La Terre est un écosystème complexe, et notre place en son sein dépend de nombreux facteurs. De la santé des sols à la qualité de l'air, en passant par le comportement des plantes et des micro-organismes, comprendre le monde naturel et ses habitants est essentiel à notre survie. Face aux changements climatiques, l'étude de l'environnement et de sa biodiversité deviendra encore plus cruciale.
En octobre 2023, l'Advanced Photon Source (APS), une installation pour utilisateurs du Bureau des sciences du Laboratoire national d'Argonne (Département de l'Énergie des États-Unis), lancera officiellement un nouveau programme visant à développer les capacités de recherche et d'analyse en biologie et environnement dans les laboratoires de pointe du domaine des rayons X. La société eBERlight a récemment reçu l'agrément du programme de recherche biologique et environnementale (BER) du Département de l'Énergie. Son objectif est de mettre en relation les chercheurs menant des expériences dans le cadre de la mission BER avec les ressources de pointe de l'APS en matière de science des rayons X. En élargissant l'accès aux diverses capacités de l'APS, les concepteurs d'eBERlight espèrent découvrir de nouvelles méthodes scientifiques et attirer de nouvelles équipes de recherche interdisciplinaires afin d'explorer de nouvelles perspectives sur le monde qui nous entoure.
« C’est l’occasion de créer quelque chose de nouveau qui n’a jamais existé auparavant dans le domaine de l’APS », a déclaré Caroline Michalska, cristallologue des protéines au Laboratoire national d’Argonne, qui dirige les travaux sur eBERlight. â�<"我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究，并且由" »« Nous élargissons l’accès pour permettre davantage de recherches biologiques et environnementales, et comme le programme est tout nouveau, les scientifiques qui utiliseront les installations nous aident à le développer. »
Depuis sa création dans les années 1990, l'APS est un chef de file en cristallographie macromoléculaire appliquée à la recherche biologique. Les scientifiques utilisent cette technologie pour mieux comprendre les maladies infectieuses et les virus, jetant ainsi les bases de vaccins et de traitements. L'APS ambitionne désormais d'étendre son expertise à d'autres domaines des sciences de la vie et de l'environnement.
L'un des problèmes liés à cette expansion est que de nombreux biologistes et chercheurs en environnement ignorent les capacités de l'APS à les aider à faire progresser leurs recherches et ne sont pas familiarisés avec le processus de production de rayons X intenses à partir d'un objet. De même, beaucoup de scientifiques ne savent pas quelle station expérimentale de l'APS, appelée ligne de faisceau, est la plus adaptée à leurs expériences, chaque station étant optimisée pour une science et une technologie spécifiques.
Michalska a expliqué que c'est là qu'intervient eBERlight. Elle l'a décrit comme un écosystème virtuel conçu pour mettre en relation les scientifiques avec les technologies appropriées et les ressources adéquates au sein de l'APS. Les chercheurs soumettront leurs propositions à l'équipe d'eBERlight, qui les aidera à aligner le protocole expérimental avec le canal approprié pour mener à bien l'étude proposée. Elle a ajouté que la diversité des capacités de l'APS permettrait à eBERlight d'avoir un impact dans de nombreux domaines de la biologie et des sciences de l'environnement.
« Nous examinons les travaux des chercheurs du BER et comment nous pouvons les compléter », a-t-elle déclaré. â�<"其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。 â�<"其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。« Certains de ces chercheurs n’ont jamais utilisé de synchrotron comme l’APS. »Ils découvrent quels outils sont disponibles et quelles questions scientifiques peuvent être abordées à l'APS et qui ne peuvent l'être ailleurs.
