La science des rayons X : des chercheurs tchèques du Synchrotron de Grenoble

Situé à Grenoble, l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility ou Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron) possède une source extrêmement puissante de rayons X. Chaque année, ce centre international permet à des milliers de chercheurs de réaliser leurs expériences dans des domaines très variés, dont la chimie et la physique des matériaux, la biologie structurale, la santé ou encore l’archéologie. Radio Prague a visité les lieux en compagnie de la chercheuse tchèque Petra Pernot, responsable d’une des 43 stations expérimentales d’ESRF, spécialisée dans l’étude des protéines en solution.

Petra Pernot, photo: Magdalena Hrozínková

Inauguré il y a une vingtaine d’années sur le polygone scientifique de Grenoble, l’Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron est situé à proximité immédiate de l’Institut Laue-Langevin (ILL), que Radio Prague vous a également fait visiter. Alors que l’ILL exploite une des sources de neutrons les plus intenses au monde, l’ESRF produit une lumière synchrotron extrêmement puissante et brillante, beaucoup plus forte que les rayons X, utilisés dans les hôpitaux. Ce rayonnement est produit par des électrons de haute énergie qui circulent dans un anneau de stockage. Un anneau qui détermine, par conséquent, la forme circulaire du grand bâtiment de l’ESRF de plus de 300 mètres de diamètre. Mariée à un scientifique français et mère de quatre enfants, la physicienne tchèque Petra Pernot travaille à l’ESRF depuis la fin de ses études, dans les années 1990. Elle nous fait visiter les lieux :

ESRF, photo: Magdalena Hrozínková

« Nous nous trouvons dans le hall expérimental qui ressemble à un grand tunnel et où nous voyons différentes stations spécialisées. Nous sommes au-dessus d’une construction ronde en béton. Elle abrite l’anneau de stockage où nous faisons tourner des électrons à une vitesse proche de celle de la lumière. Pendant leur voyage, les électrons passent par différents types d’aimants. Lorsqu’ils se retrouvent dans un champ magnétique, leur trajectoire change et ils émettent des rayons X de façon tangentielle. Un faisceau de photons sort ensuite de l’anneau de stockage dans une des quarante stations expérimentales disposées elles-aussi tangentiellement autour de l’anneau. »

Dans ces laboratoires spécialisés, le rayonnement synchrotron est utilisé pour différents types d’expériences basées sur l’interaction des matières avec les rayons X. Dotées d’instruments de pointe, ces stations, appelées aussi des lignes de lumière, permettent d’étudier la structure des matériaux et des protéines. On peut aussi y créer de hautes pressions et températures pour simuler les conditions du centre de la Terre… De récentes études menées par les chercheurs au synchrotron ont par exemple prouvé que l’encre des tatouages migrait dans le corps sous forme de nanoparticules jusqu’aux ganglions. D’autres travaux ont permis de mieux comprendre la formation de la mélanine et pourraient servir à fabriquer des produits cosmétiques censés éliminer les tâches dues au soleil.

D’autre part, les rayons X extrêmement puissants permettent de scanner des objets précieux. Petra Pernot explique :

« Dans certains laboratoires, les chercheurs utilisent la tomographie aux rayons X. C’est est une technique d'imagerie qui permet de reconstituer la structure interne d’un objet en 3D, sans le casser ou l’endommager. Pour les paléontologues notamment, il est intéressant d’examiner ainsi des partis des squelettes des dinosaures ou leurs embryons. Ceux-ci sont souvent incrustés dans des pierres et invisibles de l’extérieur. Pareil pour des morceaux d'ambre qui contiennent parfois des insectes préhistoriques parfaitement conservés. Grâce à cette technique, nous pouvons les étudier. »

Petra Pernot est responsable d’une ligne de lumière axée sur la biologie structurale. Les chercheurs y utilisent la technique de diffusion aux petits angles pour étudier les protéines en solution, dans un milieu proche de celui d’un corps humain. Leurs recherches permettent par exemple d’améliorer les effets de certains médicaments.

« Notre objectif est que nos clients, donc les chercheurs qui viennent effectuer leurs expériences, soient satisfaits. Nous devons donc entretenir les instruments, introduire de nouvelles méthodes et de nouvelles technologies. Je suis chargé de la direction du personnel de ligne, je gère un budget… Nous fournissons des services à nos clients, mais en améliorant ceux-ci, nous faisons aussi un travail scientifique. »

Qui sont vos clients ?

« Ce sont surtout des académiciens, des scientifiques venus notamment des pays européens, mais nous accueillons aussi beaucoup d’Israéliens par exemple, car Israël fait partie de nos pays partenaires. Si leurs projets sont acceptés, nous nous prenons en charge les frais de leur séjour. Ensuite, nous accueillons des utilisateurs ‘industriels’ qui paient pour les faisceaux de lumière synchrotron des sommes assez importantes, environ 8 mille euros pour huit heures de faisceau. Leur avantage, c’est qu’ils peuvent tenir secret les résultats de leurs recherches, tandis que les autres scientifiques doivent obligatoirement les publier. Il s’agit souvent des représentants des sociétés pharmaceutiques qui viennent faire leurs recherches dans le domaine de la cristallographie des protéines. »

Accueillez-vous des chercheurs tchèques ?

« Oui, bien sûr. Ils sont nombreux, eux-aussi, à mener des recherches en cristallographie. Au sein de notre station expérimentale, nous recevons un ou deux Tchèques par an. »

« La spécificité de notre ligne de lumière, spécialisée dans la biologie structurale, est celle que les échantillons que nous étudions sont rares et fragiles, ils ne vivent pas longtemps. Les chercheurs doivent préparer leurs protéines et les mesurer immédiatement. Voilà pourquoi nous permettons aux chercheurs un ‘accès rapide’ aux lignes de lumière. Dans d’autres stations qui se consacrent à la science des matériaux, la situation est différente : les chercheurs peuvent conserver leurs échantillons dans un placard pendant longtemps. Ils demandent deux fois par an un temps de faisceau et lorsqu’ils l’obtiennent, ils ont plusieurs mois pour venir faire leurs expériences. Tandis que ceux qui veulent travailler au sein de notre ligne peuvent profiter de l’accès rapide et venir plus tôt que prévu, dans quelques semaines. »