Les programmes du CEA

PA R T I E
1
LES PROGRAMMES DU CEA
1 / A
ÉNERGIES BAS CARBONE ET RECHERCHES
FONDAMENTALES ASSOCIÉES
> Énergie nucléaire de fission
Systèmes industriels nucléaires du futur – Réacteurs de 4 e génération
– Optimisation du nucléaire industriel actuel – Réacteurs de 2 e
et 3 e générations – Amont et aval du cycle – Sûreté nucléaire
– Grands outils pour le développement du nucléaire – Assainissement
et démantèlement – Gestion des flux de déchets et des matières
> Énergies renouvelables et nouvelles technologies de l’énergie
Solaire – Véhicules électriques et hybrides – Matériaux innovants
– Hydrogène et piles à combustible – Biocarburants de 2 e et
3 e générations – Réseaux intelligents – Stockage de l’énergie
> Recherche fondamentale sur les énergies bas carbone
Energie de fusion – Recherche sur les relations énergie/climat
et environnement – Chimie et interactions rayonnement-matière
– Radiobiologie – Toxicologie – Recyclage chimique du CO 2
P.10/29
1 / B
DÉFENSE ET SÉCURITÉ
GLOBALE ET RECHERCHES
DE BASE ASSOCIÉES
> Têtes nucléaires
> Programme Simulation
> Ouverture à la communauté scientifique
des moyens du programme Simulation
> Moyens de calcul
> Propulsion nucléaire
> Démantèlement et assainissement
des installations de matières fissiles
> Lutte contre la prolifération et le terrorisme,
sécurité globale
> Défense conventionnelle
> Recherche de base
Physique nucléaire – Physique du solide –
Molécules énergétiques – Matériaux
P.30/37
8 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

1 / C
TECHNOLOGIES POUR L’INFORMATION
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
> Micro et nanotechnologies
> Recherche fondamentale en nanosciences
> Télécoms et objets communicants
> Technologies logicielles et ingénierie numérique
P.38/45
1 / D
TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ
ET RECHERCHES FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
> Biologie structurale intégrative
> Biologie à grande échelle : génomique, protéomique,
métabolomique
> Imagerie médicale
> Nouvelles stratégies diagnostiques et thérapeutiques
> Recherche fondamentale
P.46/55
1 / E
TRÈS GRANDES
INFRASTRUCTURES
DE RECHERCHE
ET RECHERCHES
FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
P.56/59
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 9

1A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
Temps forts
Décontamination du site de Fukushima
Des spécialistes de la Direction de l’énergie nucléaire du CEA
se sont mobilisés en soutien aux équipes d’Areva pour concevoir
et optimiser un procédé de décontamination des eaux utilisées
pour refroidir les cœurs des réacteurs endommagés du site
de Fukushima. Leurs compétences ont permis de proposer
des réactifs chimiques pertinents pour séparer les radionucléides
les plus contaminants et optimiser les conditions de fonctionnement
du procédé de traitement. Grâce à l’installation Actiflo-Rad,
un des éléments mis en œuvre sur le site de Fukushima
pour traiter les effluents contaminés, ce sont 190 000 tonnes
d’eaux contaminées qui ont été traitées fin décembre.
10 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Contribuer
à l’indépendance
énergétique
et lutter contre
le réchauffement
climatique.
Parking solaire avec bornes
de recharge pour véhicules
électriques.
Accumulateurs lithium-ion soufre
En complément du développement des technologies très
prometteuses de première génération du type Li-ion,
le CEA s’intéresse depuis plusieurs années à diverses solutions
alternatives (Li/air, Li/soufre, Li-organique, Li-ion aqueux…).
Parmi celles-ci, la technologie lithium/soufre (Li/S) devrait
permettre d’atteindre des densités d’énergie massiques
de l’ordre de 300 à 600 Wh/kg.
Les premiers essais de prototypages d’accumulateurs Li/S
de 1 Ah ont pu être réalisés, restituant près de 250 Wh/kg
de cellule, ils intéressent plusieurs industriels.
Pile à combustible : performance
et durabilité d’un assemblage
membrane-électrode
Les développements technologiques ont porté sur la diminution
de la quantité de platine (Pt) par kW en vue de diminuer le coût
des piles PEMFC, pour un futur déploiement industriel. Le Liten a
réussi en 2011 à fabriquer des assemblages membrane-électrodes
(AME) de grande surface (220 cm²) avec un chargement de 0,32 g
de Pt/kW à puissance maximum. Un AME a fonctionné dans une
petite pile pendant plus de 200 heures sans perte de performance.
Le Liten a démontré ainsi sa maîtrise, en réalisant des AME de
grande surface très faiblement chargés en platine et performants.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 11

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
ÉNERGIE NUCLÉAIRE DE FISSION
Le CEA apporte aux pouvoirs publics et aux industriels les éléments
d’expertise et d’innovation pour le développement d’un nucléaire
durable, sûr et économiquement compétitif. Il conduit ses recherches
selon trois axes majeurs : les systèmes nucléaires du futur,
l’optimisation du nucléaire industriel actuel, et les grands outils
expérimentaux et de simulation indispensables à ces études.
Par ailleurs, le CEA gère et fait évoluer son parc d’installations,
avec des programmes de construction, de rénovation,
et des programmes d’assainissement et de démantèlement
de ses installations en fin de vie.
Enceinte du réacteur Astrid.
SYSTÈMES INDUSTRIELS
NUCLÉAIRES DU FUTUR
Réacteurs de quatrième génération
Le CEA est chargé de mener des recherches
sur des systèmes nucléaires innovants, dits de
quatrième génération, en rupture technologique
forte par rapport aux précédentes générations
de réacteurs. Il concentre ses recherches sur
deux filières de réacteurs à neutrons rapides
(RNR), une filière refroidie au sodium, avec
le projet de prototype Astrid, dont le CEA est
maître d’ouvrage, et une filière refroidie au
gaz, qui apparaît comme une option à plus long
terme. L’objectif est de disposer en 2012 d’une
première évaluation des perspectives industrielles
de cette nouvelle filière, réacteur et cycle du
combustible associé, en vue de faire fonctionner
un prototype industriel à l’horizon 2020-2025.
2011 a été marquée par la mise en place d’un
ensemble de briques qui permettront de répondre
à cette échéance. Le projet Astrid bénéficie
d’un soutien dans le cadre du programme
des investissements d’avenir. La 1 e phase de
l’avant-projet sommaire d’Astrid a été lancée
en début d’année. L’équipe constituée pour le
réaliser est composée d’environ 500 personnes
(salariés du CEA (60 %) et salariés d’Areva, EDF,
Alstom et Onet Technologies (40 %)). La mise en
place d’accords de partenariats dans le domaine
industriel et de la R&D s’est aussi poursuivie
tout au long de l’année, plus particulièrement
Coeur CFV du prototype Astrid.
avec des partenaires internationaux majeurs
de la filière des RNR refroidis au sodium
(Russie, Japon, Chine, Inde, USA).
Parmi les résultats de 2011, on peut noter
la définition et les études d’un concept de cœur
d’Astrid, dit cœur à faible vidange, présentant
des avancées majeures en termes de sûreté.
Ce cœur doit permettre d’éviter l’ébullition
du sodium lors des situations accidentelles
de perte de réfrigérant primaire. Un brevet
CEA-Areva-EDF a été déposé sur ce concept.
Outre la conception du réacteur, le projet
Astrid couvre la conception de son atelier de
fabrication du combustible, la construction
d’installations de validation technologique, la
rénovation de la maquette critique Masurca
et un programme spécifique sur les accidents
graves et les études sur les objectifs de
transmutation dans ce réacteur. En 2011,
les études de faisabilité et d’opportunité ont
été réalisées pour l’atelier de fabrication des
cœurs, l’atelier de traitement du combustible
et l’atelier Alfa de fabrication de combustibles
chargés en actinides mineurs à l’échelle de
quelques aiguilles. Le cahier des charges de
12 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Pa L’objectif sinum quature est de disposer icipictem en ni 2012 que aut d’une maiorec première aepudipsam évaluation
ut des ommo perspectives offictur aute industrielles consequi de ullesti la filière nveliquo de 4 e génération,
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réacteur quam et es cycle quis du explaut combustible et aut pos associé, modipiendunt vue de a réaliser sunti
volo un prototype eaquae vellupt industriel aquatur à l’horizon 2020.
Simulation pour la conception de réacteurs à neutrons rapides de 4 e génération sur le mur d’images à Saclay.
l’atelier de fabrication des cœurs a notamment
été précisé pour permettre le lancement des
études d’avant-projet sommaire en 2012.
Aval du cycle futur
En cohérence avec les études sur le prototype
Astrid, le CEA mène des recherches sur
l’aval du cycle futur. Ces recherches visent à
préparer l’ensemble des options de gestion des
matières nucléaires pour les parcs des RNR en
mettant au point les procédés avancés pour
le recyclage de l’uranium et du plutonium.
Dans ce cadre, et conformément aux attentes
de la loi de 2006 relative à la gestion durable
des matières et déchets radioactifs, le CEA
évalue les options de séparation et de
transmutation des radioéléments à vie longue
(les actinides mineurs), en incluant des études
de scénarii et des évaluations technicoéconomiques,
dans l’objectif d’en déterminer
les perspectives industrielles et l’opportunité.
Intervention au télémanipulateur dans la chaîne
blindée procédé Atalante à Marcoule.
Parmi les avancées de l’année 2011, on peut
noter la réalisation en laboratoire d’un essai
de nouveau solvant visant à augmenter
les performances des usines de traitement
de combustibles. Les résultats sont très
prometteurs. Ce solvant permettrait de réduire
le nombre d’étapes nécessaires au traitement du
combustible usé, en simplifiant considérablement
les procédés de récupération et de purification
de l’uranium et du plutonium (concept en un
seul cycle, sans réactions d’oxydo-réduction
génératrices de sous-produits délicats à gérer).
OPTIMISATION
DU NUCLÉAIRE
INDUSTRIEL ACTUEL
Réacteurs de 2 e et 3 e générations
Le CEA mène des recherches, à la demande des
industriels, sur les réacteurs du parc nucléaire
actuel. Elles répondent à des enjeux industriels
en termes de performances, de durée de
fonctionnement, de disponibilité et de sûreté.
En 2011 a été franchi un jalon majeur du projet
de qualification de la nouvelle méthodologie de
dépouillement de la dosimétrie du programme
de surveillance des effets de l’irradiation sur
la cuve des réacteurs du parc EDF. Il s’agit d’un
document de synthèse identifiant plusieurs
points d’amélioration, ce qui a permis de réduire
significativement l’écart calcul-mesure sur la
fluence calculée à la capsule et à la cuve des
réacteurs du palier 900 MW. La démarche adoptée
pour ce travail de vérification et d’analyse de
sensibilité comportait deux volets. D’une part
la vérification des différents « traitements »
réalisés sur les données par les codes de calcul,
et, pour chaque traitement, des données d’entrée
et des résultats. D’autre part une analyse critique
de certaines modélisations adoptées dans la
méthodologie. Il reste maintenant à étendre
ces considérations aux paliers 1 300 MWe et
N4 du parc français. L’enjeu de cette action est
stratégique pour EDF puisqu’elle s’intègre dans
la justification à l’Autorité de sûreté nucléaire
(ASN) de sa demande de prolongation de la
durée de fonctionnement de ses centrales
au-delà de la quatrième visite décennale, et
potentiellement jusqu’à 20 ans au-delà.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 13

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
ÉNERGIE NUCLÉAIRE DE FISSION
Plateforme de creuset froid avancé
à Marcoule.
Amont du cycle actuel
Les recherches sur l’amont du cycle prennent
de plus en plus d’importance, la gestion durable
de la ressource par nature limitée en uranium et
les besoins de renouvellement des installations
nécessitant d’améliorer à la fois les performances
d’extraction et la sélectivité des molécules.
En 2011, après trois ans de recherche,
le CEA a développé des molécules et des
procédés plus performants que les systèmes
classiques. En particulier, pour l’extraction de
l’uranium des phosphates, la structure d’une
molécule a été optimisée conduisant à une
amélioration notable par rapport aux deux
molécules actuellement utilisées. Les schémas
de procédés seront validés à petite échelle
et en fonctionnement continu dès 2012.
Dans le domaine de la séparation isotopique,
le CEA a développé les outils de simulation
du procédé Silex, en phase d’industrialisation
par GLE (Global Laser Enrichment, société
commune à General Electric, Hitachi et Cameco),
et réalise une veille technologique active.
L’ensemble des études réalisées sur les procédés
d’enrichissement permet de maintenir les
compétences dans ce domaine stratégique.
Aval du cycle actuel
Les programmes s’opèrent en soutien d’Areva
pour optimiser ou adapter les procédés de
traitement des combustibles usés de l’usine
de La Hague, et tenir compte notamment des
nouveaux combustibles du marché ; de l’Andra
pour fournir les éléments scientifiques et
techniques nécessaires aux dossiers Cigéo
qui seront transmis fin 2012 à l’ASN en vue
du débat public (cf page 17) ; et d’EDF pour la
gestion de certains déchets dont ceux issus
du démantèlement des réacteurs UNGG.
Dans ce cadre, le CEA, en tant que bailleur de
procédé, a remis en 2011 à Areva la version
finale du livre de procédé « Vitrification en
creuset froid ». Ce document fondamental
décrit les appareillages et formalise toutes les
exigences et recommandations issues de la
R&D pour toutes les phases de fonctionnement
L’installation Verdon à Cadarache, dédiée
à l’étude du comportement des produits
de fission lors d’un accident grave.
(nominales, transitoires ou dégradées). Ces
données permettent à l’industriel la déclinaison
en procédures d’exploitation afin de produire
un verre de confinement répondant aux critères
de performances qui sont attendus. Cette
version finale du livre de procédé intègre les
spécifications pour la production du verre MAD
(mis à l’arrêt définitif), des verres UMo (d’alliage
d’uranium et de molybdène, issus de la filière
UNGG) et UOx (oxyde d’uranium, issu de la filière
actuelle). Les données du livre de procédé sont
issues des essais réalisés depuis 2005 sur la
plateforme d’essai à échelle 1 à Marcoule sur
laquelle est installé le creuset froid nucléarisé.
Sûreté nucléaire
L’année 2011 a été marquée par l’accident
à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi.
Le CEA, comme ses partenaires, s’est engagé à
tirer tous les enseignements de cet accident et
à intégrer ce retour d’expérience dans le cadre
de sa démarche permanente d’amélioration
du niveau de sûreté de ses installations.
Dès la survenue de l’accident, une équipe
d’experts du fonctionnement des réacteurs, des
accidents graves, de l’assainissement et de la
décontamination a été mobilisée pour analyser
durant deux mois la situation des réacteurs
japonais et des installations connexes (cf temps
fort page 10). Si cet accident n’a pas remis en
cause la démarche de sûreté nucléaire, il a mis
l’accent sur les priorités. D’abord la volonté
d’améliorer la défense en profondeur. C’est tout
l’enjeu des évaluations complémentaires de
sûreté qui ont été réalisées à la demande de
l’ASN, sur cinq installations civiles du CEA en
2011 et qui se poursuivront sur sept autres en
2012. La seconde priorité réside dans les activités
de R&D. L’accident japonais n’a pas révélé de
lacune majeure dans le champ des connaissances
et dans les objectifs de R&D, en revanche il a
souligné la nécessité d’assurer sur le long terme
ces programmes de R&D et la pérennité des
installations associées. À ce sujet, le premier essai
Verdon a été réalisé en 2011 dans une nouvelle
14 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Le chantier du RJH à Cadarache.
Plateforme de multi-irradiation Jannus à Saclay.
installation destinée à l’étude du relâchement
de produits de fission de combustible à haut taux
de combustion en conditions d’accidents graves.
Cet essai a permis de valider les performances
de l’installation. Les enseignements en termes de
comportement des produits de fission en fonction
des conditions oxydo-réductrices de l’atmosphère
semblent déjà très riches. Les analyses sont
en cours et se poursuivront en 2012.
GRANDS OUTILS
POUR LE DÉVELOPPEMENT
DU NUCLÉAIRE
Les recherches pour les systèmes du futur ou
actuels nécessitent des outils expérimentaux
et de simulation spécifiques. Dans ce cadre, le
CEA développe et exploite un parc complet et
cohérent d’installations expérimentales ainsi
que des plateformes logicielles et des codes de
calcul dans les grandes disciplines du nucléaire.
Installations expérimentales
La construction du Réacteur Jules Horowitz (RJH)
à Cadarache est un projet majeur pour le CEA.
Seul outil de ce type en construction en Europe,
le RJH sera à terme une installation unique pour
l’étude des matériaux et des combustibles sous
irradiation, en soutien aux réacteurs nucléaires
de deuxième et troisième génération. Il assurera
aussi une part importante de la production de
radio-isotopes médicaux européens. Pour son
financement, le RJH bénéficie d’un soutien
du programme « Nucléaire de demain » des
investissements d’avenir. Le RJH est construit
dans le cadre d’un consortium international
(Areva, EDF, Europe, Vattenfall, DAE, SCK, NRI,
VTT, Ciemat, JAEA), le CEA étant propriétaire,
exploitant nucléaire et maître d’ouvrage de
l’installation. 2011 a vu l’entrée de l’organisme
israélien AEC dans ce consortium. Côté chantier,
la construction s’est poursuivie avec le bétonnage
des trois premières levées de l’enceinte du
réacteur et le début de celui de la piscine.
Autre événement marquant en 2011,
l’inauguration de l’installation expérimentale
Jannus (Jumelage d’accélérateurs pour les
nanosciences, le nucléaire et la simulation) le
27 juin 2011 en présence de Valérie Pécresse,
ministre de l’Enseignement supérieur et de la
Recherche, et d’Eric Besson, ministre chargé
de l’Industrie, de l’Énergie et de l’Économie
numérique. Jannus permet de simuler par
des particules chargées des irradiations
neutroniques, afin d’approfondir entre autre la
compréhension des phénomènes de vieillissement
des matériaux nucléaires sous irradiation.
Dans le domaine des matériaux, la plateforme
Minos (Materials innovation for nuclear optimized
systems), qui réunit les compétences et les
moyens de la Direction de l’énergie nucléaire
dans ce domaine, a signé un accord d’association
avec EDF R&D en décembre 2011. Cet accord
est complété par un second entre le CEA et le
MAI (Material ageing institute) d’EDF. L’objectif
est d’accroître les interactions entre le CEA
et EDF depuis les aspects formation jusqu’à
la préparation de propositions communes
pour les projets de l’Agence nationale de la
recherche (ANR) ou les projets européens.
Simulation numérique
Le CEA développe des plateformes et des codes
de calcul dans tous les grands domaines du
nucléaire (neutronique, thermo-hydraulique,
mécanique, thermique, chimie et matériaux)
afin de modéliser l’ensemble des phénomènes
entrant en jeu dans un réacteur.
L’année 2011 a été ponctuée par la mise à
disposition d’Areva et d’EDF d’une première
version d’Apollo3®, code de neutronique
déterministe multi-filières développé par le
CEA, marquant ainsi la naissance officielle de
ce code. Il sera mis en œuvre à partir de 2015
par les équipes de la Direction de l’énergie
nucléaire pour les études d’avant-projet détaillé
d’Astrid. À noter aussi la mise en service fin
2011 du mur d’images de la Direction de
l’énergie nucléaire à Saclay, un outil coopératif
de visualisation et d’analyse des données pour
toutes les communautés de physiciens. Il offre
une capacité de visualisation simple et globale
des simulations numériques, complexes et
détaillées, réalisées dans le domaine de l’énergie
nucléaire. Des simulations variées y sont étudiées
portant par exemple sur le comportement du
combustible sous irradiation dans les réacteurs
actuels, ou sur des scénarii accidentels en
soutien à la conception du réacteur Astrid.
Simulation sur le mur d’images de Saclay du
comportement du combustible dans un réacteur
nucléaire.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 15

