Présentation
Les thématiques scientifiques :
Subatech est une Unité Mixte de Recherche (UMR 6457) entre l'Ecole des Mines de Nantes, l'Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3) du CNRS, et l'Université de Nantes, dont la « labélisation » vient d'être reconduite pour 4 ans à compter de 2004, assortie d'un avis très positif.
Les axes de recherche du laboratoire appartiennent à la physique nucléaire fondamentale, tant expérimentale que théorique, au domaine nouveau des "astroparticules", et à celui de la radiochimie, et incluent aussi des recherches à vocation plus appliquée comme la transmutation et le stockage des déchets nucléaires et le développement de détecteurs novateurs. Parmi ces derniers thèmes s'insère très naturellement l'activité de service relative à la mesure de la radioactivité dans l'environnement.
Par l'éventail de ses activités, Subatech souhaite démontrer qu'il n'y a pas de contradictions ni d'oppositions entre une recherche fondamentale sur le « front de vague » et des applications qui répondent à des demandes ou des attentes sociétales, mais qu'au contraire chacun de ces volets « nourrit » l'autre.
La thématique des recherches à Subatech implique que les programmes sont pluriannuels et quasiment toujours menés au sein de collaborations internationales. Le présent rapport est donc la « projection » sur la fenêtre 2004 de ces activités, et doit être compris comme étant inséré dans des échelles de temps d'au moins trois ans.
Il est important de rappeler que l'année 2004 a été, sur le plan national, marquée par une forte action des chercheurs, en particulier pour ce qui concerne le budget de fonctionnement alloué par les tutelles. A Subatech, la crainte concerne d'abord la limitation des déplacements sur les sites expérimentaux, déplacements sans lesquels nos recherches expérimentales n'ont plus de sens : il ne faut en effet pas oublier que pour la physique nucléaire, les expériences ne se font plus localement, dans les labos, mais auprès d'équipements à l'échelle continentale ou mondiale. Pour l' équipement , le soutien ferme qu'apportent les collectivités locales (Région des Pays de la Loire, Département de Loire-Atlantique, Nantes-Métropole) a été crucial, comme témoignage de la reconnaissance du laboratoire, et pour permettre de passer des étapes budgétaires difficiles.
Les thématiques scientifiques
Le laboratoire Subatech a son champ de recherche caractérisé par les mots clés suivants :
• physique et chimie nucléaires ;
• expériences et théorie ;
• enseignement, applications et valorisation.
En quelques mots, les axes de recherche poursuivis sont les suivants :
• Plasma de quarks et gluons : il s'agit de la recherche et de l'étude d'un nouvel état de la matière, qui aurait en particulier existé dans la première microseconde après le " big bang ", qui aujourd'hui pourrait constituer le cour d'étoiles à neutrons, et que l'on tente de recréer en laboratoire, grâce à des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Cet état a précédé celui de la matière plus ordinaire que nous connaissons aujourd'hui. Les propriétés de ce plasma doivent être comprises, car elles dictent le mécanisme qui a conduit à sa condensation en matière "ordinaire". Ces recherches expérimentales sont menées aux Etats-Unis et au Cern, à Genève. Les équipes du laboratoire participent aux deux grandes expériences en cours aux Etats-Unis (à Brookhaven) : Star et Phenix ; et préparent activement notre contribution et participation à la future grande expérience Alice au Cern.
• Théorie : les activités concernent l'étude et la modélisation théoriques des phénomènes relatifs au plasma de quarks et de gluons, sa formation, son évolution et les signatures que les expérimentateurs cherchent à mesurer. Plus généralement des recherches relatives à la structure des hadrons (les états liés par interaction forte) et des noyaux sont poursuivies, tant sur la problématique des transitions de phase (plasma) que sur la modélisation de la dynamique des réactions de spallation par protons de hautes énergies (mécanisme en jeu dans les dispositifs futuristes de transmutation des déchets nucléaires). Un aspect particulier des travaux sur les collisions d'ions lourds ultra-relativistes est l'application à la modélisation des gerbes atmosphériques induites par les rayons cosmiques de très haute énergie.
