L', en abrégé ESRF (en français « Installation européenne de rayonnement synchrotron »), société civile de droit français créée le ., est un des plus importants synchrotrons actuellement en fonctionnement dans le monde avec l'APS du Laboratoire national d'Argonne aux États-Unis, SPring-8 dans la préfecture de Hyōgo au Japon, et le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN proche de Genève.
Livré aux scientifiques début 1994 et inauguré sur la presqu'île scientifique de Grenoble le , cet accélérateur d'électrons de de circonférence permettant d'explorer la matière et le vivant à l'échelle de l'atome est financé par vingt-deux pays membres et accueille chaque année près de Site du ministère de l'éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la recherche..
Plusieurs lauréats de prix Nobel ont utilisé les installations de l'ESRF, notamment lors de la découverte de la structure et du fonctionnement du ribosome« Histoire », ESRF..
Le , dans le cadre de son projet visant à améliorer ses performances, le synchrotron est arrêté pour une durée de vingt mois. À sa reprise d'activité scientifique le , il devient le premier synchrotron de quatrième génération de haute énergie dans le monde, produisant des rayons X de fois plus intenses que ceux utilisés dans le secteur hospitalier...
Origine L'idée d'un grand équipement de rayonnement synchrotron a été lancée en 1975 par le physicien allemand Heinz Maier-Leibnitz.. Le nom d'équipement européen de rayonnement synchrotron est utilisé pour la première fois en 1977 lorsqu'un groupe d'experts européens se réunissent afin de proposer la construction d’un équipement synchrotron. En 1983 débute la phase d'étude du projet avec la première réunion à Genève de l'. À l'été 1984, quatre pays sont candidats pour l'implantation du futur synchrotron, le Danemark, l'Italie, l'Allemagne et la France. Au départ promis à Strasbourg, le site de Grenoble est finalement choisi par le gouvernement français en Le synchrotron de Grenoble, Jalons pour l'histoire du temps présent, INA, Christophe Gracieux, 18 octobre 1984, déclenchant une vague de manifestations en AlsaceLe prétexte alsacien , L'unité, 23 novembre 1984. En décembre, l'Allemagne et la France s'entendent sur le site de Grenoble où réside déjà l'Institut Laue-Langevin depuis quinze ans. Le premier conseil d'administration où sont invités tous les pays potentiellement intéressés à devenir membres de l' a lieu en 1985 avec treize pays. En 1986, le CEA détache Jean-Louis Laclare pour diriger la construction du synchrotron à Grenoble. Le , la phase préparatoire des résultats scientifiques, techniques et financiers s'achève par la signature d'un protocole. Un an plus tard, le , une convention intergouvernementale relative à la construction et à l'exploitation du synchrotron est signée à Paris par onze pays européens : l'Allemagne, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, la Grande-Bretagne, l'Italie, la Norvège, la Suède et la Suisse. Les statuts de la société civile sont signés en à Paris par les ministres de la recherche des onze pays engagés. Les travaux débutent sur le polygone scientifique en 1988 par le déplacement d'un échangeur routier, le gros œuvre de l'anneau étant achevé à l'automne 1991 au moment où les Pays-Bas deviennent le douzième membre. Le gros œuvre du bâtiment administratif s'achève à la fin de l'année 1992 alors que se déroule le premier essai de faisceauxESRF news, , décembre 2018, page 18..
Description générale vignette|Vue du synchrotron depuis le Mont Jalla. Situé sur la presqu'île entre le Drac et l'Isère à une altitude de 207 mètres, l'ESRF est composé d'un bâtiment de bureaux pour l'administration et les théoriciens, et d'un accélérateur de particules d'environ de diamètre, où des électrons sont entraînés à très haute vitesse dans un anneau pour produire du rayonnement synchrotron, qui permet d'observer la matière. Les chercheurs utilisent le faisceau synchrotron (essentiellement des rayons X durs) dans des domaines aussi variés que la physique, la biologie, la géologie, la chimie, la médecine ou l’archéologie. Des industries viennent également l'utiliser pour développer leurs produits.
vignette|Bâtiment administratif. Les électrons émis par un canon à électrons sont accélérés dans un accélérateur linéaire et rejoignent un accélérateur circulaire de de circonférence appelé booster synchrotron, qui les accélère jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière. Lorsqu'ils atteignent une énergie de 6 GeV, ils sont injectés dans l'anneau de stockage dans lequel ils tourneront dans l'ultravide (10−9 mbar), pendant des heures. Sous l'action d'aimants de courbure, les électrons sont alors déviés de plusieurs degrés et émettent des rayons X appelés lumière synchrotron, dans une direction tangente au rayon de courbure et constituent ainsi une ligne de lumièreLe dauphiné.com du 30 mai 2015.. Au démarrage de l'installation en 1994, la brillance du faisceau était de 1018 photons/mm/mrad et seules 15 lignes de lumière étaient en service, mais depuis 1998, quarante-trois lignes de lumière (ou beamlines) sont opérationnelles au sein de l’ESRFSite de l'ESRF, L'ESRF en bref.. Une ligne de lumière est une zone d'expériences composée de : une source de photons issus des électrons tournant dans l'anneau de stockage ; une cabine optique pour filtrer et focaliser le faisceau ; une cabine expérimentale pour disposer un échantillon à observer et les instruments de mesure ; une cabine de contrôle où se placent les expérimentateurs pour contrôler l'expérience.
