Simulation d'accélération par sillage laser avec le code SMILEI co-développé par l'IN2P3 /Image : Collaboration EuPRAXIA, Mathieu Lobet et Francesco Massimo

Vers une infrastructure européenne pour la R&D sur les accélérateurs plasma

R&D accélérateurs

Le consortium international EuPRAXIA ambitionne de construire en Europe la première infrastructure de recherche basée sur un accélérateur d'électrons utilisant la technologie des ondes plasma. Après 4 ans de travaux, une étude de faisabilité a été soumise à la commission européenne puis publiée le 20 décembre dernier dans la revue European Physical Journal Special Topics. Le LLR et l’IJCLab ont apporté une contribution importante à ce travail et sont sur les rangs pour prendre part à la concrétisation du projet s’il est retenu par l’ESFRI.

Le projet EuPRAXIA (European Plasma Research Accelerator with eXcellence In Applications) est né en 2015 grâce au financement d’un ‘Design Study’ par le programme H2020 de l'Union européenne. La collaboration EuPRAXIA, qui regroupe 41 laboratoires en Europe, Amérique et Asie, a pu ainsi définir les bases techniques d’une future infrastructure de recherche exploitant un accélérateur à plasma. Ce nouveau type d’instrument a le potentiel de produire des champs électriques accélérateurs jusqu’à 1000 fois plus puissants que ceux des accélérateurs « radio-fréquence » classiques, occupant ainsi beaucoup moins de place.

250 contributeurs à la rédaction du rapport

Ce projet très innovant a demandé un important travail de conception dont les conclusions ont fait l’objet d’un rapport remis fin 2019 à la commission européenne, et d’une publication, dernièrement, dans la revue European Physical Journal Special Topics. Avec plus de 600 pages et 250 contributeurs, ce rapport est un jalon durable sur la route vers les nouveaux accélérateurs à plasma, le fruit d'un effort collaboratif, interdisciplinaire et multi-institutionnel exceptionnel.

La gamme d'énergie des électrons envisagée par EuPRAXIA, de 1 à 5 GeV, et les objectifs en termes de qualité de faisceau devraient permettre d’utiliser l’infrastructure pour des applications variées dans plusieurs domaines scientifiques. Cela inclut par exemple l'étude des matériaux, des bactéries ou des virus, à l'aide des rayons X générés par l'installation, dont un des deux sites se situera dans la zone métropolitaine de Rome. "EuPRAXIA renforcera la science et l'innovation européennes dans de nouveaux domaines et offrira des opportunités précieuses à la prochaine génération de scientifiques", a déclaré le coordinateur du projet Ralph Assmann.

Les laboratoires LLR et IJCLab impliqués

En France, les ingénieurs et chercheurs des laboratoires IN2P3 (LLR et IJClab) ont contribué au pilotage du projet, aux études de conception des diagnostics électron et aux simulations laser-plasma grâce au code open-source SMILEI développé au LLR. Les études de conception du FEL (Free Electron Laser) créant les rayons X, du transport de faisceau d'électrons et de l’injecteur laser-plasma, ont été conduites avec la participation française du CNRS-INP, du CEA et de SOLEIL.

Visualisation CAO de la future installation d'EuPRAXIA
Visualisation CAO de la future installation d'EuPRAXIA / Image : Collaboration EuPRAXIA

Un accord encadrant la phase suivante du projet, a maintenant été conclu et signé par 40 instituts membres, dont le CNRS, et 10 au statut d’observateurs, issus de 15 pays. Dans ce cadre, les équipes de l’IN2P3 poursuivront leurs travaux, d’une part sur les aspects modélisation/simulation du phénomène d’accélération laser-plasma, mais aussi via les expériences exploratoires menées auprès de l’installation laser APOLLON ainsi que sur des développements plus technologiques avec le démarrage du projet PALLAS (Prototype Accélérateur Laser Plasma) à l’IJCLab.

Eligible à la feuille de route ESFRI

Parallèlement, EuPRAXIA s'est porté candidat pour intégrer le processus ESFRI pour les infrastructures de recherche européennes, avec le soutien gouvernemental de cinq pays européens, l'Italie étant le pays porteur. Le projet a été jugé éligible pour la mise à jour de la feuille de route ESFRI en 2021 et est actuellement en cours d'examen par l'ESFRI pour une décision en fin de printemps ou à l'été 2021.

Ce projet a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne sous la convention de subvention n° 653782.

Pour en savoir plus :

R. W. Assmann et al, "EuPRAXIA Conceptual Design Report", Eur. Phys. J. Special Topics 229, 3675 - 4284 (2020). https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000127-8

Contact

Jean-Luc Biarrotte
DAS Accélérateurs et technologies
Emmanuel Jullien
Responsable de la cellule communication de l'IN2P3