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
ÉNERGIE NUCLÉAIRE DE FISSION
Démantèlement du réacteur Mélusine à Grenoble.
Réacteur expérimental Phénix à Marcoule.
ASSAINISSEMENT
ET DÉMANTÈLEMENT
Conduire des recherches dans le domaine
nucléaire implique de mener en parallèle des
programmes de construction et de rénovation
d’installations ainsi que des programmes de
démantèlement des installations en fin de vie.
Gérer ce démantèlement de façon responsable
est un des objectifs majeurs du CEA.
Les principales priorités à court et moyen terme
sont les suivantes :
de l’usine de retraitement UP1 et le démarrage
des opérations pour le réacteur Phénix, mis à
l’arrêt en 2010 ;
du périmètre des installations nucléaires
de base ;
l’ensemble des installations nucléaires du site.
Chantiers de démantèlement
L’année 2011 a été marquée par la validation
par des audits externes des scénarii et des
révisions de devis proposés en 2010 et la
présentation de cette stratégie aux autorités
de sûreté. Ces audits ont été réalisés par trois
cabinets externes (Mac Kinsey, Mazars et
KPMG) avec l’appui d’une ingénierie nucléaire
(Tractebel) pour les aspects techniques et validés
en Conseil d’administration le 13 avril 2011.
Parmi les avancées majeures concernant ces
projets de démantèlement, on peut citer :
négociations post 2010, du nouveau schéma
industriel de démantèlement de l’usine UP1,
ce qui permet de relancer les opérations de
ce chantier prioritaire ; l’envoi à La Hague
des premiers combustibles issus du réacteur
Phénix destinés à y être traités, suite à la
contractualisation finalisée fin novembre entre
le CEA et Areva ; en décembre 2011, l’envoi
conformément au planning, des rapports de
sûreté pour le démantèlement de l’APM (Atelier
pilote de Marcoule) au DSND (Délégation à
la sûreté nucléaire et à la radioprotection
pour les activités et installations intéressant
la Défense) et de Phénix à l’ASN.
importantes ont été réalisées : trois nouvelles
chaînes blindées ont été démantelées en 2011 ;
le démantèlement de la chaîne Gascogne a été
terminé en avance par rapport au planning.
Des difficultés existent sur ce chantier
complexe, qui avaient amené à réviser son
scénario en 2010. En 2011, l’annonce a été
faite à l’ASN que tous les jalons 2017-2018
ne pourront être tenus, l’objectif est de tenir
les échéances décrets pour toutes celles
qui sont désormais encore réalisables.
avec notamment la fin de la déconstruction
totale des bâtiments de la Station de traitement
des effluents et de déchets radioactifs en
toute fin d’année, l’homologation par un
arrêté du journal officiel du déclassement de
Mélusine. Ces avancées devraient permettre
de tenir le jalon 2012 du contrat d’objectifs
et de performance CEA-Etat, à savoir la fin du
démantèlement de toutes les INB du site.
Gestion des flux de déchets et des matières
La gestion des flux de déchets radioactifs, des
matières et des combustibles sans emploi est un
enjeu essentiel pour permettre le déroulement
nominal des activités de R&D et des programmes
d’assainissement et de démantèlement. Les
objectifs principaux pour le CEA sont de disposer
de filières opérationnelles permettant d’évacuer
en ligne les déchets radioactifs courants, et ceci
16 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Entreposage provisoire des combustibles irradiés issus des réacteurs d’étude du CEA (Pégase, Orphée, Osiris, Rapsodie...).
dans un contexte technico-économique optimisé.
En 2011, dans le cadre des études de conception
du Centre industriel de stockage géologique pour
les déchets HA et MA-VL* Cigéo, dont l’Andra
est maître d’ouvrage, le CEA a établi l’inventaire
de ses colis de déchets HA et MA-VL, ainsi que
des chroniques prévisionnelles d’expédition des
colis de déchets depuis ses sites d’entreposage
de Marcoule, Cadarache et Valduc. Le même
exercice a été réalisé en parallèle par les
autres producteurs de déchets (EDF et Areva).
L’inventaire, qui fondera la demande d’autorisation
de création de Cigéo, dont le dépôt est prévu
mi-2015, sera établi à partir du scénario industriel
fourni par les trois producteurs, assorti de marges
pour la gestion d’incertitudes d’inventaire.
Des réserves sont ajoutées (essentiellement
les graphites et bitumes de catégorie FA-VL**)
pour prendre en compte des incertitudes sur
les stratégies industrielles ou la mise en place
de nouvelles filières de gestion de déchets.
Le démantèlement de la chaîne Gascogne
à Fontenay-aux-Roses.
Réception du premier emballage de matières fissiles non irradiées à Magenta.
Installations de service nucléaire
Pour gérer ses déchets, le CEA s’appuie sur un
important parc d’installations de service nucléaire.
Elles lui permettent d’entreposer ses matières
nucléaires, de conteneuriser et d’entreposer
les combustibles usés issus de ses réacteurs
expérimentaux ou des expériences menées sur les
combustibles EDF (avant envoi pour retraitement
à La Hague) et de traiter ses effluents liquides et
déchets solides. Beaucoup de ces installations,
datant de la création des centres CEA, ont fait
l’objet d’importants travaux de rénovation ou
sont remplacées par de nouveaux bâtiments.
En 2011, le Magasin d’entreposage alvéolaire
Magenta de Cadarache a été mis en service.
Le premier emballage de matières fissiles non
irradiées y a été réceptionné le 15 février
2011. Cette INB a été conçue pour assurer,
pendant les 50 prochaines années, l’entreposage
des matières fissiles solides non irradiées
(ou faiblement irradiées) nécessaires aux
programmes de recherche du CEA, en prenant le
relais du Magasin central des matières fissiles
mis en service en 1962. L’année a aussi vu
l’enclenchement de la phase d’études d’avantprojet
détaillé de l’installation Diadem, la future
installation d’entreposage de Marcoule qui
recevra les déchets irradiants du CEA qui ne
sont pas acceptés dans les filières actuelles.
Transports
Pour transporter tous ces déchets et effluents,
un parc d’emballages de transport est nécessaire.
Le nouveau château IR500 n°2 a été mis en
service en 2011 pour effectuer son premier
transport de combustibles irradiés de Phénix vers
l’APM. Cette rotation a permis de valider le mode
opératoire de gestion de ce nouvel emballage,
qui intègre notamment les recommandations en
matière de facteurs humains et organisationnels.
Ce nouvel emballage sera fortement sollicité pour
les projets d’assainissement et démantèlement.
* HA : haute activité - MA-VL : moyenne activité vie longue.
** FA-VL : faible activité vie longue.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 17

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
ÉNERGIES RENOUVELABLES
ET NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L’ÉNERGIE
Les recherches sur les nouvelles technologies de l’énergie contribuent
au développement des énergies renouvelables, à l’efficacité énergétique
et à la mise au point de matériaux innovants avec l’objectif de soutenir
l’effort français de réduction de dépendances aux combustibles fossiles
et de meilleure intégration des énergies renouvelables dans notre
bouquet énergétique. Les priorités du CEA s’articulent autour de trois
axes : la production d’énergie solaire photovoltaïque et solaire thermique
pour l’électricité, le stockage de l’électricité et le stockage thermique
pour la production d’électricité ou directement de chaleur pour l’habitat,
le développement des transports automobiles hybrides et électriques.
Lingot de silicium pour études
de développement.
SOLAIRE
Récepteur solaire pour Odeillo
Le Laboratoire d’innovation pour les technologies
des énergies nouvelles et les nanomatériaux
(Liten) a mis en place un prototype d’absorbeur
solaire sur un concept innovant de récepteur à
plaques. La conception repose sur l’utilisation
de tubes métalliques insérés dans une matrice
également métallique conductrice. L’ensemble
est placé dans un caisson métallique puis soudé
par compression isostatique à chaud. L’avantage
de ce concept repose sur la garantie d’une bonne
durée de vie de l’appareil. Cette technologie
de fabrication a ainsi été retenue pour le futur
absorbeur solaire prévu dans le cadre d’une unité
pilote de centrale à tour. Il permettra la production
d’électricité par turbine à gaz et énergie solaire
sur le site de la centrale solaire de Thémis.
Cellule Photosil monocristalline à 18 %
Les outils du pilote Photosil, avec lequel travaille
le Liten depuis plusieurs années, montrent
désormais leur capacité à produire des cellules
de rendement élevé. Le procédé de purification
« optimisé » comporte une étape d’extraction
du bore par torche plasma réactive suivi de trois
étapes de ségrégation pour le tirage d’un lingot
monocristallin par la société Siltronix. Dans la
zone du lingot la plus compensée et à partir
d’une charge d’excellente pureté, un rendement
maximal de 18 % a été mesuré sur les cellules.
Étude sur l’intégration de panneaux
photovoltaïques sur des toitures.
Présérie d’un détecteur d’arc électrique
au sein des installations PV
En 2007, le Liten a développé et breveté
un dispositif de protection des installations
photovoltaïques (PV) contre les arcs électriques
qui peuvent apparaître accidentellement dans
une installation et provoquer des incendies. Les
développements des quatre années suivantes
ont permis d’obtenir un système directement
implémenté dans les boîtes de jonctions des
panneaux PV. Il pourra communiquer sur
son état à l’aide de la technologie de courant
porteur, vers une unité centrale. Il aura
également le pouvoir de coupure pour la mise
en sécurité du système au niveau de chaque
module photovoltaïque, étape nécessaire à
l’intervention des pompiers lors d’un incendie.
Ce dispositif sera demandé en France dans la
nouvelle norme C15-712-2 qui est en rédaction
et à laquelle participent les experts du Liten.
18 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

L’essor des systèmes photovoltaïques passe par une réduction
des coûts de fabrication des panneaux à haut rendement,
le développement de composants électroniques innovants
ainsi que, plus globalement, la définition de nouvelles
stratégies de gestion de l’énergie.
Mesure de la température de surface sur un panneau solaire.
Mise en service d’une centrale solaire
avec des capteurs à caloduc
Le CEA et la société Sophia-Antipolis énergie
développement (SAED) collaborent pour inventer
et réaliser une centrale solaire thermodynamique
basse température. Le prototype de 400 kWe
prévu doit permettre de valider les aspects
techniques, les coûts d’investissements et la
production d’un tel système. Une première
boucle pilote de 100 kW thermique composée
de 2 000 tubes pour une surface de captation
solaire de 200 m² a été mise en service sur
le site de Cadarache. De l’eau pressurisée à
2-3 bars est utilisée comme fluide caloporteur
dans les collecteurs. La température maximale
du fluide est de 150 °C. Dans les caloducs
circulent quelques millilitres de n-heptane qui
permettent le transfert d’énergie du caloduc
vers le collecteur. Le programme d’essais
visant la caractérisation des capteurs en
ensoleillement réel sera lancé début 2012.
Photovoltaïque organique
VÉHICULES ÉLECTRIQUES
ET HYBRIDES
Moins de platine dans les pots catalytiques
Les exigences réglementaires pour les rejets de
l’automobile et les tensions internationales sur
le platine exigent de développer des nouvelles
technologies pour les pots catalytiques. Pour
répondre à cet enjeu, le Liten met au point des
catalyseurs innovants présentant une activité
catalytique dans des conditions de température
relativement basse (

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
Poste d’assemblage des packs batteries.
Bobineuse sur la ligne d’assemblage des
batteries lithium-ions.
Accumulateurs lithium-ion soufre
Le Liten étudie diverses solutions alternatives
au lithium-ion. Parmi celles-ci, la technologie
lithium/soufre (Li/S) devrait permettre d’atteindre
des densités d’énergie massiques de l’ordre de
300 à 600 Wh/kg. Le soufre est un élément
bas coût, non toxique et abondant, ce qui en
fait un matériau actif d’électrode positive
très prometteur. Néanmoins, le système Li/S
présente quelques inconvénients qui limitent
les performances actuelles et contre lesquels
travaille le Liten : isolation électronique des
composés soufrés, dissolution de la matière active
en décharge, capacité de décharge et tenue en
cyclage trop faibles, autodécharge importante,
sécurité liée à l’utilisation de lithium métal.
L’ensemble des travaux réalisés dans le cadre
d’une thèse a permis d’augmenter la capacité de
décharge de 500 mAh/g (2008) à 1 400 mAh/g
(2011), de réduire la chute de capacité en
cyclage de 50 (2008) à 15 % (2011).
Quelques premiers essais de prototypages
d’accumulateurs Li/S de 1 Ah ont pu être réalisés
à partir de ces développements, restituant près
de 250 Wh/kg de cellule. Ces travaux intéressent
plusieurs industriels de premier rang mondial.
Boîtiers « à géométrie variable » pour batteries
Les cellules lithium-ion en boîtier rigide peuvent
se décliner sous deux formes principales :
cylindrique et prismatique. La première forme
est déjà en cours d’industrialisation sur la ligne
pilote du CEA Grenoble. Les actions initiées
par le Liten vont permettre de proposer le
second format en version prismatique bobiné.
Celui-ci sera préparé en deux hauteurs suivant
la même stratégie que celle déroulée sur les
cellules cylindriques, à savoir 125 mm et 160 mm
de haut, en basant le choix des dimensions sur
plusieurs critères : conservation de la capacité des
cellules cylindriques, utilisation des électrodes
des cellules cylindriques, capacité volumique
améliorée, augmentation de la surface potentielle
de refroidissement, intégration d’un maximum
de composants disponibles au laboratoire. Les
premiers échantillons ont été testés fin 2011.
Le « pack Forewheel » tient ses promesses
Le projet Forewheel a pour objectif de concevoir
et intégrer un système batterie complet dans
un véhicule Heuliez Will. Dans ce contexte,
un pack composé de 10 modules en série,
chacun d’entre eux comprenant 12 éléments
Des nanofils pour l’énergie
Pour le photovoltaïque de 3 e génération, l’Inac a développé des
nanofils en silicium coniques destinés à piéger la lumière et
collecter les porteurs de charge. Une version « branchée » de ces
nanofils, déployant d’importantes surfaces, a été étudiée pour ses
potentialités intéressantes dans les supercapacités et les batteries
Li-ion. Plus classiques, des nanofils de silicium cylindriques ont été
utilisés comme gabarit pour concevoir des nanotubes de platine
optimisant l’efficacité de ce métal, utilisé comme catalyseur dans les
piles à combustible.
Nanostructuration du silicium :
a) nanofils coniques pour le photovoltaïque de 3 e génération,
b) « nano-arbres » pour les supercondensateurs ou batteries Li-ion,
c) nanofils comme gabarit pour la synthèse de « nano-doigts »
de platine pour les piles à combustible.
a)
b)
c)
20 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Qualification des matériaux pour les composants d’électrolyse de la vapeur d’eau à haute température.
en série et 5 en parallèle de LiFeBatt 15 Ah
(12S5P) assemblés au sein d’un caisson
batterie adapté, a été réalisé au Liten.
Le pack batteries a été testé sur le site de
l’Institut national de l’énergie solaire (INES) pour
valider ses performances et a fait l’objet d’une
analyse de sécurité entre le CEA et Michelin, par
la méthode des arbres de défaillance. Le pack a
finalement été intégré au véhicule et testé en
roulage sur la piste Michelin de Ladoux où il a
été soumis à deux séries d’essais d’endurance
sur piste, et parcouru environ 10 000 km par
session. À l’issue de ces essais, le pack batterie
ne présente pas de baisse de performance
prouvant la robustesse du concept utilisé.
MATÉRIAUX INNOVANTS
Inventaire des matériaux rares
La réduction drastique de 40 % des quotas
d’exportation chinois de terres rares en
2010 a généré une prise de conscience de la
dépendance de bon nombre de technologies sur
ces matériaux produits à 97 % par la Chine.
La dépendance d’une technologie sur un
matériau jugé « à risque » peut en freiner
le développement, voire en hypothéquer
totalement l’intérêt commercial.
Un premier inventaire sur base d’une enquête
interne à la Direction de la recherche
technologique a été effectué par le Liten afin
d’identifier de tels usages, sur la base d’une liste
relativement large de matériaux potentiellement
sensibles. Il a permis d’établir une cartographie
des usages au niveau macroscopique, révélant
une dépendance en particulier sur les platinoïdes,
certaines terres rares, mais aussi sur les éléments
comme l’indium, le germanium, le gallium, le
tantale. Les équipes ont été sensibilisées et ont
lancé des recherches afin d’en réduire l’usage, de
les subsituer ou les recycler.
Caractérisation d’une LED bleue, mesure de
puissance optique, spectres, caractéristiques
courant-tension.
Pictic : une plateforme pour l’électronique
organique imprimée
La Plateforme d’impression de composants pour les
technologies de l’information de la communication
et les capteurs, Pictic, a vu le jour au début de
l’année 2011. Installée dans une salle blanche de
400 m 2 de classe 1 000, elle propose aux industriels
un accès à un parc d’équipements conçus pour
pouvoir imprimer des couches organiques ou
inorganiques sur des substrats conformables et la
possibilité de fabriquer des préséries de composants.
Parmi les premières réalisations qui ont utilisé cet
environnement, deux concernent des capteurs.
Le premier de ces dispositifs est un capteur de
température sur substrat flexible polyéthylène,
le second un capteur de pression. La prochaine
étape consistera à environner ces capteurs par un
circuit logique à base de transistors organiques.
Nanoparticules pour éclairage
Il a été montré que la luminosité et la longueur
d’onde de la lumière ambiante est importante
non seulement pour l’exécution des tâches, mais
qu’elles peuvent également avoir des effets
biologiques : la régulation du système circadien
humain, l’impact sur l’horloge biologique, l’humeur.
Fort de ce constat, le Liten travaille sur la
génération d‘éclairages intelligents en synthétisant
des nanoparticules dans une couche de conversion
située devant des LEDS. En jouant sur la taille
et la nature chimique des nanoparticules, il est
possible de reproduire les variations de la lumière
naturelle qui régulent le rythme biologique naturel.
HYDROGÈNE
ET PILES À COMBUSTIBLE
Le CEA, leader mondial en brevets EVHT
Depuis 2005, le CEA travaille sur la production
d’hydrogène par Électrolyse de la vapeur d’eau
à haute température (EVHT). Par le biais de ses
différents programmes collaboratifs et industriels,
il intervient sur toute la chaîne, depuis les
matériaux constituant les différents composants
des électrolyseurs, les procédés permettant de
les fabriquer jusqu’à leur mise en œuvre dans des
empilements d’électrolyse de design innovant.
Pour protéger sa propriété intellectuelle, le
CEA a eu, depuis des années, une politique
volontariste de dépôts de brevets. Les 16
brevets déposés, dont 15 ces 5 dernières
années, représentent près de 10 % des brevets
mondiaux sur l’EVHT. Le CEA s’impose ainsi
comme l’acteur majeur sur le domaine, sur
lequel sont positionnés principalement des
acteurs industriels et majoritairement asiatiques
(Toshiba avec 8 brevets, Mitsubishi avec 7).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 21