« C’est l’occasion de construire quelque chose de nouveau, d’inédit à l’APS. Nous élargissons le champ de la recherche biologique et environnementale, et comme il s’agit d’une recherche novatrice, les scientifiques qui utiliseront les installations nous aident à développer le projet. » — Caroline Michalska, Laboratoire national d’Argonne
Concernant les domaines scientifiques spécifiques qu'eBERlight promouvra, Michalska a indiqué qu'ils engloberont tout, de la recherche sur les sols à la culture des plantes, en passant par la formation des nuages et les biocarburants. Stefan Vogt, directeur adjoint de la division des sciences des rayons X de l'APS, a ajouté le cycle de l'eau à cette liste, soulignant que ces informations sont essentielles pour mieux comprendre l'évolution du climat.
« Nous étudions des questions liées aux sciences du climat, et nous devons continuer à les étudier », a déclaré Vogt. » »« Nous devons comprendre comment lutter contre les profondes conséquences écologiques du changement climatique. »
Bien qu'eBERlight ait été officiellement lancé en octobre, APS restera en pause pendant un an dans le cadre d'une importante modernisation de ses installations. Durant cette période, l'équipe travaillera à la recherche et au développement d'un système d'échantillonnage biologique et environnemental, à la création de bases de données et à la promotion du programme.
Lorsque l'APS sera de nouveau opérationnel en 2024, ses capacités seront considérablement étendues. L'équipe eBERlight conclura des accords à long terme avec 13 canaux de l'APS, représentant un large éventail de technologies. Les scientifiques travaillant avec eBERlight auront également accès aux ressources d'Argonne, notamment au Centre de calcul d'Argonne (Argonne Computing Facility), qui abrite les supercalculateurs du Département de l'Énergie (DOE) et les supercalculateurs de laboratoire, ainsi qu'au Centre de caractérisation avancée des protéines (Center for Advanced Protein Characterization), où les protéines sont cristallisées et préparées pour l'analyse.
À mesure que le programme évoluera, il tirera parti des liens avec d'autres installations utilisatrices du Bureau des sciences du DOE, telles que le Laboratoire des sciences moléculaires environnementales du Pacific Northwest National Laboratory et le Joint Genome Institute du Lawrence Berkeley National Laboratory.
« Il faut tout un village pour élever un enfant, mais il faut un village encore plus grand pour résoudre un problème scientifique », a déclaré Zou Finfrock, physicien à Argonne et membre de l'équipe eBERlight. â�<"我喜欢eBERlight的多面性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。 â�<"我喜欢eBERlight的多面性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。« J’apprécie la nature multifacette d’eBERlight, qui s’efforce de créer une plateforme intégrée faisant progresser la recherche scientifique sur les systèmes biologiques, terrestres et écologiques. »Cela paraît simple, mais l'ampleur et l'impact potentiel sont énormes.
L'idée d'eBERlight est le fruit de plusieurs années de travail, selon Ken Kemner, physicien principal et chef de groupe au Laboratoire national d'Argonne. M. Kemner a travaillé à l'APS pendant les 27 années d'existence du laboratoire, consacrant une grande partie de son temps à faciliter l'accès des chercheurs en environnement aux ressources de l'institution. Désormais, eBERlight poursuivra ce travail à plus grande échelle, a-t-il déclaré. Il se réjouit de voir les nouvelles découvertes qui découleront des recherches sur les gaz à effet de serre, les écosystèmes des zones humides et les interactions entre les plantes, les micro-organismes, les sols et les sédiments.
Selon Kemner, la clé du succès d'eBERlight réside dans la formation de scientifiques spécialisés dans le synchrotron, ainsi que de scientifiques biologistes et environnementaux.
« Il faut former les radiologues à mieux comprendre les problèmes des sciences environnementales et à adapter la technologie pour mieux résoudre les problèmes de la recherche environnementale », a-t-il déclaré. â�<"您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。 â�<"您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。« Il faut également sensibiliser les scientifiques de l’environnement à l’efficacité des sources lumineuses pour résoudre ces problèmes. »Cela vise à réduire les obstacles à leur recrutement.
Laurent Chapon, directeur adjoint du Laboratoire des sciences photoniques et directeur de l'APS, a déclaré que ce nouveau plan visait à démocratiser l'accès à l'APS et à ses capacités.
