Les projets de recherche dans le domaine de la physique subatomique et des astroparticules nécessitent la réalisation d’instruments et d’équipements complexes, à la pointe de la technologie. De grands projets, comme le LHC au CERN, peuvent se dérouler sur une vingtaine d’années et nécessiter des collaborations au niveau mondial pour partager les coûts et les risques de leur réalisation. Pour mener à bien leurs projets, les chercheurs et ingénieurs du LPSC s’appuient sur les compétences, les moyens et le travail d’un ensemble de services et pôles spécialisés et organisés de manière matricielle.

 

A-PHOENIX Les responsables techniques et scientifiques d’un projet, peuvent, si nécessaire, utiliser les ressources de l’ensemble des services afin de concevoir, construire et mettre en service un nouvel instrument. Les activités techniques couvertes par le LPSC sont nombreuses : études, développement, conception et réalisation en électronique et micro électronique, mécanique, informatique, détection et instrumentation. Elles sont complétées par des pôles et plateformes technologiques dans le domaine de la physique des accélérateurs et des sources d’ions, de la physique des plasmas, et de la recherche sur l’énergie nucléaire.

 

Calibration d’un supermodule du calorimètre électromagnétique d’ALICELes nouveaux projets proposés par les chercheurs sont systématiquement évalués localement en termes de coûts, de ressources et de délai de réalisation par la cellule de revue technique des projets. Tout projet accepté par la direction suivra un cycle de revues pour contrôler son bon déroulement. Le LPSC est impliqué dans  un large éventail de projets nationaux et internationaux de tailles et de durées très variées. Les projets actuellement en cours au laboratoire sont regroupés par thématiques scientifiques dans la table jointe au verso, avec l’effort en ressources humaines correspondant (en unité « Équivalent Temps Plein »).

 

Réacteur à sel fondu (MSFR)Expérience CREAM (Cosmic Ray Energetics and Mass)Afin de permettre au LPSC d’assurer ses missions et en particulier que le travail des équipes de recherche se fasse dans les meilleures conditions possibles, le fonctionnement et la gestion du laboratoire sont assurés par un ensemble de services dédiés (service administratif et financier, documentation et communication, informatique de réseau, services généraux, sécurité et radioprotection).

 

Projets au LPSC (avril 2013)

Projets fr

 

 

 

Comprendre la structure élémentaire de la matière, répondre à la question « de quoi l’Univers est-il fait ? » sont les thèmes centraux de recherche au LPSC.
Nous étudions ainsi les constituants fondamentaux de l’Univers et leurs interactions. Avec des techniques expérimentales complexes, de l’accélérateur de particules au télescope spatial, nous sondons la matière depuis 10-18 mètres, l’échelle des quarks qui composent protons et neutrons, jusqu’à 1026 mètres, le rayon de l’Univers observable.
Aux côtés de ces recherches fondamentales, d’autres axes plus appliqués et interdisciplinaires sont aussi développés tels que l’étude de réacteurs nucléaires innovants ou le développement de techniques utilisées pour le traitement des cancers. Récemment la physique des plasmas est maintenant un axe de recherche du LPSC.

ATLASÉvolution de l’Univers
Depuis l’Antiquité, l’homme s’interroge sur la forme de l’Univers et sur son devenir. Aujourd’hui la théorie du Big-Bang est confortée par trois observations : l’expansion de l’Univers déduite de la vitesse d’éloignement des galaxies en fonction de leur distance, l’abondance de certains noyaux d’atomes tels que l’hélium ou le lithium formés quelques minutes seulement après le Big-Bang et la présence d’un bain thermique de photons à 3 K (soit -270°C). Ce dernier a été produit environ 300 000 ans après cet instant initial, lorsque matière et lumière se séparaient. Reste à savoir si, à grande échelle, l’espace-temps est plat ou courbe, si l’expansion de l’Univers se poursuivra éternellement ou non. Il faudra aussi en apprendre davantage sur l’épisode d’inflation qui s’est sans doute produit lors des tous premiers instants. Les réponses à ces questions sont de plus en plus précises grâce notamment à l’étude des petites fluctuations du bain thermique à 3 K ; celles-ci favorisent un univers plat et une expansion non seulement continue mais même accélérée.

Planck PANEL PC March 2013 PrintFileComposition de l’Univers
De nombreuses mesures astrophysiques et cosmologiques permettent aujourd’hui d’accéder avec une grande précision à la répartition des différentes composantes de matière et d’énergie dans l’Univers. On dispose donc à présent d’une classification exhaustive et rigoureuse du contenu du Cosmos : rayonnement (négligeable), étoiles (0,5%), gaz (5%), entités non composées d’atomes usuels (25%), énergie d’accélération (70%). Mais, en contrepoint de ce succès, force est de constater que l’on ignore tout de la nature précise de la grande majorité de ces composantes physiques, soit de 95% de l’Univers ! Pour étayer cette description, il faut recourir à l’hypothèse de l’existence de nouvelles particules (par exemple les particules « supersymétriques ») et d’une énergie inconnue et mystérieuse (qui ne se dilue pas quand on en augmente le volume !). Cet étonnant visage de l’Univers invite à repenser ses constituants fondamentaux et témoigne d’une convergence effective entre des champs scientifiques aussi disjoints en apparence que la cosmologie et la physique des particules.

cosmiquesLe rayonnement cosmique
La Terre est en permanence bombardée par un flux d'environ 2000 particules chargées par seconde et par mètre carré au sommet de l'atmosphère. Ce rayonnement a permis la découverte de plusieurs particules élémentaires dans la première moitié du XXe siècle. Le domaine en énergie de ces particules s'étend de quelques milliers d'électron-volts (pour les particules du vent solaire) jusqu'à environ une centaine de milliards de milliards d'électron-volts (soit l'énergie d'une balle de fusil concentrée sur une seule particule bien plus petite qu'un atome). Outre la contribution du soleil dont l'émission de particules est à l'origine des aurores boréales, la plupart des sources de rayons cosmiques sont des supernovae localisées dans notre Galaxie. Les particules d'ultra-haute énergie ont pour leur part vraisemblablement une origine extra-galactique qui demeure mystérieuse. L'étude de ces particules et la recherche de leur origine fait l'objet d'expériences nombreuses et variées : depuis les instruments embarqués en ballon ou dans des satellites, en passant par les grands observatoires au sol qui s'étendent sur des milliers de kilomètres carrés pour détecter les rares particules d'ultra-haute énergie, et enfin les observatoires souterrains.

theorieLes forces fondamentales
Dans l’état actuel de nos connaissances, les forces fondamentales sont au nombre de quatre. La première, la gravitation, fût découverte par Newton à la fin du XVIIe siècle. Il réussit alors à décrire dans une théorie unique deux phénomènes apparemment différents : la chute des corps et le mouvement des astres. La deuxième interaction est l’électromagnétisme, réunissant forces électriques et magnétiques (unification de l’électrodynamique et du magnétisme en 1860 par Maxwell). La troisième force fondamentale est l’interaction faible, responsable de la radioactivité naturelle et artificielle ; c’est elle qui transforme un neutron en proton dans certains processus radioactifs. Enfin, la quatrième force fondamentale est l’interaction forte, qui assure la cohésion des protons et des neutrons pour former les noyaux des atomes. La physique des particules a déjà réussi à décrire les composants élémentaires de la matière et les interactions électromagnétique et faible dans un cadre unifié, appelé le « Modèle Standard ». L’ambition des physiciens des particules est maintenant de réussir à intégrer également l’interaction forte dans ce cadre. Cette généralisation conduit aux « Théories de Grande Unification », qui sont et seront testées auprès de gigantesques accélérateurs de particules ou d’autres installations spécifiques, comme les expériences auprès de faisceaux de neutrons ultra-froids.