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
Caractérisation des propriétés thermomécaniques
des hydrures métalliques pour le stockage de
l’hydrogène.
Assemblage d’un empilement
d’électrolyseur haute température
sur banc d’essais.
Le joint qui permettra l’exploit
Pour l’électrolyse à haute température, la
gestion des gaz et le maintien de l’étanchéité
dans le temps constituent un véritable verrou.
Le problème majeur réside dans le cyclage
thermique de composants métalliques et
céramiques fragiles présentant des coefficients
d’expansion thermique différents.
Le joint verre constitue jusqu’à présent la
référence pour obtenir l’étanchéité entre ces
composants, mais il casse après quelques
cycles thermiques limitant drastiquement la
durée de vie de l’électrolyseur. Dans le cadre
du projet ANR Email, un nouveau concept de
joint a été développé et breveté par le CEA,
Garlock et l’ENSMP. Il s’agit d’un joint métallique
comportant une âme mixte céramique et
métallique permettant le glissement dans le joint.
Fabriqué par Garlock, il a été testé et a permis
d’obtenir à 800 °C une étanchéité de 98 %.
Un refroidissement sous charge a été ensuite
effectué puis une remontée en température
programmée, permettant de retrouver un
niveau d’étanchéité supérieur à 92 % à 800 °C
et démontrant la cyclabilité de ce joint.
Stockage : succès des tests d’Agripac
Le stockage de l’hydrogène via les hydrures
métalliques présente l’avantage d’une
bonne capacité volumique à basse pression,
contrairement au stockage sous pression. Du fait
de sa faible capacité massique, son utilisation
pour les applications transport est réservée à
des applications « niches » dites lourdes tels
que les engins de chantiers ou agricoles.
Le Liten développe en partenariat avec la
société Massey Fergusson un prototype de
réservoir à base d’hydrures pour tracteur
agricole à pile à combustible. Le réservoir a été
conçu selon un design original, valorisant deux
brevets CEA. Un prototype capable d’absorber
1,3 kg d’hydrogène a été conçu, fabriqué,
assemblé et testé. Les premiers essais de
chargement ont montré une cinétique répondant
au cahier des charges du client à savoir un
demi-chargement en moins de 30 minutes.
Gestion de l’eau dans les piles à combustible
Les performances et la durée de vie des piles à combustible dépendent fortement de la teneur en
eau. L’analyse de la gestion de l’eau dans des piles en fonctionnement, à l’aide de neutrons ou de
rayons X, permet de mieux comprendre les phénomènes et de les modéliser.
Vers une pile à combustible sans métaux nobles
Le développement de l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique demande de
s’affranchir du platine comme catalyseur dans les piles à combustible. Après avoir montré l’efficacité
de catalyseurs sans platine pour l’oxydation de l’hydrogène à l’anode, des catalyseurs sans métaux
nobles, efficaces pour la réduction de l’oxygène à la cathode, ont été obtenus à l’Iramis.
22 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Salle des bancs d’essais mono-cellules de piles à combustible de type PEMFC.
Pile à combustible : AME de grande surface
avec peu de platine
Les développements technologiques ont porté
sur la diminution de la quantité de platine
utilisé par kW en vue de baisser les coûts des
PEMFC (Proton exchange membrane fuel cell),
pour un futur déploiement industriel. Le Liten
a réussi en 2011 à fabriquer des Assemblages
membrane-électrodes (AME) de grande surface
(220 cm²) avec un chargement minimum de
0,32 g de Pt/kW à puissance maximum. L’AME
a fonctionné dans un mini-empilement pendant
plus de 200 heures sans perte de performance.
Depuis plus d’un an, le Liten développe des
assemblages membrane-électrodes (AME)
de PEMFC de grande surface pour intégration
dans des empilements de puissance.
Les AME sont testés en mini-empilements sur
les bancs dans les conditions opératoires type de
l’application automobile et sous hydrogène pur.
Les essais sont effectués avec des membranes
du commerce et des membranes développées
au Liten. Au vu de résultats très encourageants
obtenus par les produits Liten, une ligne pilote
de fabrication d’AME est en cours de réalisation
au CEA de Grenoble permettant à terme de
répondre aux cahiers des charges des partenaires
et clients du Liten (voir temps forts page 11).
BIOCARBURANTS
DE 2 E ET 3 E GÉNÉRATIONS
Vers un développement de la filière
biocarburants
Pour répondre aux enjeux nationaux et
internationaux de la filière biocarburant
de 2 e génération (liquide ou gazeux), il est
nécessaire de développer un outil expérimental
de gazéification à flux entraîné pouvant
fonctionner à haute pression et haute
température. C’est dans ce contexte que s’inscrit
le projet du réacteur à flux entraîné Girofle
au sein du Liten. Ce réacteur constituera un
dispositif analytique unique en Europe.
Le Liten travaille déjà à la mise en place de
modèles décrivant de manière fiable et robuste
le fonctionnement des réacteurs à flux entraîné
et au développement d’un outil de simulation
1D capable de représenter la physique des
transformations au sein des réacteurs de
gazéification. En complémentarité, il met aussi
au point des outils de simulation 2D/3D à l’échelle
du réacteur. La modélisation sur le réacteur Girofle
sera utilisée pour mettre en service le nouveau
réacteur à flux entraîné dont le Liten va s’équiper
prochainement dans le cadre de l’Equipex
Genepi (voir encadré) qui vient d’être retenu.
L’indispensable « torréfaction »
La torréfaction s’affirme comme un
prétraitement prometteur de la biomasse
avant sa gazéification dans un réacteur à
flux entraîné. La torréfaction dure plusieurs
dizaines de minutes à une température
comprise entre 200 et 300 °C et s’apparente à
un traitement thermique doux de la biomasse
dans une atmosphère en défaut d’oxygène.
Elle entraîne une perte de masse du solide et
une production de gaz et d’espèces condensables
potentiellement valorisables. Cette étape
de prétraitement thermique est énergivore
(classiquement 25 % du PCI). Les résultats
de 2011 sont encourageants et permettent
d’augmenter significativement le débit de poudre
produit pour un coût énergétique réduit.
Étude de la torréfaction de particules de bois.
Genepi, une plateforme innovante dédiée aux énergies nouvelles
Le CEA décroche avec ses partenaires un équipement d’excellence (Equipex) adapté à la gazéification
pour plateforme innovante dédiée aux énergies nouvelles. Ce projet vise à développer une plateforme
expérimentale dédiée à la production de biocarburants de 2 e génération. Il comprend deux unités
de retraitement et gazéification instrumentées et développera la 2 e génération de biocarburants
issue de source lignocellulosique (bois, feuilles, paille, etc.), et non les graines ou les tubercules
des plantes comme dans la 1 e génération. Ce projet unique en Europe va permettre à la France de
disposer d’une plateforme fortement instrumentée, flexible, comprenant une unité de torréfaction et
une unité de gazéification reliées entre elles, à une échelle de production de quelques kg/h, ouverte
aux acteurs de la R&D.
Genepi permettra aux PME, qui ne développent qu’un élément partiel d’une ligne de production et
qui n’ont pas accès aux installations de grande taille, de tester leurs composants sur une installation
de taille réaliste.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 23

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
Bioénergies
Face à l’enjeu du développement des bioénergies,
le CEA mène des recherches afin de mettre
au point des carburants de 3 e génération.
Ils sont élaborés dans une logique de nonconcurrence
avec les cultures alimentaires
et d’affranchissement d’une occupation des
sols dédiés à la culture de la biomasse.
Pour cela, deux grandes voies sont
suivies par les scientifiques du CEA :
à produire de l’hydrogène ou des composés
carbonés énergétiques (lipides, éthanol…),
identifier les verrous bloquants de ces
productions et proposer des voies d’optimisation ;
dérivées de la connaissance des mécanismes
de la photosynthèse et des hydrogénases
afin de définir de nouvelles stratégies pour la
production photocatalytique d’hydrogène et
le fonctionnement des piles à combustible.
Dans le domaine de la production des
biocarburants par les micro-algues, plusieurs
avancées ont été marquantes. 2011 a vu
l’inauguration de la plateforme technologique
HélioBiotec, inscrite dans le contrat État-région,
à Cadarache. Un partenariat industriel y est mis
en place avec la société Fermentalg, pionnière
et leader de la recherche, du développement
et de la production de micro-algues, qui a réuni
14,6 M€ d’aides et d’investissements avec le
soutien d’OSEO pour lancer le premier projet
européen d’envergure autour de l’Exploitation
industrielle des micro-algues (EIMA). Une nouvelle
pièce à la compréhension des mécanismes
d’accumulation d’huile chez les micro-algues
a également été apportée. L’utilisation d’une
approche de protéomique a en effet révélé
l’existence de plus de 200 protéines fortement
associées aux corps lipidiques, organes majeurs
du stockage de l’huile chez la micro-algue
du modèle Chlamydomonas reinhardtii.
La caractérisation fonctionnelle de ces protéines
devrait permettre de décrypter les mécanismes
de stockage de ces lipides, une étape clé
pour favoriser leur production industrielle.
Valoriser le CO 2
La recherche dans la biodiversité de souches
naturelles présentant des propriétés d’intérêt,
et la génération de diversité par mutation
génétique, pour créer des espèces aux propriétés
nouvelles, sont également des pistes activement
suivies. La collecte d’espèces issues de la
biodiversité a notamment été effectuée en 2011
dans le cadre de la mission océanographique
de grande ampleur Tara Oceans. Leur analyse
génomique est en cours. Le criblage de souches
génétiquement modifiées a pour sa part permis
d’isoler un mutant de l’algue microscopique
Chlamydomonas reinhardtii présentant une
forte stimulation de ses capacités de production
d’hydrogène. Enfin, une autre approche, dite
de « génétique chimique » a été mise au point.
En utilisant une petite molécule organique,
Plateforme biotechnologique
HélioBiotec d’étude et d’optimisation
des mécanismes biologiques de
certains micro-organismes.
Les chimistes de l’Iramis ont trouvé un catalyseur permettant la transformation du CO 2 en dérivés
de formamides, composés organiques important en biochimie, habituellement issus de la pétrochimie
et largement utilisés pour la fabrication de textiles, de médicaments et de colles.
Cultures sous air enrichi en CO 2.
il est ainsi possible de contrôler l’activité de
l’enzyme qui régit la production de certains
lipides chez la plante Arabidospis thaliana.
Cette technique va permettre d’identifier
au sein de chimiothèques les composés
capables de modifier le métabolisme lipidique
des micro-algues.
Côté production d’hydrogène par des
approches biomimétiques, la caractérisation
du photosystème II, une enzyme catalysant
l’oxydation de l’eau, étape clef de la
photosynthèse, a été poursuivie. Parmi quatre
candidats potentiels, l’ion manganèse responsable
de la fixation de la molécule d’eau lors de cette
réaction a été déterminé. Cela constitue une étape
importante car les scientifiques cherchent depuis
longtemps à s’inspirer de cette enzyme afin
de produire un catalyseur pour l’hydrolyse
de l’eau dans l’optique de produire de l’hydrogène.
De plus, une nouvelle stratégie efficace, simple
et rapide a été initiée et permettra de connecter
un module photoactif, capable de capter et
convertir l’énergie solaire. Des unités de base,
pouvant être réduites ou oxydées, ouvriront ainsi
la voie au développement de systèmes utilisables
dans le domaine de la photosynthèse artificielle.
24 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
Maintenance du tokamak Tore Supra.
Groupe de pompage de Tore Supra,
le maintenant sous vide.
ÉNERGIE DE FUSION
La fusion nucléaire par confinement magnétique
offre la perspective d’une production d’énergie
cohérente avec un développement durable. Ce
programme interdisciplinaire et international
comprend l’exploitation du tokamak Tore Supra à
Cadarache et de JET en Angleterre, la préparation
du projet ITER à Cadarache, ainsi que des projets
d’accompagnement d’ITER, appelés approche
élargie. En synergie avec ses partenaires industriels
et académiques européens, l’Institut de recherche
sur la fusion magnétique du CEA (IRFM) mène des
recherches scientifiques et techniques reposant
sur des développements de la théorie des plasmas,
des modélisations et des expériences sur Tore
Supra et JET, ainsi que des actions finalisées de
support au projet ITER, approche élargie comprise.
Consolidation de la participation à ITER
La plupart des études, contractualisées avec ITER
Organization ou l’Agence européenne Fusion
for Energy (F4E), a porté sur l’intégration d’un
module diagnostic à tiroir, les composants exposés
au plasma, le cryomagnétisme, la validation
et la qualification des mesures magnétiques.
D’autres actions se poursuivent, comme les
études de concepts pour le chauffage du plasma
et la génération de courant (antenne « Ion
Cyclotron Resonant Heating », antenne « Lower
Hybrid Current Drive ») ou le développement de
diagnostics infrarouges et visibles adaptés à des
parois métalliques. Le dispositif FIRE, destiné
à « étouffer » les disruptions, a été testé avec
succès sur Tore Supra ; ces tests se poursuivront
en 2012.
Contribution aux projets de « l’approche élargie »
Pour le futur tokamak japonais JT60-SA, un contrat
pour la fourniture de 9 bobines toroïdales a été signé
et la fabrication a été lancée ; les spécifications
de « l’usine cryogénique » associée au tokamak ont
été validées ; l’appel d’offres pour les alimentations
des bobines magnétiques a été diffusé.
Par ailleurs, la Direction des sciences de la matière a
livré au Japon, au nom de l’Europe, le supercalculateur
pétaflopique du centre de calcul dédié à la fusion, qui
sera ouvert aux scientifiques japonais et européens
dès 2012 (IFERC).
Théorie et simulation de la physique
des plasmas
L’approche modélisation – simulation – validation
par l’expérience s’est étoffée. Elle concerne aussi
bien les interprétations de mesures infrarouges en
présence de parois métalliques, que la simulation
via le code Gysela de la perte d’ions énergétiques,
ou la simulation de l’éjection rapide de matière
observée lors d’instabilités via le code XTOR.
Physique expérimentale
Pour Tore Supra, le record d‘énergie injectée et
récupérée de 2003 (1 GJ) a quasiment été égalé
(0,95 GJ) avec un plasma plus chaud, plus dense
et à courant plus important (6 MW de chauffage
hybride et 1 MW de chauffage cyclotronique
ionique). Le fonctionnement observé présente,
sur la durée du choc, toutes les caractéristiques
d’un régime à confinement amélioré ; il ouvre,
pour la prochaine campagne, un nouveau domaine
de fonctionnement de Tore Supra.
En parallèle, la pertinence pour ITER du projet
WEST, consistant à installer un divertor en
tungstène dans Tore Supra, a été reconnue par
toute la communauté de la fusion, et ses études
de conception se sont poursuivies.
Le programme JET « ITER-like wall » (parois de
réacteur identiques à ITER), avec sa nouvelle
configuration tungstène, va offrir de nouvelles
possibilités au terme des actions suivantes : mise
au point des systèmes de protection de la paroi
en temps réel, modélisation des instabilités de
bord du plasma via le code Jorek, participation aux
travaux sur la rétention de gaz dans la nouvelle
configuration et aux mesures infrarouges et
visible avec des parois métalliques.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 25

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
RECHERCHE SUR LES
RELATIONS ÉNERGIE/CLIMAT
ET ENVIRONNEMENT
Mise à l’eau du carottier géant Calypso
à bord du Marion Dufresne.
2011 a été marquée par une accalmie des
controverses sur les sciences du climat,
notamment suite à l’évaluation des recherches
sur le changement climatique par l’Académie
des sciences, fin 2010, qui a réaffirmé la
pertinence des travaux des climatologues et
de leurs conclusions. La nomination au sein de
l’Académie des sciences de Jean-Claude Duplessy,
chercheur et ancien directeur du Laboratoire
des sciences du climat et de l’environnement
(LSCE), a confirmé par ailleurs la place des
sciences du climat au sein de cette institution.
Simulations du GIEC
Le LSCE est fortement impliqué dans l’élaboration
du 5 e rapport du GIEC, à travers la rédaction
du document et la simulation du climat. Deux
coordinateurs de chapitre, quatre auteurs principaux
et deux éditeurs de revue du LSCE ont fourni une
première version rédigée de leurs chapitres en
2011. Des chercheurs du LSCE ont également
réalisé pour le GIEC des simulations du climat passé
et futur à l’échelle globale, utilisant le modèle de
l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL), en prenant
notamment en compte le couplage climat – carbone.
Cet exercice confirme les conclusions du dernier
rapport du GIEC de 2007 concernant l’évolution
à venir des températures et des précipitations.
Pour 2100, le scénario le plus sévère prévoit
un réchauffement de 3,5 à 5 °C et dans le cas
le plus optimiste, la température globale moyenne
s’élève de 2 °C.
Chantier Méditerranée
Initié en 2010, le programme inter-organismes
« Chantier Méditerranée » s’est poursuivi.
Le LSCE coordonne dans ce cadre le projet dédié
aux pollutions atmosphériques et à leurs impacts
(CharMex) et participe à des projets lancés
en 2011 : MerMex (impact des changements
climatiques et de l’activité humaine sur
l’environnement continental et marin) et PaleoMex
(relations passées Homme-climat-environnement).
Flacons pour prélèvements d’air sur banc
de recyclage du laboratoire Ramces.
Icos
L’infrastructure européenne de recherche Icos,
constituée d’un vaste réseau d’observation de
l’atmosphère et de l’écosystème et d’un centre
de gestion des données, dont la coordination
est confiée au LSCE, continue à se développer.
Icos doit fournir des données de haute précision
et à long terme sur les puits et sources de CO 2
atmosphérique en Europe. Un démonstrateur
de station intégrée, équipé notamment d’un Lidar
pour la mesure de gaz à effet de serre, a été
installé sur une tour de 120 mètres de hauteur,
sur le site Andra de Bure (Meuse). En 2011,
plus de 2 000 échantillons atmosphériques ont
été analysés au LSCE, en provenance de 19 sites,
dans le cadre du suivi mondial de la composition
de l’atmosphère (réseau Ramces).
Une réévaluation des flux
de carbone
Une deuxième analyse des mesures de
CO 2 dans le monde a été réalisée pour
cartographier les variations des flux à la
surface du globe au cours de la période
1988-2008. Les flux sont calculés à partir
de mesures atmosphériques réalisées dans
128 stations. Ils sont estimés avec une
résolution temporelle d’une semaine et une
résolution spatiale de 3,75° x 2,5° (longitude
et latitude). L’analyse des résultats montre
qu’on réduit l’incertitude sur les flux
annuels à grande échelle, de 20 à 60 %
suivant les régions, mais que la densité
du réseau de mesure est insuffisante
pour déterminer des structures spatiales
à l’intérieur des continents. Un réseau
plus dense tel Icos est donc nécessaire.
26 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Passeur automatisé d’échantillons biologiques monté sur la ligne de haute énergie au Cimap.
Le LSCE au sein de l’IPSL
L’IPSL, dont le LSCE est une composante
importante, a obtenu en 2011 le financement d’un
« Laboratoire d’excellence » (L-IPSL), qui renforce
son rôle d’acteur majeur dans sa discipline.
2011 a vu l’entrée au classement de Shanghai
de l’une des trois tutelles du LSCE, l’Université
Versailles-St-Quentin (UVSQ), grâce notamment
à l’augmentation de publications à fort impact
du LSCE. Les chercheurs du LSCE ont également
contribué à l’évolution de l’Observatoire des
sciences de l’univers vers une « école interne » de
l’université. Deux projets impliquant l’UVSQ, ainsi
que le CEA et le CNRS, ont par ailleurs mûri en
2011 : la création d’un institut franco-chinois sur
le carbone et celle d’une chaire industrielle sur les
flux de gaz à effet de serre.
CHIMIE ET INTERACTIONS
RAYONNEMENT – MATIÈRE
Inscrit dans le réseau EMIR, le nouvel accélérateur
d’électrons Sirius de l’Institut rayonnement
matière de Saclay (Iramis), sur le site de l’École
polytechnique, a été ouvert aux premières
expériences.
Celles-ci portent sur le suivi de l’irradiation
par des ions lourds de moyenne énergie sur
le nouveau diffractomètre de rayons X « Alix »,
installé sur une ligne d’irradiation. Elles ont été
conduites au Cimap (Centre de recherche sur
les ions, les matériaux et la photonique, auprès
du Ganil à Caen) et permettront d’étudier les
phénomènes d’irradiation en réacteur nucléaire.
Façonner la matière à l’échelle nanométrique
par irradiation de faisceaux d’ions
L’irradiation peut être utilisée de façon originale
pour nanostructurer la matière. Des chercheurs de
l’Iramis ont montré qu’il est possible de modifier la
morphologie de nano-objets métalliques confinés
dans une matrice amorphe (matériaux composites)
par irradiation avec des ions lourds rapides. Ce
« façonnage » de nano-objets est un moyen
intéressant pour mieux maîtriser leurs propriétés
physico-chimiques.
Capteurs ultrasensibles de métaux lourds
à base de membranes polymères irradiées
L’application des nouvelles normes de
concentration en métaux lourds dans les eaux
nécessite de nouvelles techniques d’analyses
performantes. Des chercheurs de l’Iramis ont
réalisé des capteurs voltamétriques originaux,
très sensibles car capables de piéger une forte
concentration de polluants dans une électrode
constituée d’une membrane rendue poreuse par
irradiation d’ions lourds.
Des ions lourds pour couper et plier le graphène
Le graphène, plan cristallin de carbone, est
aujourd’hui étudié de façon très approfondie du
fait de ses conductances électrique et thermique
exceptionnellement élevées ou encore de
sa résistance mécanique. Les chercheurs
du Cimap, en collaboration avec les chercheurs
de l’Université de Duisburg (Allemagne), viennent
de montrer de façon tout à fait originale que le
graphène peut être coupé et plié, par irradiation
sous incidence rasante, avec un ion lourd.
Dispositif expérimental d’ions au Ganil.
Matériaux et énergies durables
Au sein de l’Iramis, le Centre de recherche
sur les ions, les matériaux et la photonique
(Cimap), implanté auprès du Ganil à Caen,
est totalement intégré au Labex EMC3
(Energy, materials and clean combustion
center) dont l’objectif est de conduire des
recherches dans les domaines de l’énergie
nucléaire et de l’énergie durable.
Le Cimap est aussi partenaire de l’Equipex
Genesis, visant à caractériser les matériaux
du nucléaire à l’échelle nanométrique.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 27

