Visite du Département de Physique de l’Université de Namur : Une immersion au cœur de la matière

Dans le cadre d’une sortie scolaire organisée par M.Rich et M.Gilles, nous avons eu l’opportunité de visiter le département de physique de l’Université de Namur. Cette journée a été riche en découvertes scientifiques et technologiques, réparties sur trois laboratoires spécialisés. Voici un aperçu de cette fascinante immersion dans le monde de la physique expérimentale.

Laboratoire 1 : LISE (Laboratoire Interdisciplinaire de Spectroscopie Électronique) : À la surface de la matière

Notre visite a commencé par le LISE, dédié à l’analyse de surface des matériaux. L’objectif ici est de comprendre et de modifier la couche la plus externe des matériaux afin de leur conférer des propriétés spécifiques. Par exemple, on peut rendre un verre de lunettes plus résistant ou antireflet en modifiant sa surface.

Nous avons découvert une technique impressionnante : la spectroscopie de photoélectrons X (XPS). Mise au point par Kai Siegbahn dans les années 1960, cette méthode repose sur l’effet photoélectrique, ici provoqué par des rayons X. Ceux-ci permettent d’arracher des électrons aux atomes présents à la surface du matériau, dont l’analyse révèle la composition chimique jusqu’à une profondeur de 3 à 10 nanomètres.

L’expérience nécessite un ultravide, afin d’éviter toute interaction parasite avec les électrons émis. Pour nettoyer la surface, on utilise des ions d’argon qui décapent délicatement le matériau. Un logiciel très avancé facilite ensuite l’identification des éléments grâce à leurs signatures électroniques.

Nous avons également découvert une autre technologie : la spectrométrie de masse d’ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS), qui permet d’analyser des surfaces en mesurant les ions éjectés lorsqu’on bombarde le matériau.

Laboratoire 2 :  Plateforme de microscopie électronique du département de physique : Le monde de l’invisible

Le deuxième laboratoire visité était la plateforme de microscopie électronique du département de physique. Celle-ci héberge plusieurs équipements de pointe, notamment des microscopes électroniques à balayage (MEB) et des microscopes électroniques en transmission (MET), permettant d’observer la matière à l’échelle nanométrique.

Le MEB utilise un faisceau d’électrons pour balayer la surface d’un échantillon. Les électrons réfléchis ou émis permettent de reconstruire une image très détaillée. Pour améliorer la conductivité des échantillons non conducteurs, on les recouvre parfois d’une fine couche d’or. De plus, l’élimination de l’eau des échantillons biologiques est effectuée avec précaution pour éviter toute déformation. Nous avons notamment observé la peau d’un insecte hydrophobe, dont la structure microscopique repousse naturellement l’eau.

Un aspect fascinant abordé dans ce laboratoire est le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour créer de nouvelles technologies. Par exemple, certaines vestes sont conçues en imitant les microstructures qui rendent certains animaux imperméables ou changent de couleur selon la lumière. Cette couleur n’est pas due à un pigment, mais à la structure elle-même, qui modifie la longueur d’onde de la lumière.

Nous avons même eu la chance de voir, en exclusivité, un microscope électronique en transmission (MET) tout juste arrivé et pas encore officiellement annoncé !

Laboratoire 3 :  LARN (Laboratoire d’Analyse par Réactions Nucléaires) : Accélérateurs et applications médicales

Notre dernière étape fut au LARN, où l’on travaille avec des sources d’ions pour étudier ou modifier la matière.

Le principe de l’accélérateur linéaire tandem nous a été expliqué : les ions sont d’abord accélérés, puis transformés (par exemple en les faisant traverser une fine couche de gaz azote), ce qui permet de les réaccélérer une seconde fois. Cette technique est utile pour étudier des atomes instables, souvent utilisés sous forme de gaz injectés en cours de parcours.

Un autre point marquant fut la présentation des systèmes de blindage utilisés dans les installations nucléaires :

• Blindage passif : composé de couches de plomb pour arrêter les radiations.
• Blindage actif : basé sur des détecteurs (comme ceux pour les muons), qui permettent de corriger les mesures en tenant compte des particules indésirables.

Enfin, le laboratoire nous a parlé de la protonthérapie, une technique avancée de traitement du cancer. Contrairement aux rayons X, les protons déposent leur énergie à une profondeur très précise dans les tissus, grâce à un phénomène appelé pic de Bragg. Cela permet de cibler une tumeur tout en épargnant les tissus sains environnants.

Une journée donc enrichissante

Cette visite nous a permis de découvrir la physique appliquée sous un jour nouveau : nous avons vu comment les concepts théoriques se traduisent en applications concrètes dans les domaines des matériaux, de l’imagerie, de la santé ou encore de l’environnement.

Entre découvertes technologiques, échanges avec des chercheurs passionnés et manipulations impressionnantes, cette journée a été à la fois instructive et inspirante !

Oscar Maio / S7FRB / EEB1 Uccle