Les particules élémentaires
Un des enjeux importants en physique des hautes énergies est l’identification du mécanisme qui engendre les masses des particules élémentaires qui composent notre Univers. Ce mécanisme est intimement lié à l’existence de lois de symétries qui gouvernent la description du monde des particules et des quatre interactions connues. Le modèle le plus favorisé actuellement prédit que la masse est issue de l’interaction des particules avec un champ invisible appelé « champ de Higgs ». Ce modèle a des conséquences phénoménologiques intéressantes puisqu’il prévoit l’existence d’au moins une nouvelle particule, le « boson de Higgs ».
Les processus d’apparition de ce boson étant très rares et sa signature dans les détecteurs difficile à mettre en évidence, cette particule a été recherchée sans succès jusque récemment. Les expériences ATLAS et CMS auprès du LHC (Large Hadron Collider), le collisionneur de protons du CERN1, ont en effet annoncé en juillet 2012 la découverte d'un nouveau boson dont les premières caractéristiques mesurées sont compatibles avec celles du boson de Higgs du modèle standard.

encart boson-higgs 2013 sab70 fr

GRANIT-ILLÉtude de l’interaction forte
Cet axe de recherche concerne la compréhension de la force forte qui assure la stabilité des noyaux d’atomes. Cette force domine l’interaction entre les quarks – des constituants élémentaires de la matière – et elle possède des propriétés remarquables décrites par la chromo-dynamique quantique (QCD). Les quarks restent ainsi confinés à l’intérieur du proton et la masse de ce dernier résulte non pas de la masse de ses constituants mais de leurs interactions.
Des avancées substantielles récentes, tant sur le plan expérimental que théorique, ont permis d’améliorer notre compréhension de la structure interne des protons et des neutrons. Les expériences au Jefferson Laboratory (USA), utilisant des sondes sensibles aux charges électriques ou faibles des quarks et à des énergies adaptées aux dimensions du nucléon, ont largement contribué à ces progrès.
L’étude du plasma de quarks et de gluons est une autre voie de recherche pour la compréhension de l’interaction forte. Les quarks sont confinés au sein des hadrons (protons et neutrons notamment), mais la QCD prédit l’existence d’un système déconfiné de quarks et de gluons, pour des conditions de température et de densité extrêmement élevées. Ces conditions qui prévalaient une microseconde (10-6 s) après le Big-Bang peuvent être reproduites en laboratoire : on utilise pour cela des collisions d’ions lourds ultra-relativistes auprès de certains accélérateurs comme le LHC.
De même, à l’échelle de distance immédiatement supérieure, l’objectif de la physique nucléaire est la compréhension de la structure des noyaux à partir des interactions entre les nucléons. Pour cela on explore les états extrêmes du noyau que ce soit en asymétrie neutrons/protons (noyaux exotiques), en charge (noyaux super lourds), en vitesse de rotation (noyaux super déformés) ou en énergie d’excitation (noyaux chauds). L’enjeu est la prédiction des modèles nucléaires – différentes théories prévoient la modification de l’organisation des nucléons dans le noyau loin de la stabilité – mais également des réactions astrophysiques qui sont responsables des abondances des noyaux trouvés sur la terre. Ces noyaux exotiques sont formés et étudiés auprès de grands instruments situés à l’ILL2, au GANIL3, au CERN et au GSI4.

reacteurs spectre senarioQuel nucléaire pour demain ?
Depuis la fin du siècle dernier, plusieurs problématiques ont relancé la recherche nationale sur les réacteurs nucléaires : la possibilité de détruire une partie des déchets produits par ces réacteurs, leur capacité à garantir une production durable d’énergie à partir de ressources qui restent à optimiser, sans sacrifier aux exigences de sûreté toujours accrues des systèmes nucléaires. L’étude de réacteurs innovants trouve également une résonance à l’échelle mondiale comme une possible solution à l’augmentation de la demande énergétique, à la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique et l’épuisement annoncé de certains combustibles fossiles.
Depuis plusieurs années, le CNRS5 en général et le LPSC en particulier, contribuent à l’effort de recherche qui porte sur les filières nucléaires basées sur l’utilisation du thorium comme combustible fertile et sur la possibilité de destruction des déchets à vie longue. Cette destruction peut en effet être effectuée dans des réacteurs dédiés comme les réacteurs sous-critiques pilotés par accélérateur.

medical-profileurApplications pour le médical
Dans le passé, la médecine a largement bénéficié du fruit des recherches menées en physique subatomique. Le LPSC perpétue cette tradition dans le secteur de la médecine nucléaire. Il a contribué à plusieurs efforts expérimentaux dans les domaines de l'hadronthérapie (traitement des cancers) et de la tomographie (imagerie).
Il travaille actuellement à l’amélioration de la sûreté en radiothérapie. La radiothérapie par photon utilise la technique de la modulation de l’intensité et de la forme du faisceau (IMRT), afin de délivrer le plus précisément possible la dose prescrite à la tumeur tout en limitant l’exposition des tissus sains. À ce jour, il n’existe aucun contrôle standard en ligne des caractéristiques du faisceau de photons en amont du patient. C’est pourquoi un détecteur pour la mesure en temps réel de la forme du faisceau d’irradiation en sortie d’accélérateur est en cours de développement. Naturellement de tels appareillages se mettent au point en relation étroite avec le service de radiothérapie du CHU de Grenoble.

source plasmaPhysique des Plasmas
Un groupe de recherche développe une thématique autour des Plasmas, Matériaux et Nanostructures. Avec la présence du service Sources d’ions, ceci permet de rassembler en un même lieu des compétences et un savoir-faire sur les plasmas micro-onde et en particulier les plasmas générés à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Les recherches fondamentales portent sur le développement de nouvelles générations de plasmas micro-ondes. Ceux-ci sont capables d’offrir des performances accrues (extension d’échelle et uniformité des plasmas), des conditions opératoires élargies (pression, volume) et un meilleur contrôle des procédés (gravure, dépôt) mis en œuvre.

accelerateurLes accélérateurs de particules aux multiples applications
Les accélérateurs de particules et leurs sources associées ont été utilisés, en premier lieu, comme sonde de la matière et de ses constituants fondamentaux pour explorer certaines interrogations de physique fondamentale. Au-delà de ces objectifs, qui sont toujours l’un des moteurs de leurs développements, les accélérateurs et les sources de particules trouvent maintenant de nombreuses applications dans le monde économique.
Pour répondre aux défis de la physique et de ses applications, il est nécessaire de développer des techniques aux limites de la connaissance actuelle, ce qui requiert des programmes de recherche et développement spécifiques.
Le LPSC, qui travaille depuis sa création sur la thématique des accélérateurs de particules, a créé un pôle Accélérateurs et Sources d’ions pour définir et prendre en charge de tels programmes. Le pôle assure la conception, la construction et la mise en œuvre de sources d’ions innovantes dédiées à la production d’ions mono ou multichargés et, de manière plus générale, d’accélérateurs de particules. Le pôle est plus particulièrement spécialisé dans les aspects liés à la dynamique de faisceau et à la radiofréquence. Ses activités se déclinent avec des études et des réalisations de systèmes ou sous-systèmes accélérateurs pour différents projets. De plus, le pôle assure une activité d’exploitation pour la physique du laboratoire.