1 I A
ÉNERGIES BAS CARBONE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE
SUR LES ÉNERGIES BAS CARBONE
Manipulation d’échantillons biologiques
en conditions non-stériles.
RADIOBIOLOGIE
Comprendre l’effet sur le vivant des fortes
et faibles doses de rayonnement
Les recherches menées par le CEA en radiobiologie
ont pour objectif d’étudier l’impact sur la santé et
l’environnement des rayonnements ionisants. Elles
contribuent à définir les conditions de sécurité
liées aux technologies du nucléaire et l’accident
nucléaire de Fukushima souligne la nécessité
de les renforcer. L’étude des mécanismes de
réparation et de recombinaison de l’ADN, la prise
en compte de la sensibilité de chaque individu
aux rayonnements ionisants et la connaissance
des processus de cancérogénèse sont au cœur de
ces recherches. En 2011, les chercheurs se sont
attelés à relever un défi de taille : déterminer
si une tumeur est liée à une exposition aux
rayonnements ionisants ou non… Ils ont analysé
l’expression globale des gènes de tumeurs de la
thyroïde apparues à la suite d’une radiothérapie
ainsi que de tumeurs de la thyroïde développées
par des enfants vivant à proximité de la centrale
de Tchernobyl en 1986. Par recoupements
successifs, il a été possible de définir des groupes
de gènes constituant une signature de la nature
radioinduite de la tumeur. Les chercheurs du
CEA ont également continué à explorer les
mécanismes de réparation de l’ADN mis en
jeu lors d’une atteinte par les rayonnements.
Chez l’Homme, il existe plusieurs systèmes
de réparation de l’ADN suite à des dommages
imputables aux rayonnements UV, notamment
le système NER. En 2011, les chercheurs du CEA
ont démontré que trois protéines, XPC, RAD23B
et Centrine 2, sont des acteurs essentiels de
cette voie de réparation et ont décrypté en partie
leur mode d’action. Une autre voie de réparation
est essentielle pour réparer les cassures
Extraction d’ADN et analyse par PCR
des phénotypes de souris.
double-brins de l’ADN qui sont extrêmement
toxiques : le NHEJ. En déterminant la structure
tridimensionnelle d’un complexe formé de deux
protéines, Xrcc4 et Cernunnos, les chercheurs ont
apporté un éclairage nouveau sur les mécanismes
moléculaires de l’action de ce complexe.
Enfin, en 2011, le CEA a mis en place une
collaboration avec l’Institut des cellules souches
pour le traitement et l’étude des maladies
monogéniques (I-STEM). Il s’agira de reprogrammer
des cellules souches adultes de l’épiderme afin
de les rendre capables de former des cellules
caractéristiques de plusieurs types cellulaires.
Cette technique va permettre une modélisation
de maladies d’hypersensibilité telles que le
syndrome de Gorlin. Les patients atteints
de cette maladie développent des tumeurs
cutanées et cérébrales et présentent une forte
sensibilité individuelle aux rayonnements
ionisants. Avec les lignées de cellules ainsi
obtenues, il va être possible de reconnaître
les mécanismes de cette sensibilité ainsi que
de rechercher des marqueurs d’exposition
à faible dose, qui font défaut aujourd’hui
pour caractériser les populations à risque.
Dépôt des échantillons pour électrophorèse.
28 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Plateforme de phytotechnologie dédiée à la culture des plantes en conditions contrôlées.
TOXICOLOGIE
Appréhender l’impact des technologies de
l’énergie sur l’Homme et son environnement
Les recherches en toxicologie du CEA ont pour
objectif d’apporter les connaissances dont il
a besoin pour assumer ses responsabilités en
tant que producteur ou utilisateur de nouveaux
procédés technologiques, dans le domaine des
énergies bas carbone. Ces procédés sont variés,
allant des applications nucléaires aux matériaux
à base de nanoparticules pour les nouvelles
énergies. La caractérisation des dangers et
de l’impact potentiel de ces technologies sur
la santé ou l’environnement s’appuie sur les
compétences pluridisciplinaires du CEA et sur
sa capacité en recherche fondamentale.
Les recherches en toxicologie sont essentielles
pour améliorer la protection des populations et
des travailleurs du nucléaire. Les médecins du
travail ont besoin de tests qui leur permettent
non seulement de connaître le niveau de la
contamination mais aussi d’en prévoir les
conséquences pathologiques potentielles. Les
chercheurs ont trouvé un biomarqueur qui pourrait
les y aider dans le cas d’une contamination par
l’uranium : l’ostéopontine, une protéine impliquée
dans la minéralisation osseuse. En 2011, ils ont
commencé à évaluer l’intérêt de ce marqueur
auprès d’un petit nombre de travailleurs d’Areva
exposés à des poussières d’uranium, une première
étape essentielle pour mieux appréhender le
mécanisme d’action toxique de l’uranium.
Dans le domaine du risque nucléaire
environnemental, les équipes du CEA s’appuient
sur leurs connaissances de la biologie des plantes
et des micro-organismes et sur l’exploration de
la biodiversité pour rechercher les mécanismes
enzymatiques ou de transport importants
pour le développement de techniques de
décontamination. En 2011, les chercheurs ont
montré que dans des sols naturellement riches
en uranium localisés dans le bassin minier du
Limousin, la présence de cet uranium n’affecte
pas la diversité bactérienne mais induit le
développement d’une population spécifique,
remarquablement stable dans le temps. Ils
ont également établi des collections rares de
bactéries qui représentent un outil essentiel
pour avancer dans la compréhension des liens
entre radionucléides, sols et bactéries. D’autres
chercheurs se sont intéressés à la toxicité des
métaux lourds pouvant être issus des activités
industrielles liées ou non au secteur du nucléaire.
Ils ont ainsi montré que l’intoxication de cellules
végétales par de faibles concentrations de
cadmium induit de nombreux changements au
niveau de la synthèse protéique, un processus
essentiel dans la croissance des êtres vivants.
Les nanoparticules occupent une place croissante
dans les matériaux utilisés dans les secteurs
du nucléaire, du photovoltaïque ou pour la
filière hydrogène. En 2011, les chercheurs ont
développé un modèle cellulaire mimant la barrière
hémato-encéphalique, élément clé de la protection
du cerveau, et testé sa performance pour l’analyse
du transfert des nanoparticules à travers cette
barrière. Ils ont ainsi mis en évidence la capacité
des nanoparticules de dioxyde de titane (nano-
TiO 2) à franchir les barrières membranaires,
s’accumuler dans les cellules et provoquer des
modifications fonctionnelles. Les études devront
Souches bactériennes environnementales
cultivées sur plaque multipuits.
être poursuivies mais il est déjà rassurant de
constater que les effets biologiques observés
ne surviennent qu’à des doses extrêmement
élevées et pour des matériaux notoirement plus
réactifs que ceux utilisés dans l’industrie.
Métaux lourds et génotoxicité
Les chercheurs de l’Institut de recherches
en technologies et sciences pour le vivant
et de l’Institut nanosciences et cryogénie
étudient l’impact délétère de métaux
lourds et de nanoparticules sur des plantes,
des cellules humaines et des bactéries.
Les axes principaux sont le transport et
le stockage d’ions métalliques dans ces
systèmes, les dommages et la réparation
de l’ADN (génotoxicité).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 29

1A 1B
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
ET RECHERCHES DE BASE
ASSOCIÉES
Temps forts
Retrait du service de la TN81
La dernière Tête nucléaire aéroportée TN81 retirée du service
opérationnel a été démontée sur le site du Centre spécial
militaire de Valduc (CSMV) le 22 décembre 2011, signant la fin
du programme de retrait du service opérationnel de la TN81.
La TN81, associée au vecteur Air sol moyenne portée (ASMP),
a été mise en service opérationnel par les Forces aériennes
stratégiques (FAS) de l’Armée de l’air en 1988.
De 2009 à 2011, la TN81 a été progressivement remplacée
par la Tête nucléaire aéroportée (TNA), associée au
missile Air sol moyenne portée améliorée (ASMPA).
30 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Mettre la science
et la technique
au service
de la Défense
et de la sécurité
globale.
Tera 100, une des composantes
du complexe de calcul scientifique,
utilisé pour le programme
Simulation du CEA.
Commande d’un nouveau Barracuda
La commande du 3 e Sous-marin nucléaire d’attaque (SNA)
du programme Barracuda Le Dupetit Thouars a été notifiée
le 28 juin 2011 aux industriels. Cette nouvelle étape du programme
a donné lieu à une cérémonie organisée à Cherbourg, rassemblant
les principaux acteurs étatiques (Marine nationale, DGA,
CEA et service technique mixte STXN) et industriels (DCNS
et Areva TA). Cette commande s’inscrit dans le cadre d’un contrat
global notifié en 2006, par la DGA et le CEA, en co-traitance à
DCNS et Areva TA et dans lequel le CEA assume la responsabilité
de la conception et de la fabrication des six chaufferies.
Implantation du laser Pétal au sein du laser
Mégajoule
La cérémonie d’intégration du laser Pétawatt Petal au sein de
l’installation laser Mégajoule (LMJ) s’est déroulée le 12 septembre
2011. Le projet Petal, lancé en 2003, consiste en la réalisation
d’une chaîne laser d’une puissance exceptionnelle de plusieurs
pétawatts, délivrant des impulsions lumineuses ultra-brèves
(de l’ordre de la picoseconde) couplée au LMJ, laser de haute
énergie (impulsions longues de quelques nanosecondes).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 31

1 I B
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
ET RECHERCHES DE BASE ASSOCIÉES
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
Acteur de la dissuasion nucléaire et de la sécurité nationale,
la Direction des applications militaires (DAM), pôle Défense du CEA,
a pour mission de concevoir, fabriquer, maintenir en condition
opérationnelle puis démanteler les têtes nucléaires qui équipent
les forces océaniques et aéroportées françaises. Elle est chargée
de la conception et de l’entretien des réacteurs nucléaires, assurant
la propulsion des bâtiments de la Marine nationale, sous-marins et
porte-avions. Elle est également responsable de l’approvisionnement
des matières nucléaires pour les besoins de la Défense. Le suivi
de l’impact sur l’environnement de ses activités fait l’objet d’une
attention soutenue.
Porte-avions Charles de Gaulle.
Dans un monde en profonde mutation, le CEA
contribue à la sécurité à travers l’appui technique
qu’il apporte aux autorités, pour les questions
de désarmement, de lutte contre la prolifération
nucléaire et le terrorisme. Depuis le transfert
du centre de Gramat de la Direction générale de
l’armement au CEA, la défense conventionnelle
constitue une nouvelle mission de la DAM.
Pour mener à bien l’ensemble de ces missions, la
DAM est responsable des études scientifiques et
techniques de base, ciblées sur les programmes
dont elle a la charge.
LES TÊTES NUCLÉAIRES
Le 22 décembre 2011, la dernière Tête nucléaire
aéroportée TN81 retirée du service opérationnel
a été démontée. Cette opération a mis un terme
au programme de retrait du service opérationnel
de la TN81. De 2009 à 2011, la TN81 a été
progressivement remplacée par la Tête nucléaire
aéroportée (TNA), associée au missile Air sol
moyenne portée amélioré (ASMPA). Les TNA sont
les premières armes nucléaires au monde à être
garanties par la simulation.
La TN75 va être progressivement remplacée à
partir de 2015 par la Tête nucléaire océanique
(TNO), qui équipera les missiles stratégiques M51
à partir de 2015.
Vue générale de la salle de calcul de Tera 100.
LE PROGRAMME SIMULATION
Les têtes nucléaires, qui renouvellent progressivement
les armes en service lorsqu’elles arrivent
en fin de vie, sont garanties sans nouveaux essais
nucléaires. Le programme Simulation a été lancé
en 1996 pour répondre à cet objectif.
À ce jour, la garantie des charges nucléaires de
renouvellement s’appuie sur trois volets :
lors de l’ultime campagne d’essais en 1995-1996 ;
par la « militarisation » entre les formules
expérimentées et les charges nucléaires de
renouvellement ou susceptibles d’apparaître au
cours de la vie opérationnelle de l’arme ;
garantir le bon fonctionnement des armes.
Le programme Simulation repose sur de grands
équipements indispensables pour mettre en
œuvre les outils : supercalculateurs, machine
radiographique, laser Mégajoule (LMJ).
32 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Le programme Simulation repose sur de grands équipements
indispensables pour mettre en œuvre les outils tels que
supercalculateurs, machine radiographique, lasers…
Simulation numérique.
Un des outils essentiels de ce programme est
le standard de calcul constitué d’une chaîne de
logiciels reproduisant les différentes phases
de fonctionnement d’une arme nucléaire. Sa
réalisation nécessite l’enchaînement de modèles
physiques prédictifs mis au point dans le cadre
des études scientifiques et techniques de base et
le déploiement de puissants moyens de calculs.
Le supercalculateur Tera 100, installé sur le centre
DAM Île-de-France, est pleinement opérationnel
pour les concepteurs d’armes depuis début 2001,
ce qui a permis l’arrêt et le démontage de la
machine Tera 10 utilisée pour la garantie de la
TNA. La validation informatique de Tera 100 a été
obtenue fin 2010 avec le passage du « cas test
de référence mondial » Linpack mesurant une
puissance réelle de 1,05 Pétaflops. Depuis début
2011, Tera 100 est utilisé avec le standard de
calcul 2010 pour les travaux de la garantie de la
charge nucléaire TNO.
La garantie de l’énergie et de la sûreté de la
charge nucléaire passe par une validation d’un
standard de calcul. Cette validation est obtenue
en confrontant les prédictions du standard aux
mesures recueillies lors des essais nucléaires
passés et aux expériences de validation par
partie réalisées aujourd’hui sur la machine
radiographique Airix et la Ligne d’intégration laser
(LIL, prototype du LMJ), et demain sur Epure
et le LMJ.
La démarche de garantie par la Simulation du
fonctionnement de la charge nucléaire mise
en place et en œuvre par la DAM depuis 1996
a été étendue aux autres fonctions de la
charge. Ainsi fin 2011, le directeur des armes
nucléaires a prononcé l’homologation des
premiers standards de calcul pour les fonctions
de rentrée atmosphérique et furtivité de la
TNO. Ces Standards concrétisent des décennies
d’expérience acquise, et plus particulièrement
plusieurs années d’essais au sol, en vol, de
mesures de Surface équivalente radar (SER) de
maquettes, de travaux théoriques, numériques et
expérimentaux de la DAM.
La machine de radiographie Airix, installée au
Polygone d’expérimentation de Moronvilliers
(PEM) en Champagne-Ardenne, permet de valider
les modèles relatifs au début du fonctionnement
de l’arme, dans sa phase hydrodynamique (non
nucléaire).
Dans le cadre du traité Défense franco-britannique
signé à Londres en novembre 2010, le Président
de la République française et le Premier
ministre britannique ont signé un traité relatif
au partage d’installations radiographiques et
hydrodynamiques. La loi a été promulguée en
mai 2011. La France et le Royaume-Uni ont
décidé de partager deux installations de physique
expérimentale. Cette décision se traduit par
la construction et l’exploitation commune d’une
installation radiographique et hydrodynamique
en France, Epure, sur le centre CEA de Valduc.
Ils partagent également une installation pour
des développements technologiques communs
au sein du Technology Development Center (TDC)
sur le centre de l’Atomic Weapons Establishment
(AWE) à Aldermaston, au Royaume-Uni.
La première phase d’Epure est en cours de
construction à Valduc, le premier béton a été coulé
en novembre 2010. L’installation, dotée à terme
de trois axes radiographiques de forte puissance,
permettra de mesurer, avec la plus grande
précision, l’état et le comportement des matériaux
qui constituent les armes, dans des conditions de
température et pression extrêmes, durant la phase
hydrodynamique (sans dégagement d’énergie
nucléaire). Les technologies indispensables
pour y parvenir seront développées au TDC.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 33

1 I B
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
ET RECHERCHES DE BASE ASSOCIÉES
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
Poste de conduite de la Ligne d’intégration laser (LIL).
Mise en œuvre d’une caméra mécanooptique
sur Airix.
La première expérience de qualification des
enceintes de confinement qui seront utilisées
dans Epure a été réalisée au PEM le 1 er avril
2011. Cette expérience marque le début d’une
campagne d’essais visant à acquérir tous les
paramètres permettant la mise au point définitive
et la qualification de ces équipements. C’est
également en avril que le centre DAM Île-de-
France a accueilli la première équipe britannique
permanente de l’AWE. Elle est intégrée dans
une équipe d’ingénierie commune DAM/AWE
qui travaille à la conception des éléments de la
seconde phase de l’installation Epure et à leur
futur mode d’exploitation à Valduc.
Le LMJ, indispensable pour simuler la phase de
fonctionnement nucléaire de l’arme, est en cours
de construction au centre CEA du Cesta, près
de Bordeaux, en vue de réaliser les premières
expériences fin 2014.
Le projet avance comme prévu, comme en témoignent
les différentes étapes franchies en 2011 :
installé en mars sur une des chaînes du LMJ.
Son principal rôle est d’amplifier un milliard de
fois l’impulsion lumineuse émise par la source
laser. Dans un premier temps, cela permettra de
valider le fonctionnement optique de la section
amplificatrice.
monté sur chaîne courant mai. Ce composant
corrige la surface d’onde du faisceau et assure
sa parfaite planéité, grâce à la maîtrise de
micro-déformations pilotées de sa surface
réfléchissante. Cet équipement a été conçu par
la DAM qui a également assuré la fabrication de
ce premier exemplaire, la série étant confiée à
un industriel.
du LMJ a été aligné courant juin. Cet alignement
confirme la qualité du pré-positionnement des
structures mécaniques de grandes dimensions
et des composants optiques internes constitutifs
d’une chaîne laser. Il a également permis de
tester le bon fonctionnement des dispositifs
et équipements mobiles qui permettent un
alignement fin du faisceau.
de la supervision (contrôle-commande) de
l’installation a été qualifiée sur un banc test.
Cette qualification a permis de dérouler des
séquences informatiques de tir dans différentes
configurations en utilisant tous les mécanismes
de la supervision et des simulateurs des sousensembles
du LMJ.
Les campagnes d’expériences sur la LIL ont été
conduites en respectant le planning. Les tirs de
puissance ont permis d’obtenir de nombreux
résultats expérimentaux au profit de la physique
des armes, de la physique des lasers pour le LMJ et
de l’astrophysique dans le cadre de l’ouverture des
moyens à la communauté scientifique.
OUVERTURE
À LA COMMUNAUTÉ
SCIENTIFIQUE DES
MOYENS DU PROGRAMME
SIMULATION
Les supercalculateurs, le LMJ et son prototype la
LIL, sont des réalisations exceptionnelles tant par
leurs caractéristiques techniques que par leurs
performances. Pour une partie de leur temps
disponible, celles-ci sont mises à la disposition
de la communauté scientifique européenne,
conformément à la politique approuvée par le
ministère de la Défense en 2002.
L’Institut lasers et plasmas (ILP) a vocation à
stimuler, animer et coordonner les recherches
dans le domaine des lasers de puissance et des
plasmas. Sa principale mission est d’organiser
l’ouverture des grandes installations laser du CEA
à l’ensemble de la communauté scientifique. La
Route des lasers, qui se développe autour de la
LIL et du LMJ, est un des 39 pôles de compétitivité
nationaux.
Le 12 septembre 2011 s’est déroulée la
cérémonie d’intégration du laser Pétawatt Petal
au sein du LMJ. Le projet Petal, lancé en 2003
par la Région Aquitaine, le ministère chargé de
la Recherche et l’Union européenne, consiste en
la réalisation d’une chaîne laser d’une puissance
exceptionnelle de plusieurs pétawatts, délivrant
des impulsions lumineuses ultra-brèves (de
l’ordre de la picoseconde) couplée au LMJ, laser de
haute énergie (impulsions longues de quelques
nanosecondes). Les expériences sont prévues
pour 2015, le premier amplificateur tunnel pour
Petal a été réceptionné en avril 2011. Il vise la
création d’un Très grand instrument de recherche
civil, unique en Europe, pour les études sur la
fusion par confinement inertiel, la connaissance
de l’Univers et la recherche médicale.
34 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Chambre d’expériences du laser Mégajoule.
MOYENS DE CALCULS
Le centre de calcul Défense, autour de la machine
Tera 100, est dédié exclusivement aux travaux
de la DAM. Dans le domaine de la simulation
numérique mettant en œuvre des calculateurs
hautes performances de la classe du Téraflops,
le CEA a mis en place, sur son site DAM
Île-de-France, le pôle Ter@tec.
Tirant partie de ces moyens exceptionnels, le CEA
offre dans le cadre du Centre de calcul recherche
et technologie (CCRT), une puissance de calcul
importante pour une machine d’architecture
équivalente à la machine Tera 100 du CEA.
Ce centre est destiné à l’ensemble des activités
non classifiées du CEA et a vocation à satisfaire
les besoins de ses nombreux partenaires (CEA,
EDF, Snecma…) en matière de grandes simulations
numériques. La journée CCRT 2011 « Simulation
et flots de données » a rassemblé en octobre
120 participants du monde de l’industrie et de
la recherche. Elle a notamment permis de faire
le point sur les besoins d’utilisateurs dans les
domaines du climat, de l’analyse du génome,
de l’astrophysique ou encore de l’ingénierie
moléculaire.
Le Très grand centre de calcul (TGCC) du CEA,
jouxtant le site de Bruyères-le-Châtel, est une
infrastructure réalisée pour accueillir la machine
européenne Curie de puissance pétaflopique
acquise par Genci (Grand équipement national
de calcul intensif) dans le cadre du partenariat
européen Prace (Partenariat for advanced
computing in Europe) et avec le soutien financier
du Conseil général de l’Essonne. Cette machine a
atteint 2 pétaflops en 2012 en faisant la première
machine européenne. Elle doit permettre des
avancées sans précédent dans tous les domaines
de la recherche académique et industrielle.
LA PROPULSION NUCLÉAIRE
La DAM est responsable de la maîtrise d’ouvrage
pour la conception et le développement des
chaufferies nucléaires des bâtiments de la
Marine nationale et pour la réalisation des cœurs
équipant les chaufferies embarquées.
La flotte des bâtiments à propulsion nucléaire de
la Marine nationale représente douze chaufferies
équipées de cœurs nucléaires en exploitation. Elle
est composée du porte-avions Charles de Gaulle,
de six Sous-marins nucléaires d’attaque (SNA)
et de quatre Sous-marins nucléaires lanceurs
d’engins de nouvelle génération (SNLE NG).
Le programme Barracuda, qui vise à remplacer les
6 SNA type Rubis par 6 nouveaux sous-marins,
se poursuit. La commande du 3 e Barracuda a été
notifiée le 28 juin 2011 aux industriels.
Le programme RES, pour Réacteur d’essai,
se déroule à Cadarache. Il a pour objectif la
construction d’un réacteur nucléaire à terre sur
le site de l’Installation nucléaire de base secrète
Propulsion nucléaire (INBS PN), représentatif
des réacteurs embarqués sur les bâtiments
de la Marine nationale, ainsi que d’une piscine
pour l’entreposage de combustibles irradiés.
La fabrication du premier cœur devant équiper
ce réacteur s’est achevée en 2011 et les essais
en pile neutronique sont en cours à Cadarache.
En parallèle, la DAM apporte son soutien à
la Défense pour le démantèlement des ex SNLE
type Le Redoutable M4.
DÉMANTÈLEMENT
ET ASSAINISSEMENT
DES INSTALLATIONS
DE MATIÈRES FISSILES
Lancé en 1995, le programme de démantèlement
et d’assainissement des installations de
production de plutonium et d’uranium enrichi
s’est poursuivi en 2011.
Le démantèlement des usines de diffusion
gazeuse de Pierrelatte, projet Ardemu d’Arrêt
et démantèlement des usines, s’est terminé fin
2010 comme prévu. Le président du Comité mixte
Armées-CEA et l’Administrateur général du CEA
ont célébré en avril la fin de ce programme, en
présence de représentants de la Défense, d’Areva
et du CEA. Dans son allocution, le président
du Comité mixte a rappelé la responsabilité de
ce comité dans le suivi des grands projets de
démantèlement des installations de la dissuasion
et l’importance du retour d’expérience du projet
Ardemu pour les chantiers de démantèlement
en cours et à venir. « L’exemple d’Ardemu (…)
prouve que cet objectif est atteignable, si nous
respectons les exigences solidement établies d’un
nucléaire durable et responsable », a déclaré à
cette occasion l’Administrateur général du CEA.
Cette journée a également été l’occasion
d’inaugurer le nouvel espace d’information
dédié au désarmement et au démantèlement
des installations militaires de production de
matières fissiles, situé dans le hall du réacteur en
démantèlement G2, à Marcoule.
Sur le site de Pierrelatte, les travaux de
préparation à la cessation définitive d’exploitation
de l’Usine de recyclage et d’exploitation (URE)
ont débuté au 2 e semestre 2011. Sur les autres
sites (Marcoule, Bruyères-le-Châtel, Miramas), les
opérations se sont poursuivies au rythme prévu.
Centre de calcul recherche et technologie (CCRT).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 35