• Astroparticules : ce thème constitue une nouvelle activité expérimentale du laboratoire, dont l'objet est la recherche de rayons cosmiques de très haute énergie, par une technique originale de détection du champ radio-électrique de la gerbe atmosphérique engendrée par leurs collisions avec l'atmosphère terrestre. Ce thème possède un fort appui théorique au sein du laboratoire, et se trouve à une frontière inter-disciplinaire classée comme prioritaire au CNRS.
• Détecteurs : le développement de détecteurs toujours plus performant résulte d'une demande constante des expériences de physique. Ceci a conduit au développement de concepts novateurs, tels que Micromegas (sur une idée de G. Charpak), et Subatech y prend une part très active. Ces détecteurs ont des applications dans les domaines biologiques et médicaux qui sont très prometteuses (imagerie bêta, X, gamma). En retour, les développements en vue de ces applications spécifiques se révèlent intéresser les physiciens pour les détecteurs auprès de futurs accélérateurs. Ces travaux sont menés en partenariat étroit avec le milieu industriel.
• Transmutation : les compétences du laboratoire en physique nucléaire ont naturellement été appliquées aux recherches reliées à la transmutation des déchets nucléaires, dans le cadre du premier axe de la loi de 1991 (loi Bataille). Notre implication porte plus particulièrement sur la problématique des réacteurs incinérateurs hybrides, couplés à un accélérateur. Les études concernent la cible de production des neutrons requis, et les mécanismes de spallation qui en sont la source. Ces travaux profitent du support financier de contrats nationaux (Gedeon) et européens (5 e Programme Cadre de Recherche et Développement, et poursuite dans le 6 e PCRD).
• Radiochimie : cette thématique recouvre la chimie nucléaire, et comporte deux volets, la recherche et la prestation de service. L'activité de recherche est centrée sur les études relatives aux processus chimiques mis en jeu lors du stockage des déchets issus du cycle électronucléaire, et pouvant conduire à la migration des radio-éléments, tant via une trop grande mobilité chimique que via des vecteurs biologiques. Notre thématique centrale concerne ici le « champ proche », c'est-à-dire les toutes premières barrières de confinement.
Les activités de radiochimie de Subatech comportent aussi un volet plus radio-médical, en appui aux CHU de Nantes, sur la production de noyaux émetteurs alpha pour la recherche en alpha-immunothérapie. Il est maintenant possible de dire que ce volet va croître, compte tenu de la décision concernant la construction d'un cyclotron à Nantes. De même, les études concernant la radiolyse alpha (effet des rayonnements alpha sur la matière) constitueront une thématique nouvelle et forte, car ce cyclotron sera l'un des rares instruments, en France et en Europe, qui délivrera les faisceaux requis.
L'autre volet de la radiochimie à Subatech concerne les activités de service (groupe SMART), dont l'objectif est de répondre aux demandes de la société civile pour effectuer toute analyse de radioactivité dans l'environnement. L'équipe, les matériels et les procédures en jeu ont vu leur habilitation COFRAC, indispensable car demandée par tout client potentiel, renouvelée fin 2003, et confirmée par l'audit annuel de 2004.
Tous ces axes ont pour dénominateur commun la recherche et/ou le maintien de l'excellence scientifique. La qualité de ce "terreau" amont qu'est la recherche est le facteur clé de succès et de pérennité de la stratégie à moyen terme.
Organisation et équipements
Le laboratoire est constitué des équipes de recherche associées à chacun des thèmes décrits précédemment. Il regroupe 43 chercheurs et enseignants-chercheurs, également répartis entre les 3 tutelles.
Trois services techniques (électronique, mécanique et informatique) et un service administratif, regroupant 50 ITA, apportent les indispensables soutiens, en particulier pour la conception et la réalisation des équipements expérimentaux et grands instruments requis par les projets scientifiques du laboratoire, et pour la gestion administrative et financière relative aux spécificités des tutelles et des dotations.
Le laboratoire accueille aujourd'hui 24 doctorants et 13 visiteurs (9 post-docs, 2 CDD, 1 ATER,.) qui contribuent aux travaux scientifiques et prouvent l'attractivité de nos activités.
