides pour leurs expériences. L'idée est de les développer suffisamment pour pouvoir les utiliser un jour dans des médicaments contre différents types de cancer. Car si l'on injecte un médicament avec un radionucléide à un patient, ledit médicament atteindra directement la tumeur par la circulation sanguine et le radionucléide qu'il contient la détruira grâce à son rayonnement.

Mais avant qu'un radionucléide ne soit prêt à être utilisé, il doit être traité pendant plusieurs heures dans une installation construite à cet effet. Walter Hirzel est ingénieur en mécanique à la base. Il dirige le groupe de travail Nucléides au PSI et veille avec son équipe à ce que les radionucléides soient bien produits conformément aux commandes pour les expériences des différents groupes de recherche. Or tout cela ne peut pas se faire sans un faisceau de protons stable à haute énergie. Ce faisceau est produit dans un accélérateur du PSI où les protons sont accélérés à une vitesse à peu près équivalente au tiers de la vitesse de la lumière. Une partie de ce faisceau est prélevée pour la production de nucléides. Le prélèvement s'effectue par les biais de différents composants de l'installation, comme des aimants qui dirigent le faisceau et le focalisent jusqu'à ce que son diamètre atteigne 6 à 8 millimètres. Le faisceau principal, en revanche, est accéléré encore davantage et utilisé pour d'autres expériences.

Tir ultra-précis à plusieurs dizaines de mètres de distance

De son origine à notre station d'irradiation, le faisceau de protons parcourt 33 mètres et frappe précisément sa cible en plein milieu, explique Walter Hirzel. Parfois, je me dis que le fait que nous réussissions chaque fois à toucher une surface aussi petite relève presque du miracle. Cette petite surface est le couvercle d'une capsule d'aluminium de la taille de l'ongle du pouce. Elle contient la précieuse poudre gris-blanc à partir de laquelle le radionucléide est fabriqué. Les spécialistes parlent de target (cible) pour désigner la capsule avec son contenu que Walter Hirzel coince dans un support spécial dans une station cible de son laboratoire, à l'abri de l'extérieur. Cette capsule est la cible du faisceau de protons et son terminus. Le faisceau la percute pendant quelques heures avec une haute énergie, ce qui chauffe fortement son cœur. De fait, la cible baigne dans de l'eau de refroidissement et doit être absolument étanche. Il suffirait d'une goutte d'eau pour produire de la vapeur d'eau et la faire exploser. Elle serait alors inutilisable et toute l'irradiation aurait été menée pour rien. Pour que cela n'arrive pas, Alexander Sommerhalder, collaborateur de Walter Hirzel, compresse chaque capsule avec son précieux contenu sous une pression de 2 tonnes. Elle tient!

Au commencement de la production du radionucléide, lorsqu'Alexander Sommerhalder compresse la capsule, il n'a pas besoin de travailler à l'abri de blindages spéciaux, car la matière première n'est pas encore radioactive. Les choses sont différentes à la fin du processus, une fois l'irradiation terminée: dès ce moment, il ne peut plus toucher directement ni la capsule ni son contenu radioactif. Toutes les étapes suivantes se déroulent à l'abri de parois de plomb et de vitres de 60 centimètres d'épaisseur, dans ce qu'on appelle une cellule chaude.