GUINEVEREActuellement, le LPSC contribue à la construction du projet SPIRAL26, accélérateur d’ions radioactifs pour l’étude de la physique nucléaire sur le site du GANIL, aux machines composant la chaine d’accélération du CERN et enfin au développement des sources d’ions les plus compactes au monde permettant, entre autres, leur adaptation à de nombreux processus de traitement et d’analyse de matériaux. Dans le cadre des études sur les systèmes nucléaires du futur, le LPSC a développé un accélérateur pour le pilotage d’un prototype de réacteur innovant. L’accélérateur génère une source de neutrons versatile permettant la caractérisation en ligne du cœur.
Certaines tumeurs cancéreuses radio-résistantes peuvent être traitées par des irradiations de particules lourdes (protons, ions Carbone). Le LPSC a participé à la conception et à la mise en œuvre de telles machines médicales en Europe.


1. Organisation européenne pour la recherche nucléaire, Genève, Suisse
2. Institut Laue-Langevin, Grenoble
3. Grand accélérateur national d’ions lourds, Caen
4. Gesellschaft für Schwerionenforschung, Centre de recherche sur les ions lourds, Darmstat, Allemagne
5. Centre national de la recherche scientifique
6. Système de Production d’Ions RAdioactif en Ligne, Caen

Comprendre la structure de la matière, répondre à la question « de quoi l’Univers est-il fait ? » sont les thèmes centraux de recherche au LPSC.
Nous étudions ainsi les constituants fondamentaux de l’Univers et leurs interactions. Avec des techniques expérimentales complexes, de l’accélérateur de particules au télescope spatial, nous sondons la matière depuis 10-18 mètres, l’échelle des quarks qui composent protons et neutrons, jusqu’à 1026 mètres, le rayon de l’Univers observable.
Aux côtés de ces recherches fondamentales, d’autres axes plus appliqués et interdisciplinaires sont aussi développés tels que l’étude de réacteurs nucléaires innovants ou le développement de techniques utilisées pour le traitement des cancers. Récemment la physique des plasmas est devenue un axe de recherche du LPSC.

ATLASÉvolution de l’Univers
Depuis l’Antiquité, l’homme s’interroge sur la forme de l’Univers et sur son devenir. Aujourd’hui la théorie du Big-Bang est confortée par trois observations : l’expansion de l’Univers déduite de la vitesse d’éloignement des galaxies en fonction de leur distance, l’abondance de certains noyaux d’atomes tels que l’hélium ou le lithium formés quelques minutes seulement après le Big-Bang et la présence d’un bain thermique de photons à 3 K (soit -270°C). Ce dernier a été produit environ 300 000 ans après cet instant initial, lorsque matière et lumière se séparaient. Reste à savoir si, à grande échelle, l’espace-temps est plat ou courbe, si l’expansion de l’Univers se poursuivra éternellement ou non. Il faudra aussi en apprendre davantage sur l’épisode d’inflation qui s’est sans doute produit lors des tous premiers instants. Les réponses à ces questions sont de plus en plus précises grâce notamment à l’étude des petites fluctuations du bain thermique à 3 K ; celles-ci favorisent un univers plat et une expansion non seulement continue mais même accélérée.

PlanckComposition de l’Univers
De nombreuses mesures astrophysiques et cosmologiques permettent aujourd’hui d’accéder avec une grande précision à la répartition des différentes composantes de matière et d’énergie dans l’Univers. On dispose donc à présent d’une classification exhaustive et rigoureuse du contenu du Cosmos : rayonnement (négligeable), étoiles (0,5%), gaz (5%), entités non composées d’atomes usuels (25%), énergie d’accélération (70%). Mais, en contrepoint de ce succès, force est de constater que l’on ignore tout de la nature précise de la grande majorité de ces composantes physiques, soit de 95% de l’Univers ! Pour étayer cette description, il faut recourir à l’hypothèse de l’existence de nouvelles particules (par exemple les particules « supersymétriques ») et d’une énergie inconnue et mystérieuse (qui ne se dilue pas quand on en augmente le volume !). Cet étonnant visage de l’Univers invite à repenser ses constituants fondamentaux et témoigne d’une convergence effective entre des champs scientifiques aussi disjoints en apparence que la cosmologie et la physique des particules.

cosmiquesLe rayonnement cosmique
La Terre est en permanence bombardée par un flux d’environ 2000 particules chargées par seconde et par mètre carré au sommet de l’atmosphère. Ce rayonnement a permis la découverte de plusieurs particules élémentaires dans la première moitié du XXe siècle. Le domaine en énergie de ces particules est extrêmement vaste puisqu’il s’étend de quelques milliers d’électron-volts (pour les particules du vent solaire), jusqu’à cent milliards de milliards d’électron-volts environ (soit l’énergie d’une balle de fusil concentrée sur une particule unique beaucoup plus petite qu’un atome). Au-delà de la contribution du vent solaire dont les particules créent les aurores boréales, elles pourraient provenir pour la plupart des supernovae dans notre Galaxie. Les particules d’ultra-haute énergie ont vraisemblablement une origine extra-galactique qui reste assez mystérieuse. L’étude de ces particules et la recherche de leur origine fait l’objet d’expériences nombreuses et variées : depuis les instruments embarqués en ballon ou dans des satellites, en passant par les grands observatoires au sol qui s’étendent sur des milliers de kilomètres carrés pour détecter les rares particules d’ultra-haute énergie, et enfin les observatoires souterrains.

theorieLes forces fondamentales
Dans l’état actuel de nos connaissances, les forces fondamentales sont au nombre de quatre. La première, la gravitation, fût découverte par Newton à la fin du XVIIe siècle. Il réussit alors à décrire dans une théorie unique deux phénomènes apparemment différents : la chute des corps et le mouvement des astres. La deuxième interaction est l’électromagnétisme, réunissant forces électriques et magnétiques (unification de l’électrodynamique et du magnétisme en 1860 par Maxwell). La troisième force fondamentale est l’interaction faible, responsable de la radioactivité naturelle et artificielle ; c’est elle qui transforme un neutron en proton dans certains processus radioactifs. Enfin, la quatrième force fondamentale est l’interaction forte, qui assure la cohésion des protons et des neutrons pour former les noyaux des atomes. La physique des particules a déjà réussi à décrire les composants élémentaires de la matière et les interactions électromagnétique et faible dans un cadre unifié, appelé le « Modèle Standard ». L’ambition des physiciens des particules est maintenant de réussir à intégrer également l’interaction forte dans ce cadre. Cette généralisation conduit aux « Théories de Grande Unification », qui sont et seront testées auprès de gigantesques accélérateurs de particules ou d’autres installations spécifiques, comme les expériences auprès de faisceaux de neutrons ultra-froids.