En 1996, la brillance du faisceau est portée à 1020 photons/mm/mrad puis à 1021 photons/mm/mrad en 2011. Durant l'été 2017, le principe de construire quatre nouvelles lignes de lumière est décidé alors que l'installation comptabilise 44 lignes d'expérienceSite de l'ESRF.. Avec la mise en service de l'Extremely Brilliant Source en 2020, la brillance du faisceau est portée à 1022 photons/mm/mrad. La mise en service des 4 nouvelles lignes interviendra en 2023 portant alors les capacités de l'ESRF à 48 lignes d'expérience.
Chiffres vignette|redresse=1.1|L'anneau de l'accélérateur (en rouge) fait de circonférence. Celle du bâtiment est de pour sa façade externe. Le coût de construction de l’ESRF a été de 2,598 milliards de francsInfrastructures de recherche : Sciences de la matière et ingénierie, Source Européenne de rayonnement synchrotron / European Synchrotron Radiation Facility-ESRF.. L'institution emploie environ Upgrade Programme phase II démarrage officiel , ESRF, lr 29 mai 2015, page 3. et accueille chaque année près de . qui se succèdent pour effectuer leurs expériences en provenance des participant à son financement. Ainsi, le comité scientifique du synchrotron doit faire le tri parmi propositions d’expériences reçues chaque année afin de n'en retenir que 900. Le budget annuel de l'ESRF est de 100 millions d'euros. Avant même l'amélioration de ses performances en 2019, alors qu'il n'était encore qu'un synchrotron de troisième génération, l'ensemble des flux de données de l'ESRF était de deux pétaoctets chaque année. Ces données devraient largement s’accroître dans l'avenir.
Durant les vingt premières années de son existence, les expériences menées au synchrotron ont donné lieu à articles de références dans de nombreuses revues, dont certaines au facteur d'impact élevé comme Science ou Nature. La barre des publications est franchie en . De nos jours, environ dans des revues scientifiques sont produites chaque année par les chercheurs accueillis ou travaillant au synchrotron. En , soit vingt ans après les premières expériences, l'institution décide de modifier son logo en utilisant un bleu plus sombre et en développant une partie de son acronyme au bas du logo.
L'anneau technique de circulation des électrons fait 844 mètres de circonférence (soit de diamètre), mais le bâtiment l'abritant fait environ pour son côté intérieur et environ pour son côté extérieurCirconférences calculées sur le logiciel Google Earth.. Un passage surélevé permet de franchir l'anneau afin d'y faire accéder des véhicules dans sa partie centrale.
Formation spécifique du synchrotron Selon Gabriel Chardin, physicien et président du comité Très grandes infrastructures de recherche au centre national de la recherche scientifique, l'ESRF fait partie des très grandes infrastructures de rechercheLe journal CNRS du 29 octobre 2014.. Ainsi, en lien avec une autre très grande infrastructure située à proximité, l'institut Laue-Langevin, une formation annuelle est dispensée par l'université Grenoble-Alpes et l'institut polytechnique de Grenoble aux étudiants, post-doctorants et scientifiques internationaux dans le domaine des neutrons, du rayonnement synchrotron ainsi qu'en physique de la matière condensée. Portant le nom d'Hercules, acronyme anglais de Higher European Research Course for Users of Large Experimental Systems, cette formation théorique et pratique d'une durée d'un mois existe depuis 1991 et reçoit 80 étudiants formés par 150 enseignants pour comprendre et utiliser ces instruments très sophistiquésFrance 3 Alpes du 11 mars 2015..
Extension de ses performances vignette|Hall principal avec l'anneau de stockage (gauche, en jaune) et des lignes de lumière. À partir de 2009, un ambitieux programme d'amélioration du synchrotron est mis en œuvre afin d'en faire un synchrotron de quatrième génération Site de l'ESRF. Le groupe Vicat est chargé de la construction du gros œuvreledauphine.com du 13 décembre 2013, Grenoble : Vicat est intervenu sur l’extension du synchrotron. dans ce programme d'extension comportant deux parties. La première qui s'étale de 2009 à 2015 pour un montant de 180 millions d'euros, voit l'inauguration le du nouveau hall expérimental Belledonne de , la création d'une nouvelle génération de lignes de lumière (19 stations) ainsi qu'une amélioration notable des équipements scientifiques et de mesure. Avant même la deuxième phase de travaux qui consistera à augmenter la brillance des rayons d'un facteur 100, les rayons X de l'ESRF sont déjà cent milliards de fois plus brillants que les appareils radiographiques utilisés dans les hôpitaux.
La deuxième période d'extension doit s'étendre de 2015 à 2022 pour un montant de 150 millions d'euros et permettre ainsi de maintenir l'ESRF comme la source de rayons X la plus performante au monde. En , la Banque européenne d'investissement annonce son intention de débloquer 65 millions d'euros pour ce projet baptisé Extremely Brilliant Sourceleparisien.fr du 11 décembre 2015, La BEI apporte 65 M EUR pour moderniser le synchrotron européen de Grenoble.. Après l'installation en 2018 de nouveaux aimants dont certains proviennent de l'Institut de physique nucléaire Budker en Sibérie, cette seconde phase de travaux nécessitera l'arrêt du fonctionnement du synchrotron entre et l'été 2020 afin de moderniser les stations d'utilisateurs avec de nouveaux paramètres. Les chercheurs disposeront alors de faisceaux cent fois plus intenses, cohérents et stables que ceux développés en 2015lejdd du 31 mai 2015, La matière à l'état brut..