Nos équipements techniques sont d'abord un hall de montage de dispositifs expérimentaux, avec ses salles blanches, un atelier de mécanique équipé de 4 machines à commande numérique 3 axes permettant de réaliser des pièces complexes, et un laboratoire de radiochimie avec en particulier des outils d'analyse laser (LIBS) et de spectroscopie (ICPMS). Le laboratoire s'appuie sur des moyens d'études puissants et modernes (CAO 3D, Catia, SAMCEF en mécanique et thermique ; Cadence en électronique,.), ainsi que sur des outils de mesures performants.
Ces équipements de pointe ont pu être achetés grâce au soutien des collectivités territoriales qui ont poursuivi la dotation au laboratoire de 6.1 M€ sur 5 ans pour les programmes de recherche. Comme mentionné en introduction, ce soutien est dans le contexte actuel fondamental pour les objectifs définis dans le plan stratégique.
De même, la construction de l'extension immobilière du laboratoire grâce aux soutiens des collectivités locales, de l'Ecole des Mines et du CNRS (pour 3.9 M€) a démarré à l'automne 2004, et devrait conduire à l'utilisation de ces nouveaux locaux fin 2005.
L'enseignement
Le laboratoire a fermement maintenu, en 2004, son niveau d'implication dans l'enseignement. Subatech participe fortement au programme pédagogique et à l'enseignement des mathématiques et de la physique à l'Ecole des mines de Nantes. L'option NTSE (Nucléaire : Technologie, Sûreté, Environnement), de dernière année de formation d'ingénieurs à l'EMN, continue de solliciter un fort investissement. Subatech co-dirige et co-administre avec l'IMN (Institut des Matériaux de Nantes) le master recherche « matériau-matière », et y assure la totalité de l'enseignement de l'option « matière ». Subatech s'appuie fortement sur ce master, à la fois pour la visibilité et la reconnaissance au plan national, mais aussi comme vivier de thésards.
Un master « professionnel », orienté à l'international, est aujourd'hui en cours d'élaboration et sera un partenariat entre l'EMN et l'Université. Sa thématique concerne les applications des rayonnements ionisants (MARS : Master on Applied Radiation Sciences), et son ouverture prévue pourrait être janvier 2006.
Le projet de cyclotron nantais permettra, outre les recherches spécifiques qui y seront menées, un ensemble d'actions de formations complémentaires (ingénieurs, masters) dans le domaine « nucléaire », mais aussi spécifiques dans le cadre de la radioprotection ou de la conduite de cyclotron.
L'international
L'ensemble des activités scientifiques de Subatech ne se conçoit que dans un cadre international, au sein de collaborations faisant toujours intervenir des partenaires étrangers (du monde entier pour le plasma, de l'Europe pour la radiochimie,.). Cette forte connotation internationale est illustrée par le fort taux de participation du laboratoire aux programmes du 6 e PCRD (après ceux du 5 e ). Nous sommes actuellement impliquées dans 7 actions du 6 e PCRD: 1 réseau d'excellence (REX), 4 programmes intégrés (PI), 1 action incitative (I3), et le réseau Marie Curie de mobilité des chercheurs. Les encadrés donnent des exemples de telles implications.
Cette implication à l'international a été reconnue en janvier 2004 par l'attribution, au laboratoire Subatech, du trophée « des victoires à l'international, catégorie recherche », de l'International Atlantic Meeting.
L'environnement économique
L'environnement économique de Subatech possède 3 volets.
• Les contacts liés aux besoins en équipements de nos recherches : la réalisation d'aimants, de dispositifs expérimentaux... Sur les 7 dernières années, la dépense annuelle moyenne a été de 300 k€.
• Les activités de recherche menées en partenariat : en particulier pour les domaines de l'aval du cycle. Les principaux partenaires sont ici l'Andra, le CEA, l'IRSN,. mais aussi l'Union européenne dans le cadre du ses PCRD. Ces partenaires contribuent au financement de recherches menées à Subatech, pour un niveau annuel moyen de 250 k€. Il est à noter que l'année 2004 a marqué un fléchissement en la matière, peut-être dû au niveau français à l'approche de l'échéance de la loi bataille (fin 2005), et au niveau européen car le 6 e PCRD « distribue » ses fonds sur plus de participants.
• L'activité de service SMART, qui peut être considérée comme un genre de start-up, et qui a en moyenne annuelle un carnet de 80 clients, pour un chiffre d'affaire de 430 k€.