EUROPEAN XFEL (laser européen à électrons libres et à rayons X)

Le laser européen à électrons libres et à rayons X de quatrième génération, construit à Hambourg en Allemagne, a été inauguré le 1^er septembre 2017 après une mise en service préliminaire en mai 2017. Cet accélérateur linéaire est à ce jour la source de rayons X monochromatiques la plus intense du monde, capable de produire environ deux cents fois plus de flashes de rayons X par seconde (27 000) que la machine installée à Stanford (États-Unis). Cet équipement lourd permet non seulement de voir des structures moléculaires de taille atomique, mais surtout d’enregistrer les mouvements d’atomes individualisés en temps réel, au cours d’une réaction chimique ou enzymatique ou lors d’un changement de conformation d’une protéine, par exemple, ce qui n’était jusque-là abordable que par des voies indirectes et la modélisation.

Une tradition institutionnelle scientifique et technologique en matière de rayons X

En biologie, les rayons X sont depuis le milieu du xx^e siècle au cœur des méthodes utilisées pour déterminer la structure dans l’espace de macromolécules comme les protéines et l’ADN (1953). Ces études sont le plus souvent statiques : l’objet observé n’est pas en mouvement si ce n’est celui de sa rotation lente devant la source de rayons X ; elles sont effectuées – du moins au début car cela est de moins en moins nécessaire – sur des cristaux ou des assemblages quasi cristallins comme des virus ou des fibres. Pour aborder la structure et l’assemblage d’édifices plus complexes ou présentant un certain degré de viscosité (comme les protéines du cristallin de l’œil), on a eu recours à partir des années 1980 à des rayons X beaucoup plus énergétiques produits par des synchrotrons (rayonnement synchrotron). L’une de ces machines (Doris III) est installée depuis 1974 sur le site de la Deutsches Elektronen Synchrotron (Desy), centre de recherches ouvert en 1959 et situé à Hambourg. Depuis Doris III, plusieurs de ces accélérateurs circulaires (synchrotrons, sources de rayons X de troisième génération) ont été construits sur le site, avec un gain en puissance et en brillance des faisceaux de rayons X et l’acquisition d’un savoir-faire remarquable, par les équipes de Desy à Hambourg et à Berlin. La construction du XFEL sur le site même de Desy succède à celle d’un prototype plus petit d’accélérateur linéaire (accélérateur Flash, en 2005, selon la même technologie) et se situe ainsi dans la continuité et la cohérence des travaux antérieurs et des compétences des équipes. D’autres équipements du même type existent à l’institut Riken (Japon) et à Stanford, mais leurs capacités sont devenues soudainement faibles devant celles de l’European XFEL.