1 I B
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
ET RECHERCHES DE BASE ASSOCIÉES
DÉFENSE ET SÉCURITÉ GLOBALE
LUTTE CONTRE
LA PROLIFÉRATION
ET LE TERRORISME,
SÉCURITÉ GLOBALE
En raison de ses capacités techniques et
scientifiques uniques dans les domaines
nucléaires civil et militaire, le CEA contribue
aux enjeux globaux de sécurité au travers de
l’appui technique qu’il apporte aux autorités
nationales et internationales pour les questions
de désarmement, de lutte contre la prolifération
nucléaire, de terrorisme et de sécurité.
Outre les moyens de détection qu’il exploite en
propre pour informer les autorités nationales en
cas d’essai nucléaire, le CEA assure la contribution
française à la mise en œuvre des moyens de
vérification du Traité d’interdiction complète
des essais nucléaires (Tice), développés sous la
responsabilité de l’Organisation du traité (Otice).
Dans ce cadre, le CEA a développé un Système
de prélèvement d’air automatique en ligne avec
l’analyse des radioxénons (Spalax), qui permet de
vérifier le caractère nucléaire d’un essai souterrain
à partir de l’analyse des isotopes radioactifs du
xénon éventuellement relâchés dans l’atmosphère.
Deux stations de ce type installées à La Réunion et
en Guyane ont été certifiées pour la première fois
par l’Otice en 2011. Le laboratoire FRL08 du centre
DAM Île-de-France, qui fait partie des 16 laboratoires
internationaux chargés par l’Otice d’expertiser les
échantillons prélevés par les stations de mesure
des radionucléides du Système de surveillance
international en cas d’événement suspect, a vu sa
certification renouvelée pour une durée de 3 ans.
Dans le domaine de la lutte contre la prolifération
nucléaire, le CEA et le Département des garanties
de l’AIEA ont poursuivi leur collaboration au travers
du Programme français de soutien aux garanties.
Concernant la lutte contre le terrorisme, le CEA
est à la fois acteur opérationnel et acteur de
R&D. Les équipes de la DAM déployées dans le
cadre du Détachement central interministériel
d’intervention technique (DCI) ont participé, en
2011, aux opérations de sécurisation nucléaire
et radiologique des sommets du G8 à Deauville
et du G20 à Cannes. En parallèle, les actions
conduites au sein du programme interministériel
de R&D NRBC-E (Nucléaire, radiologique,
biologique, chimique - explosifs) confié au CEA
par les pouvoirs publics, ont permis des avancées
significatives en matière de développement et
de test de technologies de sécurité. Certaines
des technologies développées ont fait l’objet de
transferts vers des industriels.
LA DÉFENSE
CONVENTIONNELLE
Depuis le 1 er janvier 2010, date du transfert au
CEA des activités menées par le centre de Gramat
au sein de la Direction générale de l’armement
(DGA), la défense conventionnelle constitue une
mission de la DAM. Ces activités sont conduites
essentiellement dans le cadre de programmes
Spectromètre de masse à source plasma utilisé
dans le cadre du programme NRBC.
d’armement, de programmes d’études amont et
d’études technico-opérationnelles, afin de répondre
aux besoins de la Défense en matière de charges
militaires conventionnelles et d’applications
électromagnétiques de défense. Ces dernières se
rapportent à la fois à l’efficacité de ces armements
conventionnels ainsi qu’à la vulnérabilité face à ces
agressions de systèmes d’armes ou d’infrastructures.
Sous pilotage de la direction d’objectifs Défense
conventionnelle, l’année 2011 a été mise à profit
pour consolider la vision à moyen terme initialisée en
2010. Cette démarche a été présentée à la Défense
dans le but d’établir les feuilles de route tant dans le
domaine de la simulation pour la maîtrise de effets
et du fonctionnement des charges conventionnelles
que pour les applications électromagnétiques de
défense.
Le centre de Gramat a apporté son expertise dans le
cadre des programmes d’armement actuellement en
développement au sein de la DGA.
Le 8 novembre, le Directeur des applications
militaires a procédé à l’homologation officielle
du premier standard du code de calcul Ouranos, en
présence de responsables de la DGA. L’objectif est
de disposer d’un référentiel de simulation Ouranos
permettant de caractériser le fonctionnement des
armements conventionnels. Le développement de
standards successifs contribuera à la mise en place
de la plateforme générale de simulation des effets
des armes conventionnelles.
Tous ces moyens participent aussi aux dispositifs
d’alerte en cas de séisme ou de tsunami dont le
CEA a la responsabilité dans un cadre national
ou européen. Ils ont été mis à contribution
à l’occasion de la crise de Fukushima tant
pour la mise en sécurité des populations
polynésiennes lors du tsunami que pour les
évaluations nationales consécutives à la crise.
Le développement du Centre national d’alerte
aux tsunamis pour la région Méditerranée et
Atlantique nord-est (Cenalt) implanté sur le
centre DAM Île-de-France, s’est poursuivi avec la
recette interne fin 2011 du système qui doit être
opérationnel à la mi-2012.
Préparation d’un test dans une chambre anéchoïque.
36 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

RECHERCHES DE BASE
PHYSIQUE NUCLÉAIRE
Le problème à n-corps sur n cœurs
Pour la première fois, un calcul complètement
microscopique auto-cohérent a fourni le spectre
d’excitation d’un noyau lourd et déformé, l’ 238 U,
des basses énergies jusqu’aux résonances géantes.
L’analyse de ces résultats uniques a fait l’objet d’une
publication scientifique montrant le pouvoir prédictif
des approches de structure nucléaire développées à la
Direction des applications militaires rendu possible par
la montée en puissance des simulations numériques
concernant la physique nucléaire. Un grand challenge
a été effectué sur les supercalculateurs Tera 10 et
Tera 100, en utilisant une version du code de QRPA
axial exploitant plus de 2 000 cœurs, résultat d’une
collaboration étroite entre physiciens et informaticiens
de la Direction des applications militaires.
Des modèles microscopiques pour évaluer
les sections efficaces des actinides
Le développement de modèles de réaction nucléaire,
dérivés de calculs de champ moyen, a franchi une
nouvelle étape avec la démonstration de la faisabilité
d’évaluations des sections efficaces d’isotopes de
l’uranium, au moyen d’ingrédients microscopiques
normalisés de façon cohérente. L’utilisation de tels
ingrédients microscopiques, implémentés dans le code
Talys, permet de restituer les données expérimentales
avec une qualité comparable à celle des modèles
phénoménologiques traditionnellement utilisés.
Ce travail est le résultat d’une collaboration
internationale entre les physiciens de la DAM,
de l’Université libre de Bruxelles, de NRG Petten
(Pays-Bas) et de l’AIEA (Vienne).
PHYSIQUE DU SOLIDE
Compréhension du diagramme de phase
de l’uranium
Une collaboration impliquant des chercheurs de la
Direction des applications militaires, de la Direction des
sciences de la matière, de l’ESRF (Grenoble) et de Los
Alamos a permis d’étudier les courbes de dispersion
de phonons dans l’uranium en fonction de la pression.
En particulier, l’anomalie du spectre de phonons dans
la direction [100] a été étudiée sous pression sur
le plan théorique et expérimental. Les calculs ont
montré la forte dépendance en pression du couplage
électron-phonon, alors que la surface de Fermi est, de
façon surprenante, indépendante de la pression. Ces
résultats ont permis une meilleure compréhension du
diagramme de phase complexe de l’uranium.
MOLÉCULES ÉNERGÉTIQUES
Vers un modèle de prédiction pour les systèmes
de détection
La Direction des applications militaires développe
des capteurs chimiques pour la détection d’explosifs
ou de précurseurs dans le cadre du programme
interministériel de R&D NRBC-E. Des recherches
amont sont menées afin d’améliorer la compréhension
des phénomènes mis en jeu dans le processus
de détection et développer un modèle de prédiction
des réponses du capteur. Un point clé réside dans
la détermination des paramètres thermodynamiques,
en particulier l’enthalpie de mélange en phase
condensée, qui décrivent l’interaction entre le matériau
sensible du capteur et la cible à détecter. Une méthode
originale fondée sur les techniques de spectrométrie
en Résonance magnétique nucléaire (RMN) a été
proposée pour mesurer cette quantité et la confronter
à celle déterminée par le calcul.
MATÉRIAUX
Tenue au flux des cristaux de diphosphate
de potassium deutéré
La Direction des applications militaires a mis au point
un procédé de croissance cristallographique basé
sur le contrôle commun de la température et de
la concentration de la phase liquide, facile à mettre
en œuvre, permettant d’augmenter sensiblement
la tenue au flux des optiques de diphosphate
de potassium deutéré (DKDP) servant au triplement
de fréquence des faisceaux laser du laser Mégajoule.
Ces travaux se poursuivent par l’industrialisation du
procédé qui doit notamment garantir la conservation
des caractéristiques fondamentales spécifiées des
optiques.
Quand l’eau apporte des propriétés mécaniques
aux polymères
En collaboration avec le Laboratoire de chimie
organique et organométallique de l’Université de
Bordeaux, une équipe de la DAM a mené une étude
portant sur des mousses de polyvinyltriazole.
Ces travaux ont permis de décrire l’élaboration
de ces polymères à porosité ouverte et faire leur
caractérisation poussée. Leur particularité réside dans
une tenue mécanique exceptionnellement élevée
pour un matériau présentant plus de 75 % de vide.
Une étude fine en résonance magnétique nucléaire
a permis d’attribuer cette propriété à la présence
de molécules d’eau faisant partie intégrante de la
structure macromoléculaire.
Propriétés sous choc du plastique dopé
au germanium
Une première expérience visant à mesurer les
propriétés sous choc laser du plastique dopé au
germanium vient de s’achever sur l’installation
Gekko XII, à l’Université d’Osaka (Japon). Cette
expérience est le résultat d’une collaboration
entre des équipes de la Direction des applications
militaires et l’Université d’Osaka. Des pressions
atteignant 1,4 Térapascal, soit 14 millions de
fois la pression atmosphérique, ont été obtenues
dans ce matériau utilisé pour la conception des
capsules de fusion thermonucléaire. L’ensemble des
données permettra de valider les lois de mélange
utilisées notamment dans les codes de simulation
hydrodynamique pour concevoir ces capsules.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 37

1A 1C
LES TECHNOLOGIES POUR
L’INFORMATION ET LES RECHERCHES
FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
Temps forts
vue en coupe
d’une partie
de circuit.
vue en coupe
de la grille d’un
transistor.
Technologie de transistors CMOS
« Fully depleted » SOI (FDSOI)
La technologie CMOS FDSOI, sur laquelle le Leti travaille depuis
plus de cinq ans, est un candidat majeur pour les futures générations
de circuits intégrés. En 2011, les équipes de STMicroelectronics
et du Leti ont démontré la montée en maturité de cette technologie
en passant avec succès les premières étapes du processus menant
à une industrialisation de la filière. En parallèle, les gains en
performance attendus ont été validés via la démonstration
d’un accroissement de 20 à 40 % de la vitesse de fonctionnement
des circuits, au-dessus des technologies usuelles.
38 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Valoriser l’industrie
grâce à la recherche
technologique.
Poste de lithographie.
HERCULE, premier exosquelette français
La principale fonction de l’exosquelette dit Hercule est d’assister
les soldats ou sauveteurs dans le port et la manipulation de charges
importantes. La structure articulée (dos et jambes) du robot,
qui suit les mouvements de son utilisateur, l’assiste de façon
« intelligente », en portant son propre poids et des charges allant
jusqu’à 100 kg. Son autonomie atteint 20 km pour une vitesse
de 4 km/h, grâce aux batteries dont il est équipé. L’originalité
du « cobot » (robot collaboratif) réside dans ses moteurs électriques
de dernière génération qui lui assurent un rendement exceptionnel,
une grande réversibilité et une compacité inédite.
Un laboratoire commun CEA-LIST/EADS
Situé à Toulouse au sein des locaux d’EADS IW, il a pour mission
la recherche et le développement de méthodes répondant aux
besoins croissants de contrôle sur les composants aéronautiques
au sein du groupe EADS, dans le domaine du contrôle non-destructif
(CND) actif et du contrôle santé intégré, notamment par
ondes élastiques ultrasonores et ondes électromagnétiques.
Le laboratoire commun devra assurer le soutien au transfert
technologique avec une politique de recherche et de valorisation
commune (publications et communications, montage de nouveaux
projets…).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 39

1 I C
LES TECHNOLOGIES POUR L’INFORMATION
ET LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
Le CEA assure chaque année le développement et le transfert de technologies de l’information innovantes
dans les secteurs du multimédia, de la biologie et de la santé, des télécoms, du spatial et dans les industries
intégratives. Grâce à son investissement dans les micro et nanotechnologies, il soutient la compétitivité
de nombreux acteurs de la microélectronique français et européens et favorise également l’innovation
et son transfert autour de partenariats industriels pérennes sur les systèmes numériques intelligents.
TECHNOLOGIES POUR L’INFORMATION
Salle de préparation d’échantillons avant
nanocaractérisation.
MICRO ET
NANOTECHNOLOGIES
Lithographie par multiples faisceaux
d’électrons
Un des défis majeurs auquel doit faire face
l’industrie de la microélectronique tient
actuellement à la possibilité de réaliser
les motifs extrêmement fins (dans la gamme
20-30 nm) par des techniques de lithographie.
Les solutions purement optiques deviennent
très complexes à utiliser et donc très coûteuses.
Elles peuvent également nécessiter l’emploi de
rayonnements dans l’extrême UV, domaine dans
lequel les difficultés à surmonter sont encore
très nombreuses (source de lumière, technologie
de masques, etc.). Le Laboratoire d’électronique
et de technologies de l’information du CEA
(Leti), dans un partenariat étroit avec la société
néerlandaise Mapper, propose une solution
fondée sur un mécanisme d’écriture directe des
motifs par de multiples faisceaux d’électrons.
La multiplicité des faisceaux permet en effet
d’offrir des temps d’écriture compatibles avec
les exigences industrielles. En 2011, le Leti a
démontré la possibilité de réaliser des motifs de
22 nm via cette approche (lignes, espaces, trous).
L’année a également été marquée par un très
fort élargissement du partenariat du Leti dans
ce secteur puisque désormais 11 partenaires
industriels participent à ce programme.
Plateforme de nanocaractérisation
à l’état de l’art mondial
Les très faibles dimensions (dans la gamme
nanométrique), qui sont aujourd’hui rencontrées
dans les circuits intégrés, et la diversité croissante
des matériaux employés dans les couches d’un
transistor imposent le recours à des techniques
de caractérisation physico-chimique toujours plus
poussées. Depuis plusieurs années, le Leti s’est
doté d’une plateforme au meilleur niveau mondial
dans ce domaine. Celle-ci a permis de démontrer
la faisabilité de profils de dopage dans le silicium
ou de contraintes avec une résolution de 1 nm.
Le potentiel de cette plateforme a également
été étendu cette année avec l’installation d’un
nouvel équipement de microscopie électronique
offrant une résolution spatiale de 0,05 nm.
Composants de puissance
à base de nitrure de gallium
Avec le retour au premier plan des questions
énergétiques, le Leti a relancé depuis quelques
années un programme de recherche dans le
domaine des composants électroniques de
puissance qui sont des pièces essentielles
dans la gestion de la distribution de l’énergie
Machine d’épitaxie par jets moléculaires,
utilisée dans les nouvelles générations
de détecteurs infrarouges.
électrique et dans le domaine des véhicules
électriques ou hybrides. En 2011, il a développé
des transistors à base de nitrure de gallium
fonctionnant dans la gamme 600 V – 10 A.
Cette réalisation a bénéficié de l’entrée du
CEA, fin 2010, dans le GIE III-V Lab qui réunit
désormais Thales, Alcatel-Lucent et le CEA.
Nanofils de silicium pour capturer
le mouvement
Les capteurs de mouvement investissent de
plus en plus notre quotidien, que cela soit dans
la téléphonie mobile (iphone4), les jeux (Wii),
les télécommandes pour IPTV (Free / Movea), le
sport, la rééducation, la médecine. Cette capture
du mouvement repose sur l’utilisation de minicentrales
inertielles 3A3M3G, comprenant
un accéléromètre trois axes, un magnétomètre
trois axes et un gyromètre trois axes.
Ces capteurs multi-axes doivent répondre à des
exigences de plus en plus sévères en termes
de coût, de miniaturisation et de consommation.
40 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Afin de favoriser l’innovation industrielle, le CEA dispose
d’une recherche technologique de haut niveau dans le domaine
des micro et nanotechnologies et celui des technologies
logicielles : systèmes embarqués et interactifs,
capteurs et traitement du signal.
Poste de lithographie en salle blanche de microélectronique.
Grâce au concept M&NEMS, nous avons démontré
la faisabilité de l’intégration d’un capteur inertiel
9 axes sur une même puce qui présente de
nombreux avantages par rapport à l’état de l’art
(en termes de taille, consommation et coût) et
en font une véritable rupture technologique.
Ce concept fait l’objet de nombreux brevets Leti.
Il repose sur une détection utilisant des nanofils
piézorésistifs en silicium (section 250 x 250 nm²)
intégrés dans une structure mécanique de
dimensions micrométriques qui amplifie, par
l’effet d’un bras de levier et la concentration
de contrainte dans les nano-jauges, l’effort induit
par la grandeur à mesurer (accélération, champ
magnétique ou vitesse de rotation). Cette double
amplification du signal mécanique permet de
miniaturiser de manière importante les capteurs
inertiels, sans perte de performance.
Les développements se poursuivent dans le cadre
de plusieurs projets et des discussions avancées
avec des acteurs majeurs dans le domaine
des MEMS sont en cours, en vue de transferts
industriels.
Une technologie pour voir les galaxies
lointaines
Dans le cadre du projet Rapid, Le Leti a développé
des matrices de détecteurs Infrarouge à base
de diodes à avalanche en HgCdTe (MCT-APD :
Mercury Cadmium Telluride - Avalanche Photon
Detector) pour l’observation astronomique.
Ces APD constituent une technologie
révolutionnaire idéale pour la détection
de signaux optiques très faibles avec
une conservation du rapport signal sur
bruit jamais atteinte à ce jour par aucun
autre détecteur existant amplifié.
Les partenaires du projet ont conçu et réalisé
en 2011 une caméra « Rapid », le premier
prototype infrarouge (IR) de ce type qui est,
aujourd’hui avec 1 500 images/s, la plus rapide
et la plus sensible au monde. La principale
percée technologique de cette caméra, en
MCT-APD, est liée entre autres, à son faible
courant d’obscurité, à un gain d’amplification
au niveau du pixel sans excès de bruit, à une
efficacité quantique élevée et à une détection
de la lumière allant des UV à l’IR : de 0,4 à 3 µm.
Le Leti est le seul institut public qui fabrique
des MCT-APD de très haute performance.
Cette position unique devrait lui permettre
de développer des matrices de détecteurs
infrarouge pour équiper des caméras utilisées
par les scientifiques afin de réaliser des
« premières » observations astrophysiques.
La technologie des APD HgCdTe est
actuellement en cours de transfert à Sofradir
et doit conduire très prochainement à une
nouvelle ligne de produits pour l’entreprise.
Associé à un microscope à balayage, le
Focus ion beam (FIB) est un instrument
très performant. Ces images montrent
l‘extraction d’une lamelle contenant un
transistor de circuit intégré.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 41

