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Les sciences nucléaires au service de la société
Interdisciplinaire
Les études et développements techniques de la physique nucléaire et de la physique des particules trouvent des usages dans nos sociétés, principalement dans le domaine de la production d’énergie nucléaire et dans le domaine de la santé. L’institut contribue ainsi à des approches innovantes dans ces domaines.
L’énergie nucléaire et l’environnement
Les réacteurs nucléaires de demain
Les équipes de l’IN2P3 s’impliquent dans deux concepts de réacteurs nucléaires de nouvelle génération, plus sûrs et capables de transmuter les déchets hautement radioactifs. La solution « Accelerator Driven System » propose d’utiliser un accélérateur de particules pour entretenir et piloter les réactions de fission au cœur d’un réacteur sous-critique. Dans le cadre du projet Guinevere, l’institut a notamment contribué au premier couplage mondial entre un accélérateur de particules et un réacteur nucléaire (voir photo). La piste du réacteur à sels fondus, quant à elle, met en œuvre un combustible liquide à base de thorium. Pour ces études, des outils de simulation perfectionnés sont développés par l’IN2P3.

L’accélérateur GENEPI-3C alimente en neutrons le réacteur nucléaire VENUS du SCK*CEN à Mol (Belgique) dans lequel il induit des réactions de fission.
crédits : IN2P3 LPSC

Dans le réacteur à sels fondus de type MSFR (Molten Salt Fast Reactor), le combustible liquide chaud, circule en permanence entre le cœur et les échangeurs de chaleur (simulation).
crédits : IN2P3 LPSC

Améliorer la précision de fonctionnement des réacteurs nucléaires
L’optimisation de la filière nucléaire passe par une connaissance très fine des réactions qui se déroulent au sein des réacteurs. Elles sont reproduites en laboratoire auprès d’accélérateurs et sources de neutrons, comme au GANIL à Caen, dans la toute nouvelle salle NFS.

Dans la salle NFS au GANIL, le faisceau de protons est converti en faisceau de neutrons par spallation.
crédits : N. Busser IN2P3

Tester les matériaux du nucléaire
A l’aide de plateformes d’irradiation dédiées, les physiciens et chimistes de l’IN2P3 étudient à l’échelle microscopique le comportement des matériaux soumis à d’intenses rayonnements. Des études précieuses pour la conception des infrastructures nucléaires ou des satellites soumis aux rayonnements spatiaux.

La plateforme JANNuS-SCALP dédiée à l’étude des matériaux sous irradiation à IJCLab (Orsay)
crédits : P. Dumas IN2P3 CNRS

Squelette de diatomée servant d’indicateur aux scientifiques. Plus le milieu dans lequel l’algue pousse est radioactif, plus son squelette est déformé.
crédits : A. Beauger CNRS

Comprendre l’impact des radionucléides sur l'environnement
La radioactivité, qu’elle soit d’origine naturelle ou issue de la filière nucléaire, est omniprésente dans l’environnement. Des études multidisciplinaires s’intéressent à son origine, son évolution et ses effets sur les organismes.
La santé
Développer une radiothérapie de haute précision
La radiothérapie utilise les rayonnements pour détruire les tumeurs cancéreuses. Elle fait appel à des technologies développées pour la recherche en physique nucléaire et des particules (accélérateurs et détecteurs de particules, logiciels de simulation, etc.). C’est pourquoi les équipes de l'institut sont très actives dans ce domaine. Elles travaillent à rendre la radiothérapie plus efficace pour soigner sans endommager les tissus sains notamment à travers des simulations, l’étude de nouveaux rayonnements (hadronthérapie), l’aide au contrôle du traitement et la dosimétrie.

Avant d’être administrée, la radiothérapie fait l’objet d’une simulation afin d’optimiser l’irradiation de la tumeur et de minimiser les dommages sur les autres tissus. Des outils de simulation précis ont été développés par les physiciens nucléaires et des particules
crédits : Collaboration GATE

Appareil de radiothérapie. Le type de rayonnement, la manière de l’administrer, le contrôle du faisceau en amont et en aval sont autant de paramètres pris en compte pour focaliser le traitement le plus possible sur le tissu malade.
crédits : Cyril Fressillon CNRS

Vers une médecine nucléaire personnalisée
L’institut contribue fortement au développement et à la production de radionucléides innovants pour la médecine nucléaire, principalement via ses plateformes ARRONAX à Nantes et CYRCé à Strasbourg. Des équipes cherchent notamment à constituer des paires de radionucléides afin de pouvoir imager et traiter simultanément les tumeurs. Cette approche, dite « théranostique », ouvre aujourd’hui la voie à une médecine personnalisée, au cours de laquelle le traitement sera adapté à chaque patient.

Vue de l’accélérateur de particules ARRONAX, utilisé pour produire les radionucléides à Nantes
crédits : J.C. Moschetti