Les particules élémentaires
Un des enjeux importants en physique des hautes énergies est l’identification du mécanisme qui engendre les masses des particules élémentaires qui composent notre Univers. Ce mécanisme est intimement lié à l’existence de lois de symétries qui gouvernent la description du monde des particules et des quatre interactions connues. Le modèle le plus favorisé actuellement prédit que la masse est issue de l’interaction des particules avec un champ invisible appelé « champ de Higgs ». Ce modèle a des conséquences phénoménologiques intéressantes puisqu’il prévoit l’existence d’au moins une nouvelle particule, le « boson de Higgs ».
Les processus d’apparition de ce boson étant très rares et sa signature dans les détecteurs difficile à mettre en évidence, cette particule a été recherchée sans succès jusque récemment. Les expériences ATLAS et CMS auprès du LHC (Large Hadron Collider), le collisionneur de protons du CERN1, ont en effet annoncé en juillet 2012 la découverte d'un nouveau boson dont les premières caractéristiques mesurées sont compatibles avec celles du boson de Higgs du modèle standard.

encart boson-higgs 2013 sab70 fr

GRANIT-ILLÉtude de l’interaction forte
Cet axe de recherche concerne la compréhension de la force forte qui assure la stabilité des noyaux d’atomes. Cette force domine l’interaction entre les quarks – des constituants élémentaires de la matière – et elle possède des propriétés remarquables décrites par la chromo-dynamique quantique (QCD). Les quarks restent ainsi confinés à l’intérieur du proton et la masse de ce dernier résulte non pas de la masse de ses constituants mais de leurs interactions.
Des avancées substantielles récentes, tant sur le plan expérimental que théorique, ont permis d’améliorer notre compréhension de la structure interne des protons et des neutrons. Les expériences au Jefferson Laboratory (USA), utilisant des sondes sensibles aux charges électriques ou faibles des quarks et à des énergies adaptées aux dimensions du nucléon, ont largement contribué à ces progrès.
L’étude du plasma de quarks et de gluons est une autre voie de recherche pour la compréhension de l’interaction forte. Les quarks sont confinés au sein des hadrons (protons et neutrons notamment), mais la QCD prédit l’existence d’un système déconfiné de quarks et de gluons, pour des conditions de température et de densité extrêmement élevées. Ces conditions qui prévalaient une microseconde (10-6 s) après le Big-Bang peuvent être reproduites en laboratoire : on utilise pour cela des collisions d’ions lourds ultra-relativistes auprès de certains accélérateurs comme le LHC.
De même, à l’échelle de distance immédiatement supérieure, l’objectif de la physique nucléaire est la compréhension de la structure des noyaux à partir des interactions entre les nucléons. Pour cela on explore les états extrêmes du noyau que ce soit en asymétrie neutrons/protons (noyaux exotiques), en charge (noyaux super lourds), en vitesse de rotation (noyaux super déformés) ou en énergie d’excitation (noyaux chauds). L’enjeu est la prévision des modèles nucléaires – différentes théories prévoient la modification de l’organisation des nucléons dans le noyau loin de la stabilité – mais également des réactions astrophysiques qui sont responsables des abondances des noyaux trouvés sur la terre. Ces noyaux exotiques sont formés et étudiés auprès de grands instruments situés à l’ILL2, au GANIL3, au CERN et au GSI4.

reacteurs spectre senarioQuel nucléaire pour demain ?
Depuis la fin du siècle dernier, plusieurs problématiques ont relancé la recherche nationale sur les réacteurs nucléaires : la possibilité de détruire une partie des déchets produits par ces réacteurs, leur capacité à garantir une production durable d’énergie à partir de ressources qui restent à optimiser, sans sacrifier aux exigences de sûreté toujours accrues des systèmes nucléaires. L’étude de réacteurs innovants trouve également une résonance à l’échelle mondiale comme une possible solution à l’augmentation de la demande énergétique, à la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique et l’épuisement annoncé de certains combustibles fossiles.
Depuis plusieurs années, le CNRS5 en général et le LPSC en particulier, contribuent à l’effort de recherche qui porte sur les filières nucléaires basées sur l’utilisation du thorium comme combustible fertile et sur la possibilité de destruction des déchets à vie longue. Cette destruction peut en effet être effectuée dans des réacteurs dédiés comme les réacteurs sous-critiques pilotés par accélérateur.

medical-profileurApplications pour le médical
Dans le passé, la médecine a largement bénéficié du fruit des recherches menées en physique subatomique. Le LPSC perpétue cette tradition dans le secteur de la médecine nucléaire. Il a contribué à plusieurs efforts expérimentaux dans les domaines de la hadronthérapie (traitement des cancers) et de la tomographie (imagerie).
Il travaille actuellement à l’amélioration de la sûreté en radiothérapie. La radiothérapie par photon utilise la technique de la modulation de l’intensité et de la forme du faisceau (IMRT), afin de délivrer le plus précisément possible la dose prescrite à la tumeur tout en limitant l’exposition des tissus sains. À ce jour, il n’existe aucun contrôle standard en ligne des caractéristiques du faisceau de photons en amont du patient. C’est pourquoi un détecteur pour la mesure en temps réel de la forme du faisceau d’irradiation en sortie d’accélérateur est en cours de développement. Naturellement de tels appareillages se mettent au point en relation étroite avec le service de radiothérapie du CHU de Grenoble.

source plasmaPhysique des Plasmas
Un groupe de recherche développe une thématique autour des Plasmas, Matériaux et Nanostructures. Avec la présence du service Sources d’ions, ceci permet de rassembler en un même lieu des compétences et un savoir-faire sur les plasmas micro-onde et en particulier les plasmas générés à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Les recherches fondamentales portent sur le développement de nouvelles générations de plasmas micro-ondes. Ceux-ci sont capables d’offrir des performances accrues (extension d’échelle et uniformité des plasmas), des conditions opératoires élargies (pression, volume) et un meilleur contrôle des procédés (gravure, dépôt) mis en œuvre.

accelerateurLes accélérateurs de particules aux multiples applications
Les accélérateurs de particules et leurs sources associées ont été utilisés, en premier lieu, comme sonde de la matière et de ses constituants fondamentaux pour explorer certaines interrogations de physique fondamentale. Au-delà de ces objectifs, qui sont toujours l’un des moteurs de leurs développements, les accélérateurs et les sources de particules trouvent maintenant de nombreuses applications dans le monde économique.
Pour répondre aux défis de la physique et de ses applications, il est nécessaire de développer des techniques aux limites de la connaissance actuelle, ce qui requiert des programmes de recherche et développement spécifiques.
Le LPSC, qui travaille depuis sa création sur la thématique des accélérateurs de particules, a créé un pôle Accélérateurs et Sources d’ions pour définir et prendre en charge de tels programmes. Le pôle assure la conception, la construction et la mise en œuvre de sources d’ions innovantes dédiées à la production d’ions mono ou multichargés et, de manière plus générale, d’accélérateurs de particules. Le pôle est plus particulièrement spécialisé dans les aspects liés à la dynamique de faisceau et à la radiofréquence. Ses activités se déclinent avec des études et des réalisations de systèmes ou sous-systèmes accélérateurs pour différents projets. De plus, le pôle assure une activité d’exploitation pour la physique du laboratoire.

