Les sources de lumière synchrotron sont des accélérateurs de particules qui servent de puissants microscopes pour examiner la matière aux échelles atomique et moléculaire. Ces grandes installations sont aujourd’hui utilisées dans tous les domaines scientifiques.

Le synchrotron ALBA a été inauguré à Barcelone il y a maintenant dix ans. L’un des instruments les plus avancés de ce type en Europe, il est visité chaque année par plus de 2 000 scientifiques du monde entier.

Pendant ce temps, l’installation a permis des avancées allant de la recherche sur le paludisme et la conception de nouvelles batteries à la décontamination de l’eau, le développement de nouveaux matériaux ou la conservation du patrimoine artistique.

Des tubes à vide primitifs conçus à la fin du XIXe siècle au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, les scientifiques utilisent des accélérateurs de particules depuis plus d’un siècle. Bien que très différents les uns des autres, le nombre de ces appareils dépasse aujourd’hui les 30 000 dans le monde et leur utilisation couvre des domaines aussi divers que l’industrie, la médecine, l’analyse d’œuvres d’art ou la physique fondamentale.

Malgré le développement connu au fil des années, le principe de base de ces instruments reste le même. Les particules (généralement stables, comme les électrons ou les protons) sont accélérées par des champs électriques, puis leurs faisceaux sont dirigés et focalisés par des champs magnétiques. Il existe deux principaux types d’accélérateurs : les linéaires, dans lesquels la trajectoire des particules est rectiligne et elles ne traversent qu’une seule fois les cavités de l’accélérateur ; et les circulaires, où les particules décrivent un chemin fermé et traversent plusieurs fois les cavités, ce qui permet leur accélération progressive. Les synchrotrons appartiennent à cette deuxième classe.

Si l’objectif est d’atteindre l’accélération maximale possible, les synchrotrons présentent l’inconvénient que, dans les sections courbes de la trajectoire, les particules perdent une partie de leur énergie, qu’elles émettent sous forme de rayonnement électromagnétique. Cependant, ce phénomène peut devenir un outil extraordinairement utile à d’autres fins. Toute analyse de matière nécessite d’éclairer les échantillons avec de la lumière. Et la soi-disant lumière synchrotron, l’énergie « perdue » que nous venons de mentionner, est excellente à cette fin. Cela est dû au fait qu’il peut être généré dans toutes les zones du spectre (de l’infrarouge aux rayons X), ainsi qu’à sa grande intensité, cohérence et polarisation. Depuis les années soixante du siècle dernier.

Au début des années 1990, le physicien Juan Antonio Rubio, alors conseiller scientifique au CERN, a mené des efforts pour combler le déficit espagnol en science et technologie des accélérateurs. C’est alors que se sont cristallisées les premières idées d’avoir leur propre synchrotron en complément de la participation espagnole au projet de source lumineuse européenne, l’actuel Laboratoire européen de rayonnement synchrotron (ESRF) à Grenoble.

Après quelques années d’évaluation et de prise de décision, en 2003, le Consortium pour la construction, l’équipement et l’exploitation du laboratoire de lumière synchrotron (CELLS) a été créé et la construction du synchrotron ALBA à Barcelone a été approuvée, cofinancée à parts égales par les administrations catalane et espagnole. Cet accord était accompagné de l’étude d’impact et de l’analyse économique correspondantes, qui ont donné des résultats positifs sur sa rentabilité. Conformément au calendrier et au budget prévus, la construction de l’installation a commencé en 2006, a ouvert ses portes en mars 2010 et a reçu ses premiers utilisateurs officiels en 2012. Avec un coût total de construction de 200 millions d’euros (un million de moins que prévu) et des coûts de maintenance actuels de environ 25 millions par an.

Aujourd’hui, le synchrotron ALBA fait partie de la demi-douzaine d’instruments équivalents existant dans les pays les plus avancés d’Europe. Il se compose de deux accélérateurs qui injectent un faisceau d’électrons de 3 gigaélectronvolts (GeV) dans un anneau de 268 mètres de long. Ces faisceaux sont ceux qui émettent le rayonnement synchrotron qui alimente les différentes « lignes de faisceaux », aux extrémités desquelles se trouvent les stations expérimentales où les utilisateurs placent les échantillons qu’ils souhaitent analyser. Actuellement, l’ALBA dispose de huit lignes lumineuses, dont la dernière est opérationnelle depuis 2016, qui alimentent douze stations expérimentales. À celles-ci s’ajouteront quatre autres lignes lumineuses déjà en construction et qui commenceront à fonctionner entre 2020 et 2023.

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