Hassan Abdoul-Carime (IP2I) et Franck Rabilloud (ILM), tous deux maitres de conférences à Lyon 1, travaillent de pair à comprendre les mécanismes de radiations à très basse énergie. Ces recherches très fondamentales trouvent en réalité des applications très concrètes, comme dans le domaine de la santé.

Au sous-sol du bâtiment Van de Graaf, sur le campus Lyontech-la Doua, Hassan Abdoul-Carime mène des études expérimentales visant à comprendre, au niveau moléculaire, l’effet des radiations. Un terme qui suscite souvent la peur. Pourtant, du micro-ondes à l’hôpital, de la cosmologie aux centrales nucléaires en passant par la nano-lithographie, elles sont à la fois invisibles et omniprésentes dans notre environnement. Parfois dangereuses pour la santé, elles servent aussi à soigner. C’est le cas de la radiothérapie.

Cette technique utilise des radiations (par exemple, l’hadronthérapie) pour cibler et détruire les cellules cancéreuses. Mais l’irradiation affecte également les tissus sains avoisinants, ce qui explique les effets secondaires possibles de cette technique. Tout l’enjeu de la recherche dans ce domaine est d’améliorer la technique pour avoir le meilleur traitement avec le moins de radiations possibles – autrement dit, le meilleur ratio bénéfices/risques. Cependant, des progrès considérables réalisés ces dernières années permettent de diminuer les doses de radiation au patient. Par exemple, en combinant avec l’injection au préalable dans les zones tumorales de molécules dites radiosensibilisatrices. À ce titre, des molécules appelées organométalliques peuvent être particulièrement intéressantes pour radio-sensibiliser les cellules cancéreuses. Et justement, c’est ce qu’étudie Hassan Abdoul-Carime, chercheur à l’Institut de physique des deux infinis (IP2I), à l’échelle de l’infiniment.

Aujourd’hui, des simulations numériques permettent de prédire la trajectoire d’une particule dans la matière, mais ces simulations rencontrent une limite à très basse énergie.
Pour le comprendre, revenons à la définition. Lorsqu’une particule énergétique – par exemple un proton – entre dans la matière, il peut se produire plusieurs choses : soit la particule continue son chemin sans interaction, soit elle transmet son énergie à une autre particule, soit elle va ioniser – c’est-à-dire perdre de l’énergie en émettant un électron. À mesure que la particule interagit avec d’autres particules de matière, son énergie diminue donc. C’est pourquoi la radiothérapie recourt à des particules très énergétiques (des protons), pour s’assurer qu’elles atteignent la cible – la tumeur – dans l’organisme. « Aujourd’hui, des simulations numériques permettent de prédire la trajectoire d’une particule dans la matière », explique cet enseignant-chercheur à Lyon 1. « Cependant, ajoute-t-il, ces simulations rencontrent une limite à très basse énergie ». En effet, le domaine des très basses énergies est aujourd’hui encore mal connu : il existe peu d’informations pour alimenter les codes de simulation. C’est justement ce que ce chercheur s’attèle à comprendre. Il a pour cela développé tout un dispositif expérimental, « né sur un bout de papier », avec un financement ANR (obtenu conjointement avec Franck Rabilloud), pour comprendre des mécanismes qui se déroulent aussi bien en radiothérapie que dans les glaces interstellaires.

 

Il est fascinant que des équations relativement simples à écrire rendent compte des résultats expérimentaux avec une extrême précision
De son côté, Franck Rabilloud, enseignant-chercheur à Lyon 1 et membre de l’Institut Lumière Matière, mène des études théoriques pour interpréter les données expérimentales. Spécialiste des modélisations et simulations numériques des interactions lumière-matière et électron-matière, il utilise de puissants calculateurs pour simuler et prédire le comportement des atomes et des électrons. Motivé par l’idée de tester la théorie dans des champs inexplorés pour trouver les limites de validité d’hypothèses ou approximations souvent admises, il a répondu au défi d’Hassan Abdoul-Carime. « Il est fascinant que des équations relativement simples à écrire rendent compte des résultats expérimentaux avec une extrême précision, quand bien même leur résolution requiert l’utilisation de puissants ordinateurs », souligne-t-il. Leur collaboration a donné lieu à plusieurs publications, qui leur ont valu d’être récompensés par le prix tri-annuel de la société polonaise de recherche sur les radiations.

De là à ce que ces travaux trouvent une application en radiothérapie, il se passera encore quelques années avouent les intéressés. Mais ces travaux sur les organométalliques pourraient également trouver des applications dans bien d’autres domaines comme la nano-lithographie. Plus généralement, la collision entre un électron de faible énergie et une molécule est un phénomène fondamental en physique, et les recherches dans ce domaine peuvent avoir des implications en astrochimie, dans les problématiques de chimie de l’atmosphère et des polluants atmosphériques, ou encore dans la synthèse en chimie verte. Dans tous les cas, quelles que soient les pistes à explorer, les deux chercheurs semblent avancer dans la même direction : « Nos activités sont parfaitement complémentaires et nos intérêts communs », souligne Franck Rabilloud.