GUINEVEREActuellement, le LPSC contribue à la construction du projet SPIRAL26, accélérateur d’ions radioactifs pour l’étude de la physique nucléaire sur le site du GANIL, aux machines composant la chaine d’accélération du CERN et enfin au développement des sources d’ions les plus compactes au monde permettant, entre autres, leur adaptation à de nombreux processus de traitement et d’analyse de matériaux. Dans le cadre des études sur les systèmes nucléaires du futur, le LPSC a développé un accélérateur pour le pilotage d’un prototype de réacteur innovant. L’accélérateur génère une source de neutrons versatile permettant la caractérisation en ligne du cœur.
Certaines tumeurs cancéreuses radio-résistantes peuvent être traitées par des irradiations de particules lourdes (protons, ions Carbone). Le LPSC a participé à la conception et à la mise en œuvre de telles machines médicales en Europe.


1. Organisation européenne pour la recherche nucléaire, Genève, Suisse
2. Institut Laue-Langevin, Grenoble
3. Grand accélérateur national d’ions lourds, Caen
4. Gesellschaft für Schwerionenforschung, Centre de recherche sur les ions lourds, Darmstat, Allemagne
5. Centre national de la recherche scientifique
6. Système de Production d’Ions RAdioactif en Ligne, Caen

Le LPSC, qui est un laboratoire de recherche fondamentale, a également de grandes opportunités de valorisation de ses travaux de recherche. Les actions de valorisation peuvent relever des connaissances, savoir-faire et équipements du laboratoire, ou résulter de ses capacités de fabrication et de réalisation. Elles peuvent aussi donner lieu à des partenariats en vue de développement d’innovations. Dans les faits, le LPSC est fort d’une tradition de plus 25 ans de valorisation et de collaboration étroite avec des industriels.

Ces collaborations prennent diverses formes :

  • Contrats de conseils : conseil individuel (contrat avec un expert), ou encore équipe conseil. Dans ce dernier cas le contrat est passé avec le laboratoire.
  • Contrats de prestation de service qui peuvent aller de la simple prestation ponctuelle à des contrats sur plusieurs années.
  • Contrats de collaboration de recherche qui peuvent concerner des développements innovants, des encadrements de doctorants (bourses CIFRE1 ou autres) ou des formations d’ingénieurs ou de techniciens.
  • Accueil d’industriels dans les locaux du LPSC et mise en place d’équipes communes de Recherche et Développement.

Principaux domaines de valorisation du LPSC :

  • Mesure des faibles radioactivités.
  • Instrumentation médicale.
  • Développement d’accélérateurs innovants pour l’hadronthérapie.
  • Développement de sources de plasmas et d’ions pour l’implantation et les traitements de surfaces.
  • Conception et développement de nouvelles technologies plasma, applications à la production d’espèces ciblées et aux traitements de surface.
  • Réalisation d’ensembles mécaniques complexes.
  • Tissage de plans de fils pour détecteurs type Charpak.
  • Développement de logiciels.
  • Développement de circuits intégrés spécifiques.

    valo-electronique

    Convertisseur analogique/digital
    12 bits de type pipeline

    valo-plasma

    Réseau de micro-décharges
    pour traitement de surfaces

    Compétences du laboratoire

    (En italique : compétences spécifiques)

    Suivi de projet et de sous-traitance, analyse de risques, gestion de projet, achats, logistique.

    Instrumentation en physique nucléaire et en physique des particules

    • Détecteurs et Instrumentation

    Détecteurs gazeux, tissage de plans de fils, plans métalliques pour cathodes, photodétection, optique, contrôle commande, systèmes d’acquisition, systèmes embarqués, chimie et matériaux, couches minces.

    Tests unitaires de logiciels embarqués de qualité spatiale

    • Mécanique

    Étude, conception et réalisation d’ensembles mécaniques complexes, usinage 3D, techniques du vide et de cryogénie, thermique et thermomécanique, systèmes de thermalisation et basse température, simulations mécaniques, CFAO, chaudronnerie, soudure.

    Matériaux composites, électroérosion à fil

    • Électronique

    Électronique analogique et numérique, microélectronique, conception de cartes électroniques et d’ASIC, montage et câblage.

    Techniques spatiales, compatibilité électromagnétique, chambre à étincelles

    • Informatique

    Déploiement de ressources, exploitation, Linux et Windows, sécurité informatique, développement de bases de données, programmation, contrôle/commande de systèmes embarqués, grille de calcul.

    Climatisation en freecooling de salles informatiques

    • Plasmas et Matériaux

    Plasmas micro-onde distribués, caractérisation expérimentale, modélisation, prospectives, pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire, dépôt physique ou chimique en phase vapeur assisté par plasma, implantation ionique par immersion plasma, gravure plasma, production d’ions H-/D-.

    • Accélérateurs

    Conception et construction d’accélérateurs nucléaires, dynamique de faisceau, optique ionique et électronique, magnétisme (calcul et mesures), radiofréquence, haute tension, alimentations, compatibilité électromagnétique, commande par fibre optique, polarimétrie à électrons, photo-injecteurs.

    Réacteurs pilotés par accélérateur, hadronthérapie

    • Sources d’ions

    Sources d’ions multichargés, faisceaux d’ions, optique ionique, spectrométrie de masse, électrostatique, champs magnétiques intenses, aimants permanents, bobines supraconductrices haute température, électrotechnique de puissance, simulation 3D de champs magnétiques, simulation des trajectoires ioniques, dépôt physique multicomposante en phase vapeur assisté par faisceaux d’ions, implantation ionique par faisceaux d’ions.

    Hyperfréquences de 2,45 à 28 GHz, spectrométrie UV, micro décharges ECR


    1. Convention industrielle de formation par la recherche

     

    Le laboratoire LPSC est une Unité Mixte de Recherche. Ses tutelles sont l’Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3) du CNRS, l’université Grenoble Alpes (UGA) et l’école Grenoble INP. Il est localisé sur deux sites : le site principal est localisé au sein du polygone scientifique de Grenoble, tandis que la plateforme nationale souterraine LSM est localisée à Modane. 

    Le personnel du laboratoire, au cœur de notre activité de recherche, est composé d’environ 220 personnes. Le LPSC compte près de 40 chercheurs CNRS, 19 enseignant-chercheurs de l’UGA et 9 de Grenoble-INP. Le personnel ITA représente plus de 90 personnes, dont 85 agents du CNRS. Enfin, le laboratoire accueille en ses murs environ 35 doctorants et 15 post-doctorants et CDD, auxquels s’ajoutent quelques 50 stagiaires de tous niveaux chaque année.

    Si les ressources financières récurrentes du laboratoire proviennent principalement de nos tutelles, le CNRS et l’université, ces dernières années une part croissante de nos moyens provient de trois LABEx desquels le LPSC est partenaire (ENIGMASS, FOCUS et PRIMES) et d'un EQUIPEx (BEDOFIH), dans le cadre des investissements d'avenir. Enfin, une part importante des financements provient des réponses aux appels à projets nationaux et internationaux (ANR et Europe).

