Un tour de synchrotron

À Trieste jusqu’à mercredi, une petite semaine à Saskatoon à la fin du mois, puis Shanghai une quinzaine de jours ensuite. Ces destinations pourraient bien remplir l’agenda d’un agent(e) de bord, mais elles sont en fait bien plus proche de notre réalité de chimiste que l’on s’en doute. Ces trois villes, tout comme une vingtaine d’autres dans le monde, accueillent une installation qui risque d’attirer bien des scientifiques; un synchrotron.

Un synchrotron est un petit accélérateur de particules. Large de quelques dizaines de mètres, un anneau sous vide accélère des électrons. Le but n’est pourtant pas d’étudier la physique des particules, mais de profiter d’un phénomène qui se produit lorsque les électrons sont déviés dans l’anneau; ils perdent de l’énergie qui est dissipée par l’émission de rayons X. Cette source de rayons X est alors particulièrement brillante, avec une intensité inatteignable en laboratoire conventionnel, concentrée dans un point focal grand de quelques microns à quelques millimètres carrés. Elle a également l’avantage d’être modulable, les photons émis passant d’une énergie à une autre en quelques fractions de seconde.

C’est en faisant un tour dans un synchrotron que l’éventail de possibilités offertes par cette source de rayon X s’illustre. Alignée autour de cet anneau, les techniques de caractérisation sont poussées toujours un peu plus loin. En spectroscopie de photoélectrons X (XPS), l’intensité du signal permet de se défaire des contraintes de vide pour étudier des interfaces solide/liquide, solide/gaz malgré l’atténuation du signal. En cristallographie, les temps d’acquisition sont retranchés significativement alors que la résolution augmente en flèche. En imagerie, les acquisitions rapides permettent résoudre des techniques spectroscopiques dans l’espace par balayage. Les techniques se multiplient pour caractériser les matériaux; densité de population électronique, visualisation des domaines de spin…

Devant tant d’opportunités scientifiques, des scientifiques des quatre coins du globe affluent. Parfois pour quelques heures, parfois pour quelques jours, ils transitent dans les synchrotrons pour prendre de précieuses mesures avant de repartir. Les conditions sont loin des nôtres à l’Université de Sherbrooke; le travail se fait à toute heure du jour dans des laboratoires qui préconisent davantage les chambres à vide que la verrerie. Sous le bruit des pompes du Advanced Light Source (ALS) à Berkeley, je donne la parole à quatre chercheurs. Ils partagent leur point de vue sur cette opportunité que représente le travail en synchrotron et commentent leur expérience personnelle.

 

Ethan J. Crumlin est le scientifique qui aide les utilisateurs à réaliser leurs expériences sur la station de XPS à pression ambiante au ALS. Il met également au point un système pour réaliser la XPS dans des conditions électrochimiques.

Quelle est la vision derrière des installations comme le synchrotron?

[Conduire la recherche en synchrotron] nécessite des ressources qu’une seule entité ne serait probablement pas capable de fournir et de maintenir. Une place comme le ALS est un investissement qui permet de faire de la science avec des capacités nouvelles que tous peuvent utiliser pour faire progresser leurs recherches. […] L’idée de permettre une science de pointe, une science couteuse, sous-tend les projets comme le ALS.

Est-ce que tout le monde peut demander du temps sur l’appareil?

Oui, tout le monde peut postuler, spécialement si la recherche est publique. Plusieurs pays possèdent des installations scientifiques qui fonctionnent sur le même modèle. Le Canada a également un synchrotron, le Canadian Light Source, pour lequel tout le monde peut faire une demande de temps.

À quoi ressemble une journée au ALS?

Il n’y a pas de journées normales et ce n’est pas du 5 à 9, on tire avantage du temps sur l’appareil quand il est disponible. […] Les expériences que l’on fait ne sont pas standard, toutes sortes d’éléments peuvent entrer en ligne de compte et l’on doit s’adapter. […] Ce n’est pas pour tout le monde d’ailleurs, il faut quelqu’un qui désire travailler dans un environnement dynamique et variable.