1 I C
LES TECHNOLOGIES POUR L’INFORMATION
ET LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
RECHERCHE FONDAMENTALE EN NANOSCIENCES
Le CEA développe un ambitieux programme
de recherche fondamentale en nanosciences en
relation avec les technologies de l’information.
L’objectif est d’organiser, comprendre et observer
la matière à l’échelle nanométrique, où apparaissent
souvent des propriétés radicalement nouvelles,
notamment associées à des effets quantiques.
Le CEA a poursuivi son effort de structuration
et de dynamisation de ses liens avec ses
partenaires académiques. Sur Saclay, les équipes
de l’Institut rayonnement matière de Saclay
(Iramis) sont au cœur du Laboratoire d’excellence
Nano-Saclay, qui complète la dynamique mise
en place par l’opération Nano-Innov/Centre
nanosciences et nanotechnologies. À Grenoble,
l’Institut nanosciences et cryogénie (Inac)
porte, avec quatre partenaires, le Laboratoire
d’excellence Lanef (Alliances nanosciences –
énergie du futur) et pose ainsi les bases du pôle
de recherche fondamentale du campus Giant.
En spintronique, la capacité des équipes du
CEA à coupler avancées fondamentales et
développements technologiques est une force :
l’exploitation d’un nouvel effet en spintronique,
dit Rashba, a permis aux équipes de l’Inac
d’écrire de l’information dans un point mémoire
magnétique avec un moindre coût énergétique et
de meilleures perspectives d’intégration aux hautes
densités. Une équipe de l’Iramis a développé
des capteurs magnétiques ultrasensibles
(basés sur la magnétorésistance géante) pour
une imagerie dynamique du cycle cardiaque,
possible sans pose d’électrodes sur le patient.
En photonique, le développement à l’Inac d’une
nouvelle source laser compacte de rayonnement
térahertz est une étape clef vers l’exploration
de lasers à cascade quantique, dans cette gamme
de longueurs d’onde aux applications stratégiques.
Sur la base d’innovations de l’Inac et du Leti,
la start-up Heliodel a essaimé, avec l’ambition
de produire des diodes électroluminescentes
à base de nanofils de nitrures.
Par ses recherches en amont de la nanoélectronique,
le CEA renforce sa capacité
d’innovation. Par des études à basses températures
sur des transistors MOSFETs du Leti, une équipe de
l’Inac a montré que la variabilité des performances
observée à température ambiante est due à la
position d’un seul atome de dopant dans le canal
source-drain. Sur la voie du calcul quantique, de
nouvelles perspectives s’ouvrent en combinant bits
quantiques de type circuit électrique et systèmes
quantiques microscopiques. Étape importante,
une équipe de l’Iramis a réalisé le premier transfert
d’information quantique entre un bit quantique
supraconducteur et un ensemble de spins.
Traduction de l’excellence individuelle des
chercheurs, trois projets « ERC Starting
Grant » ont été obtenus en 2011 à l’Inac,
sur la spintronique quantique, les sources
térahertz et la nanoélectronique.
Des tapis de nanotubes de carbone bien alignés
promettent de nombreuses applications :
membranes de filtration, composants électroniques
passifs et actifs, matériaux composites, etc.
Microscope électronique en transmission Titan.
Couplant compréhension fondamentale de la
croissance et développements technologiques,
une équipe de l’Iramis a développé un procédé de
production sur des disques de 300 mm de diamètre.
Les capacités en nanocaractérisation
conditionnent une recherche compétitive.
Ainsi, la plateforme du CEA Grenoble (PFNC),
qui rassemble équipes de recherche fondamentale
et technologique, a été renforcée par un microscope
électronique Titan Ultimate (résolution 0,05 nm),
et la création d’un laboratoire commun avec
la société FEI.
Avec ses partenaires, le CEA porte les Equipex
Tempos (élaboration et caractérisation de nanoobjets)
à Saclay et CRG\F (utilisation
de l’ERSF pour la nanocaractérisation) à Grenoble.
Les chimistes de l’Iramis et les biophysiciens
de l’Insitut de biologie et de technologies
de Saclay (IbiTec-S) ont, en collaboration avec
l’ENS Lyon, réalisé une sonde cellulaire fondée
sur l’extrême sensibilité de la RMN du Xenon
polarisé : elle ouvre la voie à la détection in vivo
d’évènements biologiques intracellulaires par
Imagerie par résonance magnétique (IRM).
Wafer MRAM.
La production de nanotubes de silice de diamètre spécifique maîtrisée :
Adoptant une approche biomimétique, des chercheurs du CEA/iBiTec-S, du CNRS et du laboratoire
pharmaceutique Ipsen se sont intéressés au Lanréotide, un cyclopeptide composé de huit acides
aminés qui possède la particularité de former des nanotubes de peptides en s’auto-associant.
En modifiant l’un des acides aminés impliqué dans le contact entre peptides, les chercheurs ont
réussi à faire varier, tout en le contrôlant, le diamètre des nanotubes ainsi formés.
La caractérisation de ces architectures supramoléculaires a été réalisée par microscopie
électronique et diffusion de rayons X au synchrotron Soleil. Les chercheurs ont ensuite utilisé
ces nanotubes auto-assemblés comme moules pour produire toute une gamme de nanotubes de
silice allant de 10 à 36 nm de diamètre, une première ! Ces résultats ouvrent la voie à un large
panel d’applications comme les fibres optiques ou la nano-filtration…
42 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

TÉLÉCOMS ET OBJETS
COMMUNICANTS
Communication sans fil courte portée
et radiolocalisation
Un des objectifs du projet Where2, financé
par la communauté européenne, consiste à
développer des solutions de radiolocalisation
innovantes, exploitant des liens opportunistes
entre terminaux mobiles, tout en s’appuyant
sur de multiples technologies et standards
radio. La position et la vitesse des utilisateurs,
ainsi estimées, doivent permettre d’optimiser
le fonctionnement des futurs réseaux de
communication sans fil, en améliorant l’ubiquité
d’accès, la consommation énergétique et les
débits disponibles. D’autres applications visées
concernent la navigation personnelle à l’intérieur
des bâtiments, l’offre de services commerciaux
topo-dépendants ou encore, la sécurité. En
autorisant pour l’utilisateur final de nouveaux
services, mieux adaptés au contexte et portés
par des technologies en rupture transférables
à court terme vers l’industrie européenne, le
projet Where2 doit permettre de renforcer
le positionnement de cette dernière dans le
secteur de l’accès sans fil mobile et haut-débit.
Au sein du consortium Where2, fort d’une
expertise reconnue dans les domaines clés des
communications sans fil courte portée et de la
radiolocalisation, le Leti est aujourd’hui l’unique
partenaire pourvoyeur de plateformes Ultra
Large Bande (UWB) intégrées. Ces plateformes,
à très faible consommation énergétique, sont
douées de capacités de mesure de distance. Une
précision décimétrique a pu être démontrée pour
des portées de plusieurs dizaines de mètres,
avec une première génération de plateformes.
À terme, une précision centimétrique est même
visée pour les générations actuellement en cours
Démonstration d’une communication sans fil
opportuniste par radio cognitive.
de développement. Le Leti fournira ces mêmes
briques technologiques en vue de l’intégration
d’un démonstrateur hétérogène complet.
En support de ces tâches d’implémentation
et de démonstration, le Leti coordonne
également le groupe de travail responsable
des études théoriques et algorithmiques
concernant les fonctions de radiolocalisation.
Réseaux d’antennes intégrées pour
communications radio très haut débit
En collaboration avec STMicroelectronics, le
Leti développe des solutions de communication
radio très haut débit en bande millimétrique
(57-66 GHz) pour la transmission de vidéo
haute définition ou de grandes quantités de
données (synchronisation d’objets communicants,
téléchargement de contenu multimédia)
suivant les standards IEEE 802.15.3, WiGiG, ou
WirelessHD. Un des défis actuels est l’intégration
des fonctions radio et antenne au sein d’un
même module de quelques millimètres carrés
répondant aux contraintes de ces applications
grand public en termes de coût et de performance.
Dans cette optique, les technologies d’intégration
sur silicium sont très prometteuses : fabrication
collective pour marchés à fort volume, forte
densité d’intégration, précision de fabrication,
bonnes propriétés intrinsèques du silicium
(dissipation thermique, compatibilité avec les
circuits intégrés CMOS). Au cours du programme
2010-2011 du laboratoire commun Leti-
STMicroelectronics, une solution d’antenne
répondant aux spécifications électriques (bande
passante, gain) des applications visées a été
entièrement réalisée sur la plateforme silicium
200 mm du Leti. Les dimensions de l’antenne sont
2,3 x 2,2 x 0,4 mm 3 . La faisabilité d’un dépointage
de faisceau dans une gamme de ±60° grâce à des
réseaux de quatre antennes a été démontrée.
À court terme, l’intégration complète d’un
module contenant un circuit émetteur-récepteur
associé à deux antennes (Tx, Rx) de dimensions
inférieures à 7 x 7 x 0,6 mm 3 et permettant des
communications à 3,8 Gb/s à une distance de 1 à
3 m est envisagée. À moyen terme, des modules
plus complexes, comprenant 4 à 8 antennes,
permettront d’atteindre des distances de l’ordre
de 10 m, grâce à des fonctions de dépointage
électronique du faisceau de l’antenne.
Salle blanche de microélectronique.
Eliot : détection et localisation de tuyaux
grâce aux tags RFID
RYB, fabricant français de systèmes de
canalisations en polyéthylène et fournisseur
majeur en Europe sur le marché de l’eau,
du gaz, de l’électricité et des industries des
télécommunications, s’est associé au Leti
pour développer une technologie permettant
d’identifier les tuyaux en plastique enterrés
et ce, dans tous types de sols et quelles que
soient les conditions d’humidité. Après avoir
instruit plusieurs approches, la solution choisie
permet la détection et la localisation grâce à
l’utilisation de tags RFID innovants intégrés
dans les tuyaux. En 2010, la faisabilité de la
détection horizontale avait été démontrée
en conditions réelles sur différents chantiers,
y compris en terrain saturé d’eau. Cette
innovation, brevetée par le Leti, constitue une
véritable rupture technologique en identifiant
et validant une solution viable à ce problème
qui n’avait pas jusqu’alors trouvé de solution.
Eliot, qui est maintenant une marque déposée
de RYB, permet d’enregistrer sur la canalisation
et de lire depuis la surface des informations
telles que la date de fabrication des tuyaux, le
numéro de série, le grade de plastique utilisé,
le diamètre et la pression nominale et bien
entendu la nature du réseau enterré (gaz, eau
potable, assainissement, fourreaux pour câbles
électriques, ou câbles de télécommunications...).
Une nouvelle phase du projet se concentre
maintenant sur l’ajout de nouvelles fonctions
dont l’estimation de profondeur, ainsi que sur
l’industrialisation de la gamme de solutions
Eliot en 2012. Eliot devrait ainsi constituer une
avancée technologique majeure dans le domaine
de canalisations enterrées et dans la gestion des
infrastructures de réseau. Ce système pourra
potentiellement être déployé sur plusieurs
milliers de kilomètres de canalisations par an.
La technologie a pour objectif de réduire les
accidents d’arrachement de canalisations sur les
chantiers (on déplore environ 100 000 accidents
de ce type par an en France) et devrait ainsi
contribuer à rendre les chantiers plus sûrs et
d’en réduire les pertes économiques énormes.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 43

1 I C
LES TECHNOLOGIES POUR L’INFORMATION
ET LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
TECHNOLOGIES LOGICIELLES
ET INGÉNIERIE NUMÉRIQUE
HERCULE, premier exosquelette français
Grande vedette du salon Milipol (Parc des
expositions - Paris), l’exosquelette dit Hercule
a fait ses premiers pas en public le 18 octobre.
Sa principale fonction est d’assister les soldats
ou sauveteurs dans le port et la manipulation
de charges importantes. La structure articulée
(dos et jambes) du robot, qui suit les mouvements
de son utilisateur, l’assiste de façon
« intelligente », en portant son propre poids
et des charges allant jusqu’à 100 kg.
(cf temps fort page 38). Le projet a été développé
dans le cadre d’un programme DGA (Rapid)
par la société RB3D, le Laboratoire d’intégration
de systèmes et de technologies (List) du CEA
et l’ESME Sudria.
Avec la perspective prochaine d’ajout de bras
articulés, Hercule, dont la commercialisation est
envisagée d’ici à 2015, intéresse de nombreux
acteurs. Outre les applications militaires,
le robot pourrait aussi trouver sa place dans
le monde civil : sécurité (pompiers et équipes
d’intervention), environnements industriels
comme le BTP par exemple, mais aussi
les hôpitaux dans lesquels les malades
et/ou handicapés subissent de
nombreux déplacements.
Hercule, premier exosquelette français.
Références métrologiques pour les rayons X
de haute énergie en petits champs d’irradiation
La plupart des nouveaux accélérateurs
de radiothérapie sont dotés de collimateurs
multi-lames afin de mieux cibler la tumeur
et de limiter les dommages collatéraux aux tissus
sains environnants. Les physiciens médicaux
étalonnent régulièrement ces accélérateurs.
La procédure usuelle recommandée préconise
un étalonnage en champ d’irradiation de
10 x 10 cm 2 alors que les irradiations utilisent
des champs beaucoup plus petits.
Afin de se rapprocher des besoins des utilisateurs,
plusieurs laboratoires nationaux de métrologie,
NPL anglais, PTB allemand et le Laboratoire
national Henri Becquerel du List se sont réunis
dans le cadre du projet européen de métrologie
« External Beam Cancer Therapy » (2009-2011).
Le but était d’établir des références en dose
absorbée dans l’eau pour des petits champs
d’irradiation à l’aide des instruments les plus
précis à leur disposition.
Au cours du projet, le List a établi des références
pour trois faisceaux d’énergies différentes en
champs de 10 x 10 cm 2 et de 4 x 4 cm 2 à l’aide
d’une nouvelle méthode basée sur la calorimétrie
graphite et permettant de réduire l’incertitude
d’un facteur 2. Afin de réduire encore la taille
du champ d’irradiation, il a fallu construire un
nouveau calorimètre graphite dont l’élément
sensible était lui-même de taille réduite : diamètre
6 mm au lieu de 16 mm. Ceci a permis au List de
caractériser trois faisceaux d’énergies différentes
dans un champ de 2 x 2 cm 2 . Les variations
observées des coefficients d’étalonnage de
chambres d’ionisations avec la taille du champ
sont inférieures à 0,6 %.
Calorimètre pour la mesure absolue de la dose
absorbée dans l’eau en radiothérapie.
44 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Rotor d’un avion.
Premiers tests du diagnostic de câbles
sur avion et hélicoptère
Airbus a mis à disposition du List l’A380
« MSN-1 » pour des tests de détection et
localisation de défauts sur une liaison de type
bus CAN (Controller Area Network). Les méthodes
et systèmes de diagnostic de câbles développés
au List sont connus d’Airbus et testés depuis
2008 pour des lignes de puissance, dans l’objectif
d’une surveillance embarquée. Airbus a donc
souhaité évaluer leurs performances dans le cas
d’un bus CAN, tel que celui de la commande des
ventilateurs de soute : une liaison de près de
30 mètres avec 7 consommateurs. Les chercheurs
du List ont prouvé que la détection est efficace
mais la présence de ramifications rend la
localisation moins précise. Il faut alors accéder
au réseau en plusieurs endroits et utiliser un
modèle numérique pour améliorer la localisation.
Eurocopter a souhaité tester la technologie
du List sur le système de dégivrage des pales
de l’hélicoptère NH90 pour les rotors avant et
arrière. Des tests ont été réalisés dans l’usine
de Marignane, pour démontrer l’intérêt du
diagnostic sur ces liaisons inhomogènes.
Les résultats sont très bons sur la pale du rotor
principal et sur les liaisons cabine — rotors ;
la détection et la localisation des défauts ont
été prouvées. Une démonstration a été faite
sur le site de Lufthansa à Hambourg.
Des tests sur Boeing sont également prévus.
Livraison de la version industrielle
du générateur de modèles de Papyrus
La modélisation système propose un cadre
de développement permettant à des équipes
de concepteurs d’échanger des informations
structurées sur lesquelles vont être garantis
la cohérence, la traçabilité et la diminution des
erreurs et les coûts de développement. Esterel
Technologies souhaite étendre sa suite logicielle
à la conception système par modèles. Un nouveau
produit devrait bientôt être proposé, Scade
System Designer, basé sur le formalisme SysML
et l’outil Papyrus du List. Pour préparer la sortie
commerciale du produit, le List a livré une version
industrielle du générateur de modèles Papyrus.
Cette étape significative va accélérer la diffusion
de la technologie dans des secteurs tels que
l’aéronautique, le nucléaire ou l’automobile.
L’interrupteur optique le plus rapide du monde
Exemple de switch ethernet, celui-ci
assure l’interconnexion entre les baies
de calcul de Tera 100.
Des chercheurs de l’Inac ont réalisé l’interrupteur
photonique le plus rapide du monde. La commutation
dure 0,3 pico-seconde (10 -12 s), atteignant donc
le térahertz (10 12 Hz). Une durée cent fois plus
courte que pour le meilleur switch électrique !
Ils ont réalisé un montage optique comportant
une microcavité planaire GaAs/AlAs et des
faisceaux laser « pompe » et « sonde », optimisés
pour que la lumière traverse le matériau sans être
absorbée. Un effet électro-optique, l’effet Kerr,
modifie instantanément l’indice de réfraction
de la cavité en présence du faisceau pompe, de
manière à éteindre le faisceau sonde. Le temps
de commutation de la cavité est seulement limité
par la dynamique de la lumière dans la cavité et
non plus par les propriétés du matériau traversé.
Ces travaux encore très exploratoires ouvrent
de vastes perspectives en transmissions optiques
et dans les systèmes de télécoms multi-longueurs
d’onde.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 45

1A 1D
LES TECHNOLOGIES POUR
LA SANTÉ ET LES RECHERCHES
FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
Temps forts
Echelle 0,5 µm
Des nano-aimants bactériens
Un nouveau groupe de bactéries magnétotactiques produisant
des nano-aimants de magnétite et de greigite a été caractérisé
par un consortium international dont fait partie le CEA. La
culture de bactéries produisant ceux de greigite, une première,
va permettre de les caractériser et de leur trouver des
applications biotechnologiques. De telles applications pour les
nano-aimants de magnétite sont déjà à l’étude, notamment
pour l’imagerie IRM, la dépollution, ou comme catalyseurs.
46 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Améliorer le délai
et la précision
des diagnostics,
contribuer aux
thérapeutiques
de demain.
Laboratoire de génomique
et radiobiologie de
la kératinopoïèse.
De nouvelles sondes fl uorescentes
Des chercheurs du CEA ont développé une technique de recherche
de sondes fluorescentes à partir d’une classe de molécules
d’intérêt médical, appelées « drug-like », dont l’énorme avantage
est d’être prédisposées à interagir avec des cibles biologiques.
Cette technologie permet de raccourcir considérablement le temps
de synthèse et d’identification de molécules bioactives ainsi
que de diviser par 1 000 la quantité de réactifs nécessaires.
Des gènes silencieux
Le génome est présent dans les cellules sous la forme de chromatine.
L’unité de base de la chromatine, le nucléosome, est constitué d’ADN
enroulé autour de petites protéines basiques, les histones. Ces
protéines sont la cible de multiples modifications post-traductionnelles
que l’on qualifie de modifications épigénétiques lorsqu’elles
provoquent un changement durable de l’expression du génome, sans
altérer la séquence de l’ADN. Des équipes du CEA ont identifié une
nouvelle combinaison de modifications des histones associée à une
répression des gènes. Cette observation met en lumière le rôle de la
chromatine dans le contrôle épigénétique de l’expression du génome.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 47