    La recherche au laboratoire

     La mission du laboratoire concerne la recherche fondamentale dans les domaines au cœur de l’IN2P3 : la physique des particules, nucléaire, astroparticules, la cosmologie ainsi que leurs applications et développements pour l’énergie nucléaire et la santé, les accélérateurs et les sources d’ions et les plasmas.

     L’organisation du laboratoire se décline selon quatre axes scientifiques distincts auxquels contribuent des équipes de recherche : « des quarks aux noyaux », « astroparticules, cosmologie et neutrinos», « énergie et santé » et « accélérateurs, sources d’ions et plasma ». Elle met en lien les équipes de recherche et des services techniques, qui réunissent les compétences indispensables à la mise en œuvre des projets à tous les niveaux. Les activités de recherche se déclinent au sein d’une « politique projets » intégrée à une démarche qualité à chaque étape.

     Un Conseil Scientifique évalue la pertinence des projets de recherche, et un Comité de Revue Technique de Projets s’assure de l’adéquation des moyens requis avec les plans de charge des services techniques. Ces deux instances consultatives aident à la définition et la mise en œuvre du programme scientifique.

     Les quatre axes de recherche ont connu une série de faits marquants lors des deux dernières années – ils sont décrits en détails dans les chapitres qui leur sont consacrés.

    Les axes de recherche

    Axe 1 : Des particules aux noyaux

    Physique des particules : Faisant suite à l’extraordinaire découverte du boson de Higgs en 2012, les objectifs de l’équipe ATLAS concernent la caractérisation de la nature de la brisure spontanée de la symétrie électrofaible et la recherche de signes d’une physique au-delà du Modèle Standard de la physique des particules. Après une contribution historique sur le détecteur pied-de gerbe du calorimètre de l’expérience, l’équipe ATLAS s’est impliquée fortement dans les analyses des données du Run-1 à 8 TeV ainsi que dans celle du run-2 débuté en 2015 à 13 TeV. L’équipe se consacre d’une part à la recherche de candidats à la matière noire, dans les événements monophotons, et à la détection de nouvelles résonances dans les états finaux diphotons ou contenant des quarks top. D’autre part elle couvre une série de mesures de précision associées à la production du quark top. Préparant le futur de la physique des collisionneurs, ces activités d’analyse sont poursuivies en parallèle à un investissement croissant dans les R&D détecteurs internes prévus pour l’expérience ATLAS lors de la période de haute luminosité du LHC entre 2023 et 2030, ainsi que des R&D sur la calorimétrie en lien avec les futurs collisionneurs e+e-.

    Physique du plasma de quarks et gluons : L’équipe ALICE a organisé sa participation à cette expérience autour de la construction des modules du calorimètre électromagnétique de l’expérience, EMcal, mis en place pour le run I du LHC, puis de son extension, le DCAL, pour le run II (2015-2018) avec la conception du déclenchement de premier niveau. L’équipe s’est investie dans l’étalonnage de ces détecteurs et a mis à profit son expertise technique dans les algorithmes de reconstruction et d’identification des photons et des jets dans le détecteur ALICE. Le groupe est impliqué dans la mesure de jet quenching et l’étude des corrélations photon-hadron et photon-jet, qui constituent des sondes permettant de caractériser le plasma quark-gluon.

    Physique nucléaire : L’équipe de « structure nucléaire » est impliquée dans l’exploration des états extrêmes du noyau, notamment l’asymétrie neutrons/protons (noyaux exotiques), en charge (noyaux super-lourds), en vitesse de rotation (noyaux super-déformés) ou en énergie d’excitation (noyaux chauds). Les études se focalisent sur l’étude des noyaux exotiques riches en neutrons proches des noyaux doublement magiques du 132Sn, et du 78Ni ainsi que dans la région de masse A~100 et 150, qui a déjà permis l’identification de nouveaux isomères, et leur interprétation dans le cadre du modèle en couches. Les expériences ont eu lieu auprès de l’installation de l’ILL, qui permet de produire ces noyaux par fissions induites par des neutrons thermiques issus du réacteur, ainsi qu’auprès des installations du Riken (Japon) et de Jyvaskula (Finlande).

    Physique des neutrons ultra-froids : l’équipe UCN est impliquée dans deux expériences utilisant des neutrons ultra-froids et oriente également ses recherches vers la détection de signes d’une physique au-delà du Modèle Standard de la physique des particules. Ses membres sont impliqués dans l’expérience GRANIT, sise à l’ILL, qui mesure les niveaux des états quantiques du neutron dans le champ gravitationnel, et dans l’expérience nEDM dédiée à la mesure d’un moment dipolaire électrique du neutron sur le site de PSI (Suisse).

    Physique Théorique des Particules : l’équipe de physique théorique s’organise autour de deux thématiques principales, liées aux implications du LPSC en physique des particules. Elle comprend une activité sur la phénoménologie des modèles au-delà du Modèle Standard, notamment dans le domaine de la super-symétrie, qui conduit à l’élaboration d’outils théoriques et de cadres interprétatifs plus larges permettant l’intégration des observables des collisionneurs et du domaine astrophysique. Le second axe concerne les calculs de précision autour de la chromodynamique quantique (QCD) avec des travaux sur l’inclusion des corrections quantiques à certaines observables, et sur les fonctions de distributions partoniques nucléaires. Ces activités sont couplées aux activités expérimentales menées par les équipes ATLAS et ALICE du laboratoire.

     

    Axe 2 : Astroparticules, cosmologie et neutrinos

    Physique des rayons cosmiques : Les études entreprises sur les rayons cosmiques galactiques s’inscrivent dans une longue tradition au LPSC. Elles sont organisées au laboratoire au sein de deux équipes de recherche : AMS-CREAM d’une part et AUGER d’autre part. La première équipe étudie les rayons cosmiques de haute énergie, qui proviennent principalement de la galaxie. Les recherches visent à la compréhension des processus de production et de propagation des rayons cosmiques, et à l’étude de certaines de ses composantes permettant par exemple de sonder la présence de matière noire dans la galaxie via les particules produites dans leur annihilation. L’objectif d’AMS-02 (installé depuis mai 2011 sur la station spatiale internationale) est la mesure « définitive » de la composition du RC d’énergie entre la centaine de MeV et le TeV. Le LPSC a été impliqué dans la conception et la construction de l’imageur Cerenkov. Le groupe a fourni une mesure indépendante (de l'analyse standard) de la fraction de positrons en utilisant le RICH à basse énergie et joue un rôle moteur pour les mesures des flux de protons et d’hélium dans AMS. Son objectif est la mesure entre 1 TeV et 1 PeV. L'analyse des mesures prises lors des vols nous a permis de reconstruire les flux des noyaux B, C, N, O et du rapport B/C dans le rayonnement cosmique. Les expériences AMS et CREAM permettent de couvrir des gammes complémentaires en énergie.

    AUGER est une expérience qui permet l’accès aux rayons cosmiques de ultra-haute énergie au-delà du PeV via l’étude des gerbes résultant de l’interaction des primaires avec les couches de l’atmosphère. L’équipe s’est investie plus particulièrement dans la mesure de flux des neutrinos de ultra-haute énergie, apportant des contraintes sur les mécanismes de production des rayons cosmiques (neutrinos cosmogoniques ou GZK, …) ainsi que dans l’étude et la modélisation des interactions hadroniques. Enfin, le groupe a conduit des R&D sur la détection radio des gerbes atmosphériques du MHz au GHz (AREA, EASIER), comme alternative ou complément possible aux observations par les détecteurs au sol (cuves Cerenkov et détecteur de fluorescence). Il s’oriente maintenant vers la détermination de la nature des primaires dans le cadre d’un upgrade des détecteurs au sein duquel le laboratoire prend une part active sur l’électronique.