Grosse pince capable de doigté

Une fois que la capsule est acheminée dans la station cible par un système automatique, elle se retrouve dans la première chambre de travail de la cellule chaude. Vue de l'extérieur, elle semble inchangée, même après avoir été bombardée de protons; seule une petite brûlure circulaire au milieu de son couvercle laisse deviner avec quelle énergie elle a été percutée. Ce couvercle, Alexander Sommerhalder doit l'enlever à présent pour extraire la poudre radioactive. Une manœuvre réalisable uniquement à l'aide d'un bras de préhension long d'un mètre, digne d'un robot de film. Ces pinces volumineuses se trouvent dans la cellule chaude, autrement dit dans la zone radioactive, et sont commandées de l'extérieur au moyen de poignées qui ressemblent à des pinces. Cela demande un peu d'exercice et de coordination, souligne Alexander Sommerhalder qui actionne les pinces de-ci de-là sans difficulté, jusqu'à ce qu'il retire le couvercle de la capsule cible. Puis le moment vient pour les pinces de préhension métalliques d'exécuter un travail de précision, lors duquel la poudre gris-blanc est transvasée dans un petit flacon de verre. Pour ce faire, il faut attraper la petite capsule au moyen du bras de préhension et faire basculer le contenu poudreux dans le flacon au moyen d'un entonnoir. Si l'on vise mal, on gaspille le précieux radionucléide. Tout cela est affaire d'expérience, estime Alexander Sommerhalder, avant de visser le couvercle sur le flacon avec habilité au moyen des bras de préhension.

Heure de vérité

Vient à présent le moment qui revêt le plus grand intérêt pour Walter Hirzel et ses collaborateurs: une première mesure de la radioactivité sur l'échantillon. L'irradiation a-t-elle correctement fonctionné? La réaction s'est-elle déroulée comme ils le voulaient? Les spécialistes se posent ces questions et d'autres encore, car les radiochimistes nous disent de quel radionucléide ils ont besoin, ils nous indiquent la matière première nécessaire à sa production et la manière dont nous devons l'irradier, précise Walter Hirzel. Mais cela ne veut pas dire que tout va se passer conformément aux prévisions théoriques. Parfois, la radioactivité s'avère plus faible qu'attendue ou les sous-produits de réaction sont trop nombreux. La première mesure est donc suivie de plusieurs étapes pour obtenir un radionucléide pur à partir de la poudre radioactive, débarrassé des impuretés. La séparation chimique constitue donc la prochaine étape. Le récipient de verre avec la substance radioactive doit d'abord être acheminé dans la chambre suivante de la cellule chaude, où se trouve un appareillage compliqué avec beaucoup de tuyaux, de pompes, de capteurs et de valves. Pour chaque nouveau radionucléide, Walter Hirzel et son équipe doivent concevoir et assembler un nouvel appareillage, chacun est une pièce unique. Le matériau radioactif solide y est liquéfié avec de l'acide et les sous-produits sont filtrés, jusqu'à ce que le radionucléide désiré soit disponible sous une forme parfaitement pure. Même si nous démarrons avec 10 à 20 milligrammes de matière première, explique Walter Hirzel, nous nous retrouvons parfois à la fin avec à peine une fraction, donc extrêmement peu. Et pourtant, c'est suffisant pour les expériences scientifiques.

Diversité de tâches idéale pour un généraliste

Cela fait 13 ans déjà que Walter Hirzel est l'homme à tout faire au ZRW: quand un appareil est défectueux, quand on a besoin d'une capsule cible, quand il faut construire une installation de séparation chimique ou encore quand il faut revaloriser ou éliminer des déchets radioactifs. A l'époque, je suis arrivé ici par une annonce dans le journal, se souvient cet ingénieur. On cherchait un responsable de l'exploitation pour la production de nucléides et Walter Hirzel était curieux. La diversité de mes tâches ici a représenté quelque chose de complètement nouveau, poursuit-il. Si je devais faire une liste de tout ce dont il faut savoir faire pour ce poste, elle serait très longue. Il faut être un peu un généraliste, aimer le travail pratique et avoir des idées. Cette polyvalence me plaît.

Quant aux chercheurs, ils apprécient le travail de Walter Hirzel et de son équipe. Car sans une infrastructure qui fonctionne parfaitement, ils n'obtiendraient pas les radionucléides dont ils ont besoin. L'ingénieur, en revanche, porte un regard plutôt modeste sur la part de son groupe dans le succès du ZRW: Cela me motive de savoir que je peux fournir une contribution et dire que nous avons réalisé ensemble une avancée dans la recherche. Notre objectif, c'est que les choses fonctionnent pour que d'autres puissent continuer à travailler.

Texte: Sabine Goldhahn