Plateforme d'Irradiation de Biomolécules et d'Agrégats Libres et Environnés – PIBALE

Les accélérateurs d'ions lourds permettent d'explorer l'interaction d'ions très chargés avec la matière dans un régime unique permettant de repousser les frontières des connaissances dans le domaine de la matière en champ fort. Avec des ions de haute vitesse, il a été démontré que le champ attoseconde intense généré par le passage de l'ion peut être interprété comme un pulse de photons virtuels. A basse vitesse de collision, le développement de sources de plus en plus intenses ouvre la possibilité d'utiliser la grande énergie potentielle stockée par ces projectiles. Les avancées récentes dans le domaine de l'imagerie de particules permet désormais d'explorer la dynamique de la dissociation de systèmes complexes tels que les molécules, les agrégats, les gouttelettes ... Un des tout prochains challenges concerne désormais l'étude de la stabilité et/ou de la fragmentation de biomolécules. D'un point de vue fondamental, les biomolécules peuvent être vues comme un cas modèle de systèmes complexes. Leur comportement vis à vis de la charge en excès et les processus de fragmentation peuvent désormais être étudiés. En particulier, une attention particulière peut être portée aux problèmes de mobilité de la charge (transfert de proton, ...). D'un point de vue plus appliqué, l'interaction de rayonnements ionisants avec la matière vivante contenant un certain nombre de molécules d'eau est connu pour conduire à une large variété de dommages. Il est usuel de séparer les effets induits en termes d'effets directs ou indirects. Il est cependant difficile d'établir une claire distinction entre ces deux types d'effets et la formidable complexité de la matière vivante complique encore cette séparation. Le but ultime de ce projet à long terme (6 à 7 ans) est de comprendre au niveau moléculaire l'interaction de ces radiations ionisantes avec des systèmes modèles, éléments constitutifs de l'ADN. Des systèmes modèles ont été définis par une collaboration interdisciplinaire regroupant des physiciens, des chimistes et des radiochimistes. Nous avons choisi dans ce projet de porter une attention particulière au cas des peptides, des di- et des tri-peptides isolés ou nanosolvatés par un nombre contrôlé de molécules d'eau. Nous ambitionnons à terme de donner pour la première fois une description claire, complète et quantitative des effets directs et indirects. Cette distinction ne pourra se réaliser que par la complémentarité et la synergie des approches expérimentales et théoriques. Nous proposons dans ce projet de développer une expérience unique au monde basée sur une interaction entre deux faisceaux parallèles d'ions projectiles et d'ions biomoéculaires. L'optimisation du temps et de la longueur de recouvrement cible - faisceau permettra en effet d'augmenter la densité effective de la cible et de rendre accessible de telles expériences. Du point de vue théorique, nous souhaitons commencer la mise en place de champs de force réactifs, seule méthode capable de donner une vue globale du processus sur de multiples échelles de temps. A terme, nous ambitionnons d'extraire les constantes cinétiques de réaction susceptibles d'être intégrées à un programme Monte Carlo permettant de simuler la radiolyse de ces bomolécules, à l'identique du programme mis en place à Caen par B.Gervais et coll. dans le cas de la radiolyse de l'eau liquide.