    En soutien à ces recherches expérimentales s’est développée une activité de phénoménologie sur les modèles de propagation des rayons cosmiques et l’interprétation des catalogues de sources X en termes de profil de matière noire, qui bénéficie à l’ensemble de ces projets.

    Cosmologie observationnelle: Le projet LSST est un télescope qui permettra dès 2021 de dresser une carte 3D de l'Univers avec une profondeur et une précision inégalées. Le formidable catalogue de plusieurs milliards de galaxies lointaines observées par le télescope permettra une étude sans précédent de notre Univers et fournira des informations capitales en cosmologie. L'étude des oscillations baryoniques, par exemple, permettra de mieux comprendre l'énergie noire qui représente 70% de la densité d'énergie de notre Univers. L’équipe LSST du LPSC est impliquée dans la reconstruction des redshifts photométriques des galaxies, qui constituent un élément crucial de l’analyse du télescope. Elle endosse également la responsabilité instrumentale de la mise en place d’un banc d’étalonnage de la caméra (CCOB) et de la construction du chargeur de filtres de cette dernière (mécanique, électronique).  

    Etude du Fond diffus cosmologique : Le groupe PLANCK/NIKA du LPSC a été fortement impliquée dans la construction de l’instrument HFI de PLANCK et son électronique d’acquisition. Son implication lui a permis de jouer un rôle majeur dans l’analyse et l’interprétation des données ayant conduit à la publication des cartes en différentes fréquences. Les activités d’analyse du groupe ont porté sur les études d’effet de lentille gravitationnelle, l’étude des émissions d’avant-plans et des biais systématiques liées à la polarisation du CMB. Les publications de Planck feront date et ont jeté une lumière nouvelle sur l’univers primordial et permis de contraindre fortement les modèles cosmologiques. Le futur de l'étude du Fond Diffus Cosmologique dans le domaine millimétrique passe par des matrices de détecteurs afin de pouvoir augmenter la sensibilité des instruments pour la mesure des modes B en polarisation, et atteindre une haute résolution angulaire pour une étude détaillée des amas de galaxies par effet SZ et de l'époque de ré-ionisation de l’univers. Dans ce cadre, les caméras à base de Kinetic Inductance Detectors (KIDs) peuvent jouer un rôle majeur et l’équipe s’investit depuis quelques années dans les R&D liés au développement de cette technologie et de sa spatialisation, en vue du futur satellite CMB qui pourrait faire l’objet d’une mission de type M de l’ESA d’ici 2030. Dans l’intervalle, l’équipe s’est consacrée à la construction de l’électronique complète d’une matrice de KIDs utilisée sur le télescope de l’IRAM. Ce projet qui a vu la construction et l’exploitation d’une caméra bi-bande (140 et 240 GHz) de matrices de KIDs (5000 détecteurs) permet des observations en intensité et en polarisation dans le domaine millimétrique au télescope de l’IRAM. L’équipe a pris le leadership dans la conduite du programme NIKA2 sur l’étude des grandes structures par effet SZ d’une campagne qui débutera en 2016 pour une période de 5 années.

    Détection directe de matière noire : L’équipe MIMAC du laboratoire est impliqué depuis 10 ans dans le développement d’une méthode de détection innovante de matière noire, mettant à profit le mouvement du système solaire autour du centre galactique à travers le halo de matière noire. Il s’agit du développement d’une TPC très basse pression qui permet la reconstruction à la fois de l’énergie et de la direction des reculs nucléaires mis en jeu lors de l’interaction du candidat matière noire avec le milieu gazeux du détecteur. L’équipe a conçu et réalisé plusieurs prototypes de ce détecteur (mécanique, électronique) et a démontré avec un succès remarqué le principe de détection, la reconstruction de la trace et de l’énergie mise en jeu, ainsi que la portée des contraintes dans l’interprétation phénoménologique des résultats. Cette équipe se structure en une collaboration étendue à l’international en vue de préparer un démonstrateur de 1m3, 1ère étape indispensable vers une expérience de plus grande dimension.

    Physique des neutrinos : En 2011, la révélation d’un biais dans les calculs de flux des anti-neutrinos de réacteur a déclenché la ré-analyse d’expériences à courte distance (10-100 m) de réacteurs. Le résultat est un déficit moyen de 7% des neutrinos détectés par rapport aux nouvelles prédictions. Cette « anomalie des neutrinos de réacteur » pourrait s’expliquer par l'existence d'un nouvel état du neutrino, dit stérile. Si elle est avérée, l’existence de cette particule serait une découverte majeure, avec un impact fort dans la physique des particules et la cosmologie. STEREO propose une mesure de précision à 10 m du cœur compact du réacteur de recherche de l’ILL qui est installé depuis septembre 2016. L’équipe du LPSC a la responsabilité de la simulation de l’expérience, de l’ensemble de l’électronique et de l’acquisition de données, du détecteur veto de muon cosmiques et du système de calibration par injection de lumière

     

    Axe 3 : Energie et santé

    Physique des réacteurs : La thématique portant sur les réacteurs nucléaires est portée par le groupe le plus important, en termes d’effectifs, au LPSC. Les activités de ce groupe s’effectuent dans le cadre de la Mission Interdisciplinaire (MI) du CNRS et dans le cadre des programmes européens. Elles se distribuent autour de trois grands types de systèmes aux objectifs stratégiques distincts : les réacteurs pilotés par accélérateurs (ADS), envisagés pour la transmutation de certains déchets nucléaires actuels ; les réacteurs à combustibles solides pour les réacteurs des technologies à eau actuels (REP,CANDU), destinés à assurer la transition vers une nouvelle génération de réacteurs en utilisant possiblement un nouveau cycle Thorium en alternative au cycle Uranium traditionnellement utilisé ; enfin les réacteurs à combustible liquide (MSFR), de technologie innovante et représentant un des six candidats étudiés pour la 4eme génération de réacteurs inscrits au forum international GEN IV. Ces derniers types de réacteurs prévoient l’utilisation d’un nouveau combustible basé sur le cycle Thorium-Uranium-233. Les activités du groupe s’appuient sur le développement d’outils de simulation, de modélisation des réacteurs et sur des études de scénarios de déploiement des parcs correspondants. Les validations expérimentales reposent sur la mesure des données nucléaires et physico-chimiques associées à ces systèmes. Au laboratoire, ces activités s’effectuent sur la plateforme neutronique GENEPI2 et sur la plateforme de chimie nucléaire FFFER. La composition du groupe, formé au 2/3 par des enseignants chercheurs (Grenoble INP et UGA) permet d’assurer un lien très étroit et bénéfique avec le milieu académique.

