Subvention prestigieuse pour trois projets de recherche au PSI

Un chercheur des matériaux, un spécialiste de la catalyse et un physicien théoricien ont de quoi se réjouir: ces cinq prochaines années, le FNS soutiendra leurs projets de recherche au PSI à hauteur de plusieurs millions de francs. L’un des scientifiques a reçu un Advanced Grant de 2,14 millions de francs, les deux autres un Starting Grant d’un montant de 1,7 million de francs. Ainsi, le PSI reçoit en tout une somme de 5,5 millions de francs.

John Provis: recherche sur le béton

Bâtiments, ponts, places de stationnement: le béton est un matériau de construction omniprésent. Et c’est probablement la raison pour laquelle il est sous-évalué, affirme John Provis du Centre de l’ingénierie et des sciences nucléaires au PSI. «Le béton pardonne beaucoup. Même quand il n’est pas mélangé correctement, le matériau qui en résulte peut très bien être utilisé. La plupart des gens ignorent à quel point la chimie du béton est compliquée.»

Le chercheur en matériaux s’intéresse avant tout aux innombrables couches limites à la surface desquelles les particules se rencontrent: parmi celles-ci, du ciment, des grains de sable, du gravier, des cendres, de la chaux, de l’argile − et naturellement aussi des molécules d’eau. Les nombreux composants de taille très différente produisent une interaction complexe, qui est encore très mal comprise.

«Nous ne savons en principe pas pourquoi le béton durcit. Et ce qui fait qu’il reste aggloméré.» John Provis a littéralement prévu d’observer le béton durcir. Pour cela, il va entre autres utiliser la Source de Neutrons de Spallation Suisse SINQ. En effet, le rayonnement neutronique permet de regarder à l’intérieur des matériaux et de rendre visibles les molécules d’eau.  

L’objectif principal de John Provis est d’améliorer le béton tout en le rendant plus durable. Car si nous parvenons à mieux comprendre ce matériau, il nous sera aussi plus facile d’en développer de nouvelles variétés plus écologiques. Et comme le ciment est utilisé pour conserver les déchets radioactifs de façon sûre, l’équipe de John Provis est basée dans le laboratoire de Sûreté des dépôts de déchets.

John Provis reçoit pour son projet un SNF Advanced Grant de 2,14 millions de francs suisses pour les cinq prochaines années.

Aram Bugaev: recherche sur la catalyse

C’est aux catalyseurs que l’on doit de pouvoir utiliser de nombreuses réactions chimiques dans l’industrie: il s’agit de substances qui accélèrent une réaction sans être elles-mêmes consommées. Ils sont par exemple indispensables dans la fabrication de médicaments. Au Centre des sciences photoniques du PSI, Aram Bugaev analyse comment ces réactions se déroulent dans le détail.

Pour son travail, le scientifique utilise des micro-réacteurs constitués d’un réseau de petits canaux de quelques millimètres gravés ou moulés dans du verre ou du plastique. Les petits tubes ne peuvent contenir que d’infimes quantités de liquide, qui est pompé en continu dans l’appareil. «Ces réacteurs miniatures nous permettent d’analyser les réactions plus rapidement, en utilisant moins de matériaux, que dans les ballons en verre d’un laboratoire de chimie», explique Aram Bugaev. «Nous pouvons par exemple mélanger des liquides, augmenter la température ou modifier d’autres paramètres très rapidement, et même automatiser le tout.»

Après avoir mélangé des substances et des catalyseurs dans le micro-réacteur, le scientifique examine le liquide aux rayons X pour comprendre ce qui se passe exactement pendant la réaction – et ce qu’il faut modifier pour, par exemple, obtenir le produit souhaité. «Nous voulons développer une plateforme permettant d’analyser et d’améliorer n’importe quelle réaction dans un liquide.»

Pour ses travaux, le chercheur utilise le rayonnement synchrotron, c’est-à-dire un rayon X particulièrement intensif. Il attend donc avec impatience que l’exploitation de la Source de Lumière Suisse SLS du PSI reprenne après la modernisation SLS 2.0. En conséquence, son projet débutera en septembre prochain. D’ici là, il aura tout le temps de composer son équipe.

Aram Bugaev obtient un Starting Grant du SNF d’un montant de 1,7 million de francs. L’entreprise pharmaceutique Novartis participe au projet encouragé à titre de partenaire de coopération scientifique.

Jason Aebischer: à la recherche d’une nouvelle physique

Le modèle standard de la physique des particules décrit comment le monde fonctionne: de quoi nous sommes constitués, comment les minuscules particules interagissent et pourquoi beaucoup de choses ont une masse, nous autres inclus. Cette théorie n’explique toutefois pas tous les phénomènes. En d’autres termes, la manière dont nous percevons le monde est lacunaire. «Nous ne comprenons par exemple pas ce que sont véritablement la matière et l’énergie noires, qui constituent 95 % de notre univers», explique le physicien théoricien des particules Jason Aebischer.

C’est pourquoi les physiciennes et les physiciens travaillent sur de nouveaux modèles qui pourraient aussi expliquer les phénomènes restés mystérieux à ce jour. «Nous supposons que le modèle standard de la physique des particules doit être étendu à d’autres forces et particules.» Pour cela, les scientifiques élaborent de nouveaux modèles, qu’ils testent au cours d’un long travail de calcul.

Dans le cadre de son projet, Jason Aebischer va développer un logiciel qui aide justement à vérifier ces nouveaux modèles. «Ce logiciel sera accessible librement à tous les scientifiques. En d’autres termes, ils pourront tous l’utiliser pour tester des modèles et voir quelle théorie décrit mieux ou moins bien quels phénomènes. Cela permettra aussi d’éliminer directement de nombreux modèles.» Jason Aebischer travaille actuellement au CERN à Genève. Il rejoindra en octobre le laboratoire de physique des particules au Centre de recherche avec neutrons et muons pour y composer sa propre équipe de recherche grâce au Starting Grant du SNF doté de 1,7 million de francs.

Au PSI, il appliquera son logiciel à des expériences concrètes afin de comparer ses modèles avec la réalité. Il indique que l’expérience Mu3e prévue dans ce cadre s’annonce passionnante: dans celle-ci, on recherche la désintégration d’une particule particulière, le muon, en trois autres particules, à savoir un électron et deux positrons. Selon le modèle standard de la physique des particules, cette désintégration est très improbable; et pourtant, le PSI essaie de la mesurer. Mais ce n’est là qu’un exemple des nombreuses expériences destinées à mettre en évidence les points à corriger dans le modèle standard.