1 I D
LES TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ ET
LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ
Dans ce domaine, la stratégie du CEA consiste à allier recherche
fondamentale en biologie-santé et développements technologiques
pour innover dans les domaines diagnostiques et thérapeutiques.
Le programme transversal « Technologies pour la santé »,
piloté par la Direction des sciences du vivant, favorise la création
de valeur industrielle à partir des compétences transversales
existant au CEA dans ce secteur.
Stockage d’échantillons cryo-congelés
dans un bain d’azote liquide.
Les recherches fondamentales en biologie et
santé du CEA s’appuient le plus souvent sur
des plateformes technologiques d’envergure
internationale de biologie structurale intégrative,
de biologie à grande échelle ou d’imagerie
biomédicale. Elles ont pour objectif d’améliorer
notre connaissance des mécanismes soustendant
les grandes fonctions physiologiques
et leurs désordres, afin de développer de
nouveaux concepts thérapeutiques ou
diagnostiques. Le CEA mène ces recherches
en étroite collaboration avec ses partenaires
(universités, CNRS, Inserm, Inra…) comme l’atteste
la présence de nombreuses équipes et unités
mixtes de recherche au sein de ses instituts.
BIOLOGIE STRUCTURALE
INTÉGRATIVE
La biologie structurale intégrative a pour objectif
de fournir une vision intégrée du fonctionnement
de la cellule, afin de comprendre non seulement
son fonctionnement normal, mais aussi ses
dérégulations qui peuvent induire des pathologies.
Elle s’appuie sur de nombreuses méthodes
biophysiques d’études des macromolécules
combinées à l’utilisation de méthodes d’imagerie
des cellules vivantes afin d’étudier les propriétés
structurales et fonctionnelles des acteurs
moléculaires des fonctions cellulaires.
Etude, à l’échelle moléculaire, de la cinétique
des interactions biochimiques.
Le CEA est impliqué dans la structuration nationale
et européenne des forces en biologie structurale
intégrative. À Grenoble, l’Institut de biologie
structurale (IBS) est membre du Partenariat pour
la biologie structurale. Celui-ci rassemble autour
du CEA, de l’ESRF (European Synchrotron Radiation
Facility), de l’ILL (Institut Laue-Langevin) et de
l’antenne française de l’EMBL (European Molecular
Biology Laboratory), un pôle d’expertises et des
installations de recherche faisant de Grenoble
l’un des grands centres européens en la matière.
En 2011, le CEA est devenu un acteur majeur
de l’Infrastructure nationale Frisbi, regroupant
cinq sites d’excellence français en biologie
structurale intégrative. Il est également associé
au Labex Gral dont l’objectif est de relier de
façon intégrée les informations structurales
et fonctionnelles concernant les mécanismes
d’entrée des pathogènes et le chloroplaste.
L’étude des macromolécules
En 2011, l’Institut de biologie structurale
(IBS) a diversifié ses moyens techniques
en inaugurant un nouveau microscope
électronique ultra stable à haute énergie.
48 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Le CEA fait bénéficier le secteur de la santé des technologies
innovantes maîtrisées en conduisant des programmes en matière
d’imagerie et de recherche médicale, de génomique, de biologie
à grande échelle ou d’ingénierie des protéines.
Purification et caractérisation d’échantillons en absence d’oxygène.
Deuxième microscope de ce type en France, il
présente la particularité d’être entièrement dédié
à la biologie. Il permet, d’une part de visualiser
des complexes macromoléculaires biologiques à
une échelle inférieure au nanomètre et d’obtenir
leur structure tridimensionnelle ; d’autre part,
de visualiser des objets biologiques uniques
(mitochondries, virus irréguliers…) sous différents
angles par cryo-tomographie électronique. Ce
nouveau microscope vient en compléter deux
autres de très haute performance installés à
Minatec et dévolus à l’étude des matériaux et aux
nanotechnologies. Depuis cette année également,
la plateforme de caractérisation PAOL (Protein
Analysis On Line) est accessible aux industriels
et laboratoires académiques. Elle permet de
favoriser l’étude des systèmes complexes.
Au-delà de la diversification des moyens
techniques, les développements méthodologiques
réalisés en 2011 ont permis d’élargir le champ
des objets étudiables. Ainsi les chercheurs
ont pu observer pour la première fois la partie
désordonnée de la nucléoprotéine du virus de
la rougeole dans un contexte physiologique et
proposer un modèle intégral de la nucléocapside
qui contient l’ARN du virus. Ces travaux suggèrent
que cette partie désordonnée joue un rôle
dans l’infection par le virus de la rougeole.
D’autres chercheurs ont montré que si les
protéines peuvent encore bouger à très basses
températures, c’est grâce à leurs groupements
méthyles. Par cette découverte, ils enrichissent
les connaissances d’un domaine récent : la
dynamique structurale des macromolécules,
c’est-à-dire l’étude des mouvements de
ces molécules indispensables pour assurer
l’essentiel des fonctions de la cellule.
Interactions entre macromolécules
Ces développements méthodologiques ouvrent
aussi la possibilité d’étudier les complexes
formés par l’interaction de plusieurs protéines ou
macromolécules. Ces complexes jouent un rôle
essentiel dans beaucoup de processus biologiques.
Ils ont cependant été relativement peu étudiés du
fait de leur faible stabilité et de l’impossibilité de
les isoler dans des conditions physiologiquement
pertinentes. En 2011, les chercheurs ont obtenu
des informations importantes sur les complexes
protéiques de faibles affinités, c’est-à-dire des
complexes formés de protéines associées par
l’intermédiaire d’interactions de faible intensité.
D’autre part, ils ont décrypté la structure, en
forme de cage, constituée par l’interaction entre
deux molécules de la bactérie Escherichia Coli
jouant un rôle essentiel dans sa résistance
au stress. Enfin une nouvelle approche a été
développée pour permettre l’étude structurale
des complexes formés entre des protéines et
des glycosaminoglycanes (GAGs). Ces derniers
occupent une position stratégique pour participer
à l’ensemble des processus intervenant au niveau
des membranes cellulaires, et sont notamment
impliqués dans l’infection par le virus du sida.
Cellules souches germinales d’un embryon
de souris.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 49

1 I D
LES TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ ET
LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ
Analyse du métabolome par
spectrométrie de masse.
BIOLOGIE À GRANDE
ÉCHELLE : GÉNOMIQUE,
PROTÉOMIQUE,
MÉTABOLOMIQUE
Grâce aux avancées technologiques des dernières
décennies, il est maintenant possible d’analyser
de façon globale un système biologique ; on
parle alors de biologie à grande échelle ou encore
de génomique, transcriptomique, protéomique,
métabolomique… Ces techniques permettent
d’étudier l’ensemble des molécules biologiques,
respectivement gènes, ARN, protéines,
métabolites, d’une cellule, d’un tissu, d’un organe
ou d’un organisme, à un moment donné et en
fonction de conditions données. Elles renseignent
notamment sur l’état physiologique ou
pathologique considéré et permettent d’identifier
des biomarqueurs utiles pour le diagnostic, le
pronostic et le suivi thérapeutique. Le CEA a
développé un savoir-faire reconnu dans ces
différents domaines.
Génomique
Ainsi, en 2011, grâce à l’expertise de ses
équipes, le CEA a été chargé de coordonner
le projet France-Génomique retenu dans le
cadre des infrastructures nationales. Ce projet,
qui vise à intégrer à l’échelon national les
capacités d’analyse à haut débit du génome et
les traitements bioinformatiques des données
ainsi générées, va permettre de renforcer la
compétitivité des communautés nationales
d’utilisateurs, chercheurs publics et industriels, et
d’attirer des projets internationaux d’envergure.
Le CEA est également un acteur essentiel de
l’infrastructure PROFI chargée de coordonner les
recherches françaises en protéomique.
De nombreuses études internationales visent
à associer des variations génétiques à des
situations pathologiques. En 2011, des
chercheurs du CEA ont ainsi participé, d’une
part, à l’identification d’une mutation génétique
Centrifugeuse permettant la sédimentation
des cellules au Laboratoire de génomique.
responsable d’une prédisposition commune au
mélanome (cancer de la peau) et au carcinome
rénal (cancer du rein) et, d’autre part, à celle
de cinq nouveaux facteurs de prédisposition
génétique impliqués dans le développement de
la maladie d’Alzheimer. Ces derniers résultats
permettent d’élargir le nombre des hypothèses
de recherche sur les causes de cette affection et
d’identifier de nouvelles pistes de traitements
curatifs, alors que les médicaments actuels n’ont
que des effets symptomatiques.
Métabolomique
Les approches globales, comme notamment la
métabolomique, permettent également d’établir
des signatures de conditions physiologiques ou
pathologiques de cellules ou d’organes. C’est
le cas pour les globules rouges. Les chercheurs
ont en effet mis en évidence la modification de
plusieurs voies métaboliques chez les globules
rouges de patients atteints de drépanocytose, une
maladie génétique très fréquente et invalidante.
Ces résultats présentent un intérêt pour le suivi
de ces patients et soulignent l’apport de la
métabolomique du globule rouge pour le suivi de
maladies hématologiques et non hématologiques.
Séquençage
Les progrès réalisés dans le domaine du
séquençage de l’ADN permettent également
aujourd’hui d’aborder des systèmes complexes,
comme des populations bactériennes au sein
d’échantillons biologiques ou environnementaux ;
on parle de métagénomes. En 2011, dans le
cadre d’un consortium, les chercheurs du CEA
ont ainsi révélé la diversité métabolique des
principaux micro-organismes présents dans un
effluent résultant de l’exploitation d’une mine
fortement contaminée par de l’arsenic. Ils ont
construit un modèle intégré des interactions
métaboliques qui peuvent être d’une importance
capitale pour remédier naturellement aux
50 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Dispositif de culture continue de micro-organismes au Genoscope.
Enrichissement des échantillons portant des fragments d’ADN, avant dépôt sur le séquenceur.
le développement de radiotraceurs ou d’agents
de contraste spécifiques des phénomènes
biologiques que l’on veut observer. En 2011,
les chercheurs ont ainsi fabriqué des nanomicelles
photopolymérisées dont l’intérêt est double.
En effet, en plus d’une utilisation comme agent
de contraste, ces nano-objets ont été utilisés
avec succès pour la délivrance d’un traitement
anti-cancéreux. Ces résultats précliniques
prometteurs ont fait l’objet d’un dépôt de brevet
et ouvrent de nouvelles perspectives vers la
conception de nano-objets pouvant servir à la fois
pour le diagnostic et le traitement des maladies.
transformations induites par l’Homme sur ces
écosystèmes. Toujours dans le domaine des
sciences environnementales, le développement
d’une méthodologie d’analyse protéomique à
haut-débit a permis de caractériser une bactérie
modèle dont l’habitat naturel est l’eau de mer et
d’essayer de comprendre comment elle s’adapte
à son environnement. Les résultats de cette
étude suggèrent que moins de la moitié des
gènes est utilisée pour ses mécanismes vitaux et
d’adaptation au jour le jour. L’autre moitié de son
capital génétique ne sert que dans des conditions
environnementales très spécifiques.
IMAGERIE BIOMÉDICALE
Les techniques d’imagerie in vivo, développées au
CEA, permettent, par des examens atraumatiques,
de mener des recherches fondamentales sur
le fonctionnement du cerveau, de fournir une
aide au diagnostic et au pronostic et de suivre
l’efficacité de traitements, dans le cadre d’études
précliniques et cliniques. Elles occupent une place
majeure dans les processus d’élaboration et de
validation de nouvelles approches diagnostiques
et thérapeutiques, pour les maladies qui
représentent un véritable enjeu de santé publique
telles que les maladies neurodégénératives, les
cancers, les maladies émergentes, mais aussi
psychiatriques. Pour mener ces recherches, le
CEA s’appuie sur trois plateformes d’imagerie
ouvertes à la communauté scientifique (Service
hospitalier Frédéric Joliot – SHFJ, NeuroSpin
et MIRCen), ainsi que sur la plateforme
d’imagerie biomédicale Cycéron de Caen.
Du diagnostic au traitement
Un premier aspect des recherches menées au
CEA concerne le développement de technologies
plus performantes que celles actuellement à
la disposition des hôpitaux. Le CEA s’est ainsi
lancé dans un véritable challenge technologique,
avec l’élaboration, à NeuroSpin, d’une IRM à haut
champ, destinée aux recherches fondamentales
sur le cerveau et à la recherche translationnelle.
Ce projet d’aimant à 11,7 T, dont la conception
détaillée a été finalisée en 2011 est maintenant
entré en phase de production et devrait s’achever
en 2013. L’imagerie biomédicale nécessite aussi
Reconstitution de la capside virale
de la rougeole, à partir de données
de microscopie électronique (fond),
de diffusion de rayons X (mur gauche)
et de résonance magnétique
nucléaire (spectres au sol).
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 51

1 I D
LES TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ ET
LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ
Imagerie cérébrale d’un patient Alzheimer.
Examen par IRM 7 T.
En 2011, le CEA a également développé plusieurs
outils et méthodes d’imagerie médicale qui vont
permettre de diagnostiquer plus précocement les
maladies neurodégénératives et d’élaborer des
stratégies innovantes pour les traiter. Ainsi en
combinant l’IRM à haut champ (3 T et 7 T) à une
nanoparticule d’oxyde de fer, agent de contraste
développé par la société Guerbet, il devient
possible de mieux délimiter les noyaux profonds
du cerveau, notamment le subthalamique. Il s’agit
d’un prérequis indispensable pour améliorer la
neurochirurgie de la maladie de Parkinson et
des troubles obsessionnels compulsifs. Dans le
même esprit, une autre équipe vient de montrer
l’intérêt de l’IRM 7 T pour la détection des lésions
microscopiques des vaisseaux, lésions subtiles et
difficilement détectables en IRM à 3 T. De telles
lésions apparaissent chez les patients atteints de
Cadasil, une maladie génétique rare, de diabète ou
d’hypertension artérielle, mais également au cours
du vieillissement. D’autres équipes s’appliquent
à définir de nouveaux protocoles d’imagerie par
Tomographie par émission de positons (TEP). Elles
ont, d’une part, élaboré une méthode permettant
de détecter les lésions de la myéline dans la
sclérose en plaque, une maladie chronique qui
touche en France plus de 80 000 personnes.
Elles ont, d’autre part, montré que l’imagerie TEP
des dépôts amyloïdes, des agrégats de protéines
insolubles, est similaire entre les malades ayant
une forme typique de maladie d’Alzheimer et ceux
ayant une forme rare particulièrement difficile à
diagnostiquer, l’atrophie corticale postérieure.
Organisation cérébrale du langage
Dans le domaine des recherches fondamentales
sur le cerveau et ses maladies, l’apport de
l’imagerie médicale s’est traduit en 2011 par
des avancées majeures dans la connaissance
de l’organisation cérébrale du langage. Les
chercheurs du CEA ont ainsi précisé le rôle
de l’hémisphère droit dans le langage par
rapport à celui prédominant de l’hémisphère
gauche. De même, la perception de la structure
hiérarchique des phrases par le cerveau a été
mise en évidence ; certaines aires décryptent le
sens de la phrase alors que d’autres se basent
uniquement sur sa structure. Les chercheurs
ont également montré pour la première fois
qu’il existe chez le microcèbe murin, un primate
non-humain, une relation entre atrophie cérébrale
et altérations cognitives liées au vieillissement
cérébral spontané. Avec ce modèle représentatif
de ce qui se passe chez l’homme, les chercheurs
vont pouvoir évaluer des thérapies ciblant
les pathologies cérébrales liées à l’âge.
Maladie d’Alzheimer
Les compétences du CEA en matière d’imagerie
biomédicale sont également reconnues par les
industriels. Cette reconnaissance s’est concrétisée
en 2011 par la signature d’un partenariat publicprivé
d’envergure, dans le cadre du plan Alzheimer
2008-2012, entre le CEA, l’Institut Pasteur, le
CNRS et l’Institut Roche de recherche et médecine
translationnelle afin de développer de nouveaux
outils pour le diagnostic précoce de cette maladie.
Le CEA est également impliqué dans le projet
EU-AIMS, une étude informatique multicentrique
Augmentation d’activation cérébrale en réponse à des phrases écrites.
52 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Laboratoire de chimie bio-organique, de recherche sur les molécules d’intêret biologique, futurs médicaments et outils de diagnostic médical.
sur l’autisme et la maladie d’Alzheimer, qui a été
retenu par le partenariat public/privé européen
IMI (Innovative medecine initiative) pour le
développement d’une médecine plus sûre et
efficace. Enfin, la Fondation de coopération
scientifique du Campus Paris-Saclay a pris la
décision de rassembler, au sein d’un Institut
des neurosciences, l’ensemble des équipes
du CEA, du CNRS et de l’Université Paris 11
spécialistes de ce domaine en pleine évolution.
Imagerie moléculaire
Des chercheurs de l’Institut nanosciences et cryogénie (Inac) ont élaboré de
nouveaux traceurs de fluorescence à base de nanocristaux pour l’imagerie
moléculaire, ainsi que des agents de contraste pour l’IRM grâce à des
complexes du gadolinium. Une nouvelle sonde bimodale à fluorescence – RMN
pour l’imagerie biologique a été validée par les premiers tests.
Prostafluo : imagerie moléculaire optique/
ultrasons pour le cancer de la prostate
Le diagnostic du cancer de la prostate est établi
suite à l’étude histologique de biopsies. Celles-ci
sont prescrites en fonction de signes cliniques
du patient et de dosages élevés de PSA. Les
prélèvements des biopsies sont guidés par
l’échographie qui permet de se positionner dans
la prostate, mais est pauvre en information sur les
zones potentiellement cancéreuses. Les biopsies
sont réalisées par voie endorectale en explorant
l’ensemble du volume de la prostate, de manière
randomisée. L’amélioration du rendement passe
aujourd’hui par une augmentation du nombre de
prélèvements pouvant entraîner une morbidité
supérieure. Dans le cadre du projet ANR Tecsan,
le Laboratoire d’électroniqhe et de technologies
de l’information (Leti) a développé et validé les
performances d’une nouvelle sonde d’imagerie bimodale
ultrasons et optique qui combine l’imagerie
optique de fluorescence et ultrasonore pour
guider les biopsies vers les zones potentiellement
cancéreuses et ainsi en limiter le nombre.
La validation des performances de détection
optique de cette sonde, réalisée sur fantôme, a
montré une parfaite compatibilité avec le guidage
de biopsie (profondeur 25 mm, précision 1,5 mm).
Associée à un algorithme de recalage des images,
la sonde fournit une co-localisation de la zone
fluorescente et de l’informatique morphologique
par ultra-sons. À terme les perspectives
envisagées concernent l’évaluation de marqueurs
pour la prostate et la mise en œuvre clinique
de la sonde bi-modale dans le cadre de la
plateforme Optic Clinic du CHU de Grenoble.
NOUVELLES STRATÉGIES
DIAGNOSTIQUES ET
THÉRAPEUTIQUES
Le CEA dispose d’un ensemble de compétences
pluridisciplinaires qui lui permet de faire le pont
entre les résultats de sa recherche fondamentale
et une recherche plus applicative, en vue
d’élaborer et de valider des nouvelles stratégies
diagnostiques et thérapeutiques ou de développer
des tests de diagnostic plus efficaces pour aider
les médecins à orienter leurs choix thérapeutiques
et à suivre l’efficacité des traitements. Ces
recherches ouvrent la voie à la médecine
personnalisée.
Comprendre la pathogénèse
Une partie des recherches du CEA est consacrée à
la compréhension des mécanismes responsables
de la pathogenèse. Pour cela disposer de modèles
animaux représentatifs des pathologies humaines
est essentiel. En 2011, les chercheurs ont
notamment mis au point, chez la souris, un modèle
de greffe reproduisant les leucémies développées
par les patients en rechute. Les leucémies aigües
lymphoblastiques du lignage T sont des cancers
du sang qui peuvent être majoritairement traités
efficacement. Cependant dans 20 à 50 % des
cas, une rechute de la leucémie particulièrement
résistante aux traitements peut se produire. Avec
ce nouveau modèle, les chercheurs disposent
désormais d’un outil précieux pour tester de
nouvelles molécules capables de contourner cette
résistance. Dans une autre étude visant à mieux
Service d’immuno-virologie.
comprendre les mécanismes de l’infection par le
virus du sida, les chercheurs se sont appuyés sur
la connaissance du singe Mandrill, qui est l’hôte
naturel de deux virus cousins de celui qui induit
le sida, mais qui ne développe pas la maladie. Une
analyse détaillée des mécanismes immunitaires
associés à l’infection chez ce primate a confirmé
que l’absence d’activation chronique du système
immunitaire protège de la maladie.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 53