« Ce plan envoie un message important : l’APS est une ressource essentielle pour le pays, capable de développer des programmes qui contribuent à résoudre des problèmes urgents, en l’occurrence des problèmes environnementaux et biologiques », a déclaré Chapon. » »« eBERlight offrira une solution complète aux scientifiques cherchant à résoudre des problèmes de sciences de la vie ayant une incidence pratique. »
« J’espère que, quels que soient les grands défis auxquels les scientifiques sont confrontés, l’APS pourra les aider », a-t-elle déclaré. â�<"这些挑战影响着我们每个人。" â�<"这些挑战影响着我们每个人。"« Ces problèmes nous concernent tous. »
Le Centre de calcul haute performance d'Argonne (ALCF) met à la disposition de la communauté scientifique et technique des capacités de calcul intensif pour faire progresser la recherche fondamentale et la compréhension dans un large éventail de disciplines. Soutenu par le programme de recherche en calcul scientifique avancé (ASCR) du département de l'Énergie des États-Unis (DOE), l'ALCF est l'un des deux principaux centres de calcul du DOE dédiés à la science ouverte.
La Source de photons avancée (APS) du Bureau des sciences du Département de l'Énergie des États-Unis, située au Laboratoire national d'Argonne, est l'une des sources de rayons X les plus productives au monde. L'APS fournit des rayons X de haute brillance à un large éventail de chercheurs en science des matériaux, chimie, physique de la matière condensée, sciences de la vie et de l'environnement, et recherche appliquée. Ces rayons X sont idéaux pour étudier les matériaux et les structures biologiques, la distribution des éléments, les états chimiques, magnétiques et électroniques, ainsi qu'une gamme de systèmes d'ingénierie technologiquement importants, des batteries aux buses d'injection, qui sont fondamentaux pour le développement économique et technologique de notre pays et constituent la base du bien-être matériel. Chaque année, plus de 5 000 chercheurs utilisent l'APS pour produire plus de 2 000 publications, détaillant d'importantes découvertes et résolvant davantage de structures de protéines biologiques importantes que tout autre utilisateur d'installations de recherche par rayons X. Les technologies innovantes des scientifiques et ingénieurs de l'APS sous-tendent le développement des accélérateurs et des sources de lumière. Ces équipements comprennent des dispositifs d'entrée produisant les rayons X extrêmement brillants recherchés par les chercheurs, des lentilles focalisant les rayons X à quelques nanomètres, des instruments optimisant l'interaction des rayons X avec l'échantillon étudié, et des dispositifs de collecte et d'assemblage des données issues des analyses par rayons X. Ils permettent également de gérer d'importants volumes de données provenant d'études APS.
Cette recherche a utilisé les ressources de l'Advanced Photon Source, une installation utilisateur du DOE Office of Science gérée par le laboratoire national d'Argonne du DOE Office of Science en vertu du contrat n° DE-AC02-06CH11357.
Le Laboratoire national d'Argonne s'engage à résoudre les problèmes scientifiques et technologiques nationaux les plus urgents. Premier laboratoire national des États-Unis, il mène des recherches scientifiques fondamentales et appliquées de pointe dans pratiquement toutes les disciplines scientifiques. Ses chercheurs collaborent étroitement avec ceux de centaines d'entreprises, d'universités et d'agences fédérales, étatiques et municipales afin de les aider à résoudre des problèmes spécifiques, à renforcer le leadership scientifique américain et à bâtir un avenir meilleur pour le pays. Le Laboratoire national d'Argonne emploie des personnes de plus de 60 nationalités et est géré par Argonne LLC à Chicago, une société qui relève du Bureau des sciences du Département de l'Énergie des États-Unis.
Le Bureau des sciences du département de l'Énergie des États-Unis est le principal organisme de financement de la recherche en sciences physiques aux États-Unis et s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, consultez le site https://energygy.gov/science.
Date de publication : 6 novembre 2023