On entend parfois qu’une expérience en synchrotron vaut un article.
Qu’en penses-tu?

En général, une expérience bien planifiée de quelques jours en synchrotron devrait mener à un article. C’est surtout parce qu’avec les outils appropriés, c’est toujours possible d’apprendre quelque chose de nouveau. Si l’on acquiert de nouveaux éléments de savoir utiles ou productifs, on devrait être capable de les exprimer dans une contribution scientifique.

Quelles capacités un étudiant peut-il développer à l’ALS en dehors du cadre exclusif de sa recherche?

Tout dépend de la volonté de l’étudiant à saisir les opportunités qui lui sont données. […] Sur le plan professionnel, il y a la possibilité d’un échange scientifique plus large que la perspective première de l’étudiant(e). Comme il y a un grand roulement d’utilisateurs, un(e) étudiant(e) peut apprendre sur une grande diversité de techniques de pointe pratiquées par différents groupes de partout dans le monde.

 

Meiling débute un stage postdoctoral au ALS pour découvrir et mettre à profit différentes techniques d’analyse dans le cadre de son étude en synthèse de matériaux électroactifs.

Comment gères-tu les temps d’expérience restreints?

Le temps est toujours limité. C’est stressant parce que l’accès au synchrotron est limité, puis on passe beaucoup de temps à préparer l’expérience. C’est notre préparation qui nous permet de bien performer sans trop de stress.

Recommanderais-tu à tes collègues de participer à un stage au ALS?

Jusqu’à maintenant, oui. Je sens que je peux apprendre ici. C’est un bon environnement pour discuter, pas seulement de sciences, mais des techniques elles-mêmes, puis de l’analyse de données. […] Des installations comme le synchrotron ne sont pas disponibles partout, donc c’est une opportunité précieuse.

 

Dong-Jin est employé chez Samsung. Il visite le ALS pour acquérir et transférer une expertise en développement de techniques spectroscopiques.

En quoi est-ce que travailler au ALS est différent de ton travail normal?

Chez Samsung, on commence le travail tôt le matin et termine tard le soir. Ici, c’est plus libre et je peux avoir plus de flexibilité dans mon horaire. Travailler ici est aussi différent parce que moins de tâches régulières qui me sont assignées. Il y a un peu de travail au jour le jour, mais il y a beaucoup de place pour mettre en œuvre des projets à long terme aussi.

Est-ce que tu penses que ton séjour t’aide à développer des compétences?

Oui, c’est très utile pour la communication. En Corée, je n’avais pas l’occasion de parler à beaucoup d’étrangers. Ici, avec les conversations, je deviens plus familier avec l’anglais.

 

Ane étudie au doctorat dans un institut technologique en Espagne. Une nouvelle compréhension de la physique des gaz dans les systèmes XPS l’a amenée au ALS pour étudier la fonction de travail et l’état de surface du lithium sous exposition à des contaminants gazeux dans les batteries.

Comment est le groupe avec lequel tu travailles au ALS?

Le travail en équipe est un élément que j’apprécie vraiment ici. […] Chacun est réellement en contact avec ce que ses collègues font comme recherches.

As-tu appris quelque chose que tu n’aurais pas pensé apprendre au ALS?

Je pense que j’ai une perspective sur différentes techniques que je n’aurais pensé mettre à profit avant d’arriver à l’ALS. Ici je peux travailler même sur des techniques qui ne font pas partie de mon projet. Cela me permet d’ouvrir mes horizons sans seulement me concentrer sur ce que je faisais avant.

Quels seraient un point positif négatif du travail en synchrotron?

Le temps. D’un côté, chacun doit partager le temps d’expérience avec les autres, mais de l’autre, une petite fenêtre de temps au ALS permet d’obtenir des résultats qui ne seraient pas atteignables en laboratoire conventionnel.

 

Article par Maxime Leclerc

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