1 I D
LES TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ ET
LES RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
TECHNOLOGIES POUR LA SANTÉ
Préparation d’échantillons.
Les connaissances acquises sur les mécanismes
moléculaires liés aux phénomènes pathologiques
permettent également aux chercheurs du CEA
de découvrir ou d’élaborer de nouvelles pistes
thérapeutiques. En 2011, les chercheurs ont
participé à une étude qui a permis pour la
première fois de produire chez l’animal des
anticorps neutralisants à large spectre contre le
virus de l’hépatite C, en utilisant des « pseudoparticules
» qui miment les particules virales
mais ne se multiplient pas in vivo. Ces résultats
ouvrent la voie à la mise au point d’un vaccin
contre l’hépatite C et plus largement, vers une
nouvelle technologie pour le développement de
vaccins contre d’autres infections (VIH, dengue…).
Dans le domaine du cancer, deux nouvelles pistes
ont également été trouvées. Les chercheurs CEA
ont en effet montré que la molécule HLA-G peut
être un obstacle à l’efficacité thérapeutique des
lymphocytes T gamma delta, des cellules connues
pour leur capacité à tuer les cellules tumorales
et actuellement testées dans de nombreux
essais cliniques. Ces résultats ouvrent la voie
à l’optimisation des traitements basés sur les
propriétés anti-tumorales de ces cellules. D’autres
chercheurs ont identifié un nouveau mode
d’action de l’ellipticine, une molécule connue pour
ses propriétés anticancéreuses. Ils ont sélectionné
des dérivés de cette molécule capables de cibler
spécifiquement une protéine essentielle pour
le contrôle de la prolifération des cellules, la
protéine CK2, et ont mis en évidence le potentiel
antitumoral de ces dérivés.
Cellules dendritiques de la peau, marquées
en rouge ou en vert.
Biotechnologies
Les compétences du CEA en matière de
biotechnologies ont également été mises à
profit pour élaborer des molécules bioactives
plus efficaces et mieux adaptées. Ainsi, une
nouvelle méthode, appelée Immuno’line TM a
été développée pour évaluer l’immunogénicité
des anticorps thérapeutiques, c’est-à-dire leur
capacité à induire une réponse immunitaire non
désirée. Elle va permettre de séparer les bons
des mauvais candidats anticorps thérapeutiques
dès le début de leur processus de conception.
Par ailleurs le développement de médicaments
ciblant le système nerveux central pose,
entre autres, le problème du passage de la
barrière hémato-encéphalique. Cette barrière
restreint la pénétration cérébrale de nombreux
médicaments. Elle est la cause d’échecs de
candidats médicaments lors des essais cliniques.
Les chercheurs ont validé, avec le groupe
pharmaceutique Abbott/Laboratoires Fournier,
une nouvelle stratégie pour l’évaluation précoce
de ce type de médicaments, offrant ainsi une aide
précieuse pour l’industrie pharmaceutique.
Vue au microscope d’un lymphocyte T (rouge)
reconnaissant une cellule tumorale (bleue).
54 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Lymphocyte T entouré d’hématies.
Mesures d’activités biologiques
Un développement instrumental est réalisé à l’Inac pour la mesure d’interactions biologiques
ou la reconnaissance moléculaire, via des puces à ADN, à sucres ou à protéines, basées sur la
résonance plasmonique. Les perspectives sont les suivantes :
- Des progrès de miniaturisation des analyses ont permis d’étudier des lymphocytes individuels
et leur sécrétion en temps réel. Ces outils sont valorisés par la start-up Genoptics et dans le
cadre du programme transversal NRBC.
- D’autres applications concernent la manipulation d’objets complexes, en particulier le relargage
contrôlé d’espèces cellulaires ou la détection précoce de bactéries.
- Une nouvelle technologie de puces a été développée pour quantifier la réparation de l’ADN dans
des extraits cellulaires.
Magnétocardiographie par capteurs à GMR (magnétorésistance géante)
Habituellement mesurée par électrocardiographie, l’activité cardiaque peut également être suivie
par magnétocardiographie. L’ultra-sensibilité des nouveaux capteurs magnétiques réalisés à
l’Institut rayonnement matière de Saclay (Iramis) contribue à faire émerger cette technique sans
contact, ne nécessitant pas la pose d’électrodes, et permettant une imagerie dynamique du cycle
cardiaque.
Sous forme cristallisée, la protéine reste active et
la structure de son site actif peut être étudiée.
Equipement et laboratoires d’excellence
L’excellence scientifique du CEA dans le
domaine de la recherche de nouvelles stratégies
diagnostiques et thérapeutiques a été largement
reconnue en 2011. L’équipement d’excellence
Flowcytech porté par le CEA a été retenu dans
le cadre des investissements d’avenir, avec pour
objectif de développer une nouvelle méthode de
cytométrie en flux permettant un phénotypage
complexe des cellules de mammifères. Deux
Labex ont également été retenus : le projet VRI,
qui a pour ambition la création d’un centre et
d’un réseau de recherche entièrement dédiés au
développement de vaccins efficaces contre le sida
et l’hépatite C ; et le Labex Lermit dont le but est
de concevoir et réaliser des médicaments du futur
pour le cancer, les maladies cardiovasculaires
et les maladies infectieuses et du système
immunitaire. Enfin, deux projets, BioVacSafe
et Abirisk, ont été soutenus par le partenariat
européen IMI. Ces projets ont pour objectif d’une
part la recherche de nouveaux biomarqueurs
des pathologies et d’autre part l’amélioration de
la prise en compte de l’immunogénicité dans la
conception des protéines du futur et la prise en
charge des patients.
Simulation pour la radiothérapie par photoactivation
de nanoparticules
Certaines tumeurs résistantes sont encore
incurables avec les traitements actuels,
notamment du fait de leur localisation, de leur
accès délicat et de la radiosensibilité des tissus
sains environnants. Parmi les voies de recherches
menées aujourd’hui sur le traitement de ces
cancers, la radiothérapie par photoactivation
d’éléments lourds semble prometteuse. La
radiothérapie conventionnelle a pour but de
détruire les cellules tumorales tout en épargnant
au maximum les tissus sains alentour. Dans
l’optique d’augmenter ce différentiel, l’injection
dans la tumeur d’éléments lourds, c’est-à-dire
d’atomes ayant un numéro atomique élevé
comme l’or, l’iode ou le gadolinium, vise à utiliser
l’importante différence d’absorption des rayons X
de basse énergie, équivalant à ceux utilisés en
imagerie médicale, par rapport aux tissus sains
non chargés. Des études récentes sur le petit
animal ont montré une augmentation de la survie
d’un facteur 4 lorsque l’on injectait dans la tumeur
des nanoparticules d’or. Or cet effet n’est pas
explicable par la simple augmentation de la dose
macroscopique déposée dans la tumeur due à la
présence d’éléments lourds. Une thèse démarrée
au laboratoire « modélisation et simulation des
systèmes » du Laboratoire d’intégration de
systèmes et de technologies (List) a pour but de
tenter d’expliquer ces phénomènes par simulation
Monte Carlo du dépôt de dose à l’échelle cellulaire.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 55

1E
TRÈS GRANDES INFRASTRUCTURES
DE RECHERCHE ET RECHERCHES
FONDAMENTALES
ASSOCIÉES
Le CEA participe de manière active à la mise à jour
de la feuille de route nationale des très grandes
infrastructures (www.roadmaptgi.fr). Il participe
au développement des futures Très grandes
infrastructures de recherche (TGIR) et représente
la France, souvent aux côtés d’organismes
partenaires comme le CNRS, dans les instances
de pilotage des TGIR.
Avec le CNRS, il anime le Comité de coordination
des Très grandes infrastructures de recherche
CEA-CNRS, dont un des objectifs est de définir
la position française dans les instances de pilotage
internationales, dans tous les domaines (sources
de lumière et de neutrons, accélérateurs d’ions,
physique nucléaire et des hautes énergies,
environnement et calcul intensif).
Le CEA est un acteur reconnu mondialement dans
la conception, la réalisation et l’exploitation des
TGIR grâce à ses compétences technologiques très
pointues : instrumentation spatiale, accélérateurs
et détecteurs, cryotechnologie, faisceaux
de très haute intensité et très grands aimants
supraconducteurs. Il participe pleinement à
de nombreux projets mondiaux comme la source
européenne de neutrons de spallation (ESS),
la source de lumière de quatrième génération
(X-Fel) et les accélérateurs d’ions (Fair).
Genci, Prace : le calcul haute performance
au service des scientifiques
Le Très grand centre de calcul (TGCC) du CEA,
jouxtant le site de Bruyères-le-Châtel, accueille
La Maison de la simulation
la machine européenne de puissance pétaflopique
acquise par Genci (Grand équipement national de
calcul intensif), Curie, dans le cadre du partenariat
européen Prace (Partenariat for Advanced
Computing in Europe) et avec le soutien financier
du Conseil général de l’Essonne. Ce supercalculateur
unique en Europe, achevé début 2012, va
permettre des avancées sans précédent dans
tous les domaines de la recherche académique
et industrielle. Conçu par Bull et exploité par les
équipes du TGCC, il est constitué de plusieurs
L’année 2011 a vu la création et le démarrage effectif de la Maison de la simulation qui est un
laboratoire commun du CEA, du CNRS, de l’INRIA et des Universités de Paris-Sud et Versailles,
dont l’objectif est la recherche pluridisciplinaire autour du calcul intensif et de ses applications,
participant ainsi à la valorisation scientifique des grands équipements de calcul, et notamment
ceux installés au TGCC. La participation à deux demandes financées d’équipement d’excellence,
le démarrage d’activités de recherche autour de quatre thèses, ainsi que la récente sélection
en tant qu’un des six Prace Advanced Training Center ont contribué au succès de ce démarrage.
56 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Participer
à la conception,
la réalisation
et l’exploitation
des TGIR.
Quadrupôles
de l’accélérateur
linéaire Spiral2.
milliers de serveurs composés de dizaines d’unités
de calcul et reliés entre eux par des réseaux
à très haut débit. Sa capacité a atteint 2 Pétaflops,
en faisant la première machine européenne.
Une simulation à très grande échelle d’une molécule
impliquée dans la maladie d’Alzheimer a déjà été
réalisée en décembre par le Laboratoire de chimie
et physique quantiques de Toulouse. Curie contribue
à la politique des TGIR pilotée par le ministère
de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.
Technologie et simulation numérique
Avec le soutien du programme transversal
Nanoscience/nanosimulation, le code TB_Sim
de l’Inac (Institut nanosciences et cryogénie)
permet de caractériser les propriétés d’un
transistor basé sur un nanofil de silicium.
Ce code massivement parallèle peut profiter
de l’architecture du supercalculateur Curie
en s’exécutant sur plusieurs milliers de cœurs
de calcul et plusieurs centaines de GPUs.
LHC : une quête des constituants élémentaires
de l’Univers
Fin 2011, les résultats des recherches sur le boson
de Higgs du modèle standard ont considérablement
restreint le domaine de masse à l’intervalle allant
de 115 GeV à 130 GeV. Les deux expériences Atlas
et CMS ont observé un excès d’événements dans
différents canaux de recherche du fameux boson.
Une découverte pourrait intervenir dès 2012,
marquant ainsi une étape importante dans l’histoire
de la physique des particules et permettant d’établir
une nouvelle feuille de route pour les deux futures
décennies.
Dans le domaine des collisions d’ions lourds,
l’expérience Alice a achevé sa deuxième campagne
de données en novembre 2011. L’analyse des
résultats sur le plasma quark gluon se poursuit,
ainsi que les discussions avec les théoriciens
pour interpréter les résultats.
Le collisionneur proton antiproton du Tevatron
à Fermilab (USA) a été arrêté fin septembre 2011.
Outre la recherche du Higgs, l’expérience D0
a publié des résultats sur la section efficace
de production du top, sa masse, les corrélations
de spin, les asymétries avant-arrière. La finalisation
des analyses se poursuivra en 2012. Toutes ses
mesures de précisions sont des tests puissants
du modèle standard de la physique des particules.
T2K, Double Chooz : percer les mystères
des neutrinos
Concernant l’étude des neutrinos, les deux
expériences T2K et Double Chooz ont annoncé
en 2011 les premières mesures de l’angle
de mélange, paramètre lié aux transformations
des neutrinos entre leurs différentes natures.
Ces résultats seront améliorés en 2012 grâce à
une statistique supérieure.
L’expérience Double Chooz a produit en fin 2011
le rapport technique de conception de son
deuxième détecteur. Sa réalisation en 2012
va permettre d’améliorer la qualité de la mesure
en diminuant les erreurs systématiques.
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 57

1 I E
TRÈS GRANDES INFRASTRUCTURES DE RECHERCHE
ET RECHERCHES FONDAMENTALES ASSOCIÉES
Un des télescopes de Hess en Namibie.
Euclid : à la recherche de la matière
et de l’énergie noires
Dédiée principalement à la question du contenu
énergétique de l’Univers, la mission Euclid a été
sélectionnée en 2011 par l’ESA. Son objectif est
de cartographier la matière noire à différents âges
de l’Univers jusqu’à une profondeur de 10 milliards
d’années, couvrant ainsi la période où l’expansion
de l’Univers a commencé à s’accélérer. L’Irfu (Institut
de recherches sur les lois fondamentales de
l’Univers) est très fortement impliqué dans Euclid,
en occupant trois postes clefs au niveau du
consortium, en fournissant des parties critiques
de l’instrument, et en étant co-responsable
des simulations numériques cosmologiques
et du traitement de haut niveau des données.
Hess et Cerenkov Telescope Array (CTA) :
une détection indirecte de particules
de matière noire
Une manière d’étudier la matière noire consiste
à tenter de détecter ses particules constitutives
prévues par les modèles. Ces dernières
s’annihileraient dans l’Univers en produisant
des photons de haute énergie, susceptibles
d’être détectés par le télescope Hess, ou demain
par son successeur, CTA.
Le cinquième télescope de Hess en Namibie
L’expérience Hess poursuit sa moisson de résultats,
avec notamment une publication sur la recherche
indirecte de matière noire. Elle deviendra Hess2
avec l’installation d’un cinquième télescope en
Namibie, prévue à l’été 2012. Quant au réseau
de télescopes du projet CTA, il est entré en phase
préparatoire ESFRI. Les activités techniques
de l’Irfu concernent la conception du détecteur,
l’électronique frontale, la structure des télescopes
et les miroirs.
Herschel ou la naissance des étoiles
Grâce à la qualité sans égale de ses images
submillimétriques, le télescope spatial Herschel
a révolutionné notre compréhension de la naissance
des étoiles et de l’évolution des galaxies.
Solar Orbiter
Concernant l’étude du Soleil, la mission Solar
Orbiter, dont le télescope comportera un imageur X
à base de modules Caliste développés par l’Irfu,
a été sélectionnée par l’ESA. La mission Solar
Orbiter va obtenir l’image la plus proche possible
du Soleil, s’approchant de notre étoile jusqu’à
seulement 62 fois son rayon (soit moins
de 45 millions de kilomètres).
Spiral2, IFMIF, X-Fel, Iseult :
accélérateurs et cryomagnétisme
Plusieurs grands projets d’accélérateurs pour les
besoins de la physique de l’Irfu, ou pour d’autres
communautés de physique, sont en cours.
Spiral2 et IFMIF ont connu des avancées
importantes sur les dispositifs injecteurs. L’année
2012 sera dédiée aux tests finaux de l’injecteur
complet. L’accélérateur européen X-Fel produira
des impulsions lumineuses très intenses et
extrêmement brèves, permettant de cartographier
la matière à l’échelle atomique. L’Irfu est
responsable de l’intégration de près de cent
cryomodules constituant l’accélérateur.
Ce programme est monté en puissance tout
au long de l’année 2011, avec un travail
préparatoire intense qui a permis de commencer
Traces des particules issues de la collision
de deux protons et visualisées dans le plan
transverse du détecteur Atlas.
à tester l’intégration de deux cryomodules, avant
le démarrage de la phase industrielle. L’Irfu a
également mis son expertise en matière d’aimant
supraconducteur au service des sciences du vivant.
L’aimant Iseult de 11,75 T (corps entier), qui devrait
être installé à NeuroSpin en 2013, repoussera
les limites de l’imagerie IRM cérébrale. Un prototype
de l’aimant, réalisé à partir du conducteur d’Iseult,
a été testé avec succès en janvier 2012.
La fabrication des bobines du solénoïde principal
a démarré sur le site d’Alstom à Belfort et devrait
être achevée fin 2012.
Ganil
Pour la 1 e fois, une forme rare de radioactivité,
dite à deux protons, a pu être observée en trois
dimensions.
La jouvence de Spiral1 a permis de produire
de nouveaux isotopes radioactifs d’éléments
métalliques grâce à la nouvelle source Febiad.
Le spectromètre Vamos a vu sa résolution
améliorée. Un faisceau d’ions stables a été produit
au Ganil pour la première fois, non pas par
résonance cyclotronique électronique (ECR),
mais par photo-ionisation résonante obtenue grâce
à des lasers. Cette technique très sélective fournira
des faisceaux de grande pureté pour près
de la moitié des ions radioactifs de Spiral2.
La ligne de moyenne énergie du Ganil (Irrsud) est
désormais dotée d’un système d’analyse en ligne,
Alix. Ce diffratomètre à rayons X permet de suivre
en continu l’évolution des matériaux sous
irradiation. En 2011, le Ganil a délivré des ions
lourds pendant 25 semaines, soit 4 000 heures,
pour 46 expériences, répartis en 36 faisceaux
stables et 4 faisceaux radioactifs (de haute énergie)
et 13 faisceaux de moyenne énergie.
Spiral2
En ce qui concerne le chantier de Spiral2, la phase
d’excavation s’est terminée en mai et la cérémonie
de la première pierre s’est tenue en octobre.
Les premiers faisceaux du futur injecteur ont été
obtenus à Saclay sur la ligne protons/deutons
de basse énergie.
58 / RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 /

Enceinte de cuve de l’installation Double Chooz.
ESRF
Le programme d’extension de l’ESRF a progressé
avec notamment l’inauguration de la première ligne
de lumière de nouvelle génération et le début
de la construction de deux halls expérimentaux
supplémentaires. Divers travaux sur l’accélérateur
ont permis de maintenir l’ESRF à la première place
mondiale en terme de brillance des faisceaux
de rayons X. Enfin, un nouveau centre de calcul
a été inauguré pour faire face au volume croissant
des données à traiter, qui se rapproche désormais
de celui des expériences au CERN.
ILL
Les études se poursuivent pour le changement
de type de combustible du réacteur à haut flux
(passage de l’uranium fortement enrichi à
de l’uranium faiblement enrichi). Le programme de
modernisation se poursuit, avec quatre nouveaux
instruments en construction. ILL a entamé une
réflexion prospective pour les deux prochaines
décades de façon à pérenniser sa position de leader
mondial.
Laboratoire Léon Brillouin (LLB)
Le Laboratoire Léon Brillouin est un des signataires
de l’accord franco-suédois adossé à ESS (source de
neutrons à spallation : European Spallation Source)
signé en 2011. Dans le cadre du programme
Cap2015 associé, une jouvence des spectromètres
du LLB sera entreprise. Deux exemples d’utilisation
des neutrons :
Les secrets d’une mousse durable dévoilés par les
neutrons. La diffusion de neutrons est une méthode
efficace pour étudier la matière molle
nanostructurée. Les chercheurs du LLB ont ainsi pu
caractériser une mousse élaborée par chimie verte,
qui s’avère stable pendant plusieurs mois et qui peut
être rapidement déstabilisée en élevant sa
température (> 60 °C). Ce résultat ouvre de nouvelles
applications susceptibles d’intéresser les fabricants
de cosmétiques ou de détergents.
Nanocomposites renforcés : des systèmes
modèles pour décrire le comportement mécanique
des pneumatiques. Un moyen d’améliorer les
propriétés mécaniques des matériaux plastiques
est de les renforcer par des nanoparticules,
en formant ainsi un matériau composite.
Une étude structurale par diffusion de neutrons,
couplée à des essais mécaniques, d’échantillons
de polystyrène renforcés par des grains de silice
montre l’amélioration des propriétés mécaniques
de matériaux plastiques composites intégrant des
nanoparticules. Cette étude modèle menée au LLB
trouve de nombreuses applications, en particulier
dans le domaine du pneumatique.
Lasers
L’Iramis dispose d’un laser de premier plan dans le
domaine de la physique à ultra-haute intensité avec
le laser UHI100 (100 térawatts). Il est partenaire
de l’Equipex Cilex (Centre interdisciplinaire, lumière
extrême), pour le développement d’un centre de
recherche international, utilisant les installations
lasers et expérimentales du plateau de Saclay et qui
accueillera le futur laser Apollon (10 pétawatts).
L’Iramis est aussi porteur du projet complémentaire
d’Equipex Attolab, qui vise à créer un laboratoire
d’étude de la dynamique ultrarapide, qui sera
localisé auprès du futur laboratoire Cilex.
Laboratoires d’excellence
L’Irfu est engagé dans deux Labex sélectionnés
lors de la première vague : UnivEarths (Terre –
Planètes – Univers) qui comprend une partie
des unités mixtes de recherche UMR, AIM et APC
communes avec l’Université Paris-Diderot et P2IO
(Physique des deux infinis et des origines)
qui inclut l’essentiel de l’institut et réunit
l’Irfu et des laboratoires du CNRS, de l’École
polytechnique et de l’Université Paris-Sud 11.
Les Très grandes infrastructures de recherche (TGIR)
Sources de neutrons
Orphée-Laboratoire Léon Brillouin (LLB) Saclay www-llb.cea.fr
Institut Laue-Langevin (ILL) Infrastructure européenne à Grenoble www.ill.eu
Sources de lumière
Synchrotron Soleil St Aubin, près de Saclay www.synchrotron-soleil.fr
ESRF Infrastructure européenne à Grenoble www.esrf.eu
X-Fel Infrastructure européenne en construction à Hambourg (Allemagne) www.xfel.eu
Physique nucléaire et des hautes énergies
Ganil & Spiral 2 Caen www.ganil-spiral2.eu
Cern/LHC Infrastructure mondiale près de Genève www.lhc-france.fr
Fair Infrastructure européenne à Darmstadt (Allemagne) www.gsi.de/fair/index_e.html
Environnement
Icos Infrastructure européenne sous forme de réseau en cours de constitution www.icos-infrastructure.eu (voir p. 26)
Calcul intensif
Genci Grand équipement national de calcul intensif www.genci.fr
Prace Infrastructure européenne de supercalculateurs www.Prace-ri.eu
/ RAPPORT ANNUEL CEA 2011 / PARTIE 1 / 59