    Physique des Applications médicales : L’équipe de physique des applications médicales a connu une restructuration significative ces dernières années. Elle s’organise aujourd’hui selon trois projets scientifiques : le premier concerne le développement et la réalisation d’un profileur de faisceaux utilisé dans le cadre de séance de radio-thérapie-X. Le prototype final est en cours de validation et cette activité donnera lieu à une valorisation dans les années à venir. Le deuxième axe concerne le développement d’une activité sur l’Accelerator Based Neutron Capture Thérapie (ABNCT), technique basée sur l’utilisation d’un faisceau de neutrons (épi-)thermiques intense irradiant des molécules Borées ou des nanoparticules métalliques injectées au préalable dans le patient. Fixées sur les cellules tumorales, elles jouent le rôle d’amplification de doses délivrée au niveau local. Au laboratoire, le projet s’intéresse aux points clefs de cette technique que sont la conception de cibles destinées à la production du faisceau de neutrons de haute intensité, et la mesure précise du flux de neutrons en sortie de l’appareillage cible et du modérateur. Le troisième axe concerne le développement d’un moniteur de faisceaux pour la hadron-thérapie, basé sur une la technologie diamant (polycristallin) dont les propriétés permettent la réalisation d’un détecteur rapide et résistant aux radiations. Ces trois axes s’inscrivent dans le cadre du GDR MI2B et plus généralement dans le cadre des activités soutenues par le labex PRIMES. Ils bénéficient du transfert d ‘expertises de personnes d’autres équipes qui travaillent en lien étroit sur ces projets avec l’équipe des applications en physique médicale.


    Axe 4 : Accélérateurs, sources d’ions et plasma-matériaux

    Accélérateurs et source d’ions : Le pôle accélérateurs et source d’ions constitue un atout majeur du LPSC et bénéficie d’une très grande visibilité. Connecté étroitement aux grands projets de l’IN2P3, ses activités sont effectuées dans le cadre de collaboration avec des laboratoires du milieu grenoblois (LNCMI, Néel, ILL), et ont donné lieu à des aspects de valorisation déclinés en termes d’expertise ou de livraison de réalisations de haute technologie et de savoir faire. L’équipe a une forte contribution aussi bien à la phase 1 qu’à la phase 2 de SPIRAL2. Pour la phase 1, le service assure la responsabilité de la conception, la construction et les tests de sources d’ions multichargés de haute intensité. Une des expertises du laboratoire concerne en effet le développement des sources d’ions à Résonance Cyclotronique Electronique (ECR). Le LPSC a pris en charge la construction et les tests de la ligne de basse énergie ions lourds, en collaboration avec le GANIL, l’IRFU (CEA) et l’IPHC. Pour la phase 2, le service assure la conception, construction et tests du booster de charge (multi-ionisation des ions radioactifs en vue de leur accélération). Le développement des sources d’ions ECR bénéficie également d’un programme de R&D (60 GHz). Les équipes sources d’ions et accélérateurs sont impliquées dans le projet SPIRAL2, pour lequel il a eu la responsabilité de la conception et la réalisation des coupleurs de puissance pour les cavités RF supraconductrices. En parallèle, le groupe s’est impliqué fortement dans la thématique des générateurs de neutrons pulsés intenses, dans le cadre des activités du groupe des réacteurs nucléaire. C’est notamment un des acteurs majeurs du projet GUINEVERE pour la parte accélération et couplage de ce type de sources de neutrons à un réacteur (VENUS), dans le cadre de recherche sur les réacteurs pilotés par accélérateur. Enfin, l’équipe continue à développer des compétences sur les futurs injecteurs de protons non pulsés de haute intensité dans le cadre du programme MYRRHA.

    Plasma et matériaux : Les thèmes de recherche se situent dans le domaine du plasma et des technologies associées, allant de l’étude fondamentale jusqu’au transfert industriel. Il s’agit essentiellement des plasmas haute fréquence (de 352 MHz à 2,45 GHz) couvrant un domaine en pression allant de la très basse pression (plasmas magnétisés) jusqu’à la dizaine de Torr (plasmas non-magnétisés). Du point de vue fondamental, les travaux de recherche portent sur l’interaction et le couplage de l’onde électromagnétique avec le plasma, les mécanismes de production sélective d’espèces chargées ou chimiquement actives, l’interaction du plasma avec la surface. En ce qui concerne les aspects technologiques et applicatifs, il s’agit, d’une part, du développement des nouvelles générations de sources plasma pour des applications spécifiques et capables de répondre à des exigences industrielles (procédés qui requièrent uniformité sur grandes surfaces et/ou grande vitesse) et, d’autre part, du développement des procédés de synthèse des matériaux fonctionnels innovants. Bien que fortement enchevêtrées, ces activités peuvent être groupées en trois axes de recherche : Physique et ingénierie des sources plasma ; Procédés pour l’énergie ; Procédés pour détecteurs.

     

    Les services techniques du laboratoire

    Les services techniques constituent un atout majeur pour le laboratoire. Ils apportent notamment une expertise dans des domaines de pointe, laquelle a débouché dans des prises de responsabilité extrêmement visibles dans de nombreux projets nationaux et internationaux.

    Le service électronique (SE), le service d’étude et de réalisation mécanique (SERM), le service détecteurs & instrumentation (SDI) et le service informatique (SI), permettent l’élaboration, la R&D, la construction, la mise en œuvre et la maintenance de détecteurs ou systèmes au cœur des projets scientifiques du laboratoire. Ils sont organisés en métier et offrent les personnels et l’environnement technique nécessaire à l’accomplissement des projets. Au sein de chaque service, les personnels se répartissent sur plusieurs projets avec un degré d’investissement définis par les priorités scientifiques du laboratoire en lien avec le chef de service qui fixe le plan de charge du service. Ces services techniques permettent également de constituer de nouvelles expertises, dans le cadre de R&D génériques, qui trouvent leur application dans les futurs projets de l’institut (LHC phase 2, ILC, LSST, Nika, Auger, Neutrino).

    Le service administratif et financier joue un rôle important dans la gestion des liens avec les tutelles nationales de l’IN2P3 et de la Délégation du CNRS, ainsi que les tutelles universitaires. Réactif et efficace, ce dernier apporte un soutien essentiel aussi bien aux agents dans la gestion de leur carrière au quotidien que dans le montage et le suivi administratif des dossiers dans le cadre protéiforme des guichets financiers : appels à projets universitaires, nationaux et internationaux (ANR), labex et equipex, ainsi que dans celui des projets européens.

    Le laboratoire bénéficie également d’actions ciblées et récurrentes du service de communication et documentation, qui assure le suivi des productions scientifiques des agents du laboratoire, contribuant ainsi à la visibilité du laboratoire en direction de nos tutelles et instances d’évaluation comme l’HCERES. Il conduit également des actions de communication auprès du grand public et apporte un soutien à l’organisation des conférences et ateliers au laboratoire.

    Enfin, le laboratoire et son personnel bénéficient de l’action du service hygiène et sécurité, en lien avec le service infrastructure et patrimoine, éléments centraux dans la mise en place des infrastructures adaptées aux projets dans le cadre de conditions de sureté optimale, et ce dans l’ensemble des bâtiments du laboratoire, incluant halls d’expérience et ateliers de construction.

    Le bon fonctionnement de ces services, grâce à l’implication de ses agents, est à la base de la cohésion de la communauté et constitue l’environnement propice au déroulement des programmes scientifiques et techniques du laboratoire.

     